WO1998052201A1 - Elektronische steuerschaltung - Google Patents

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WO1998052201A1
WO1998052201A1 PCT/DE1998/001253 DE9801253W WO9852201A1 WO 1998052201 A1 WO1998052201 A1 WO 1998052201A1 DE 9801253 W DE9801253 W DE 9801253W WO 9852201 A1 WO9852201 A1 WO 9852201A1
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WO
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valve
voltage
value
control circuit
switch
Prior art date
Application number
PCT/DE1998/001253
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French (fr)
Inventor
Wolfram Breitling
Horst Singer
Reinhold Weible
Rolf Falliano
Florian Richter
Original Assignee
GKR Gesellschaft für Fahrzeugklimaregelung mbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current

Definitions

  • the invention relates to an electronic control circuit for controlling an electromagnetic valve having an armature, in particular for a heating and / or air conditioning system of a motor vehicle, with an electronic switching element lying in series with the coil of the valve.
  • a control circuit for a solenoid valve is known from the publication WO 94/19810, which changes the drive current of the solenoid valve as a function of time when the solenoid valve is to be brought from a passage position into a closed position. This is done by reducing the drive current of the valve in such a way - but not to zero that the solenoid valve drops. Immediately afterwards, the control current is increased again, but the current value remains below a value at which the solenoid valve is moved into its closed position. The control circuit consequently controls the drive current during a switch-off phase. It is also known in the prior art to operate solenoid valves with a rectangular pulse-shaped drive current. This means that the excitation of the magnetic coil is either switched off or switched on, and it is maximum when switched on.
  • a disadvantage of the solenoid valves known in the prior art is that they produce relatively loud switching noises when closing, when the armature and / or the valve hit a stop when closing. If the valve is used, for example, in a motor vehicle to control the air conditioning system, the switching noise disturbs in particular when driving slowly and when the vehicle is stationary, since the engine and driving noise are then low.
  • the electronic control circuit according to the invention for controlling an electromagnetic valve having an armature, in particular for a heating and / or air conditioning system of a motor vehicle, with an electronic switching element lying in series with the coil of the valve therefore offers compared to the advantage that the switching element controls the valve voltage (or the valve current) on the coil such that the valve voltage reaches a first value when the valve is switched on, that the valve voltage is subsequently reduced to a second value that is less than the first value and that subsequently the valve voltage assumes a third value which is greater than the second value and which represents a holding voltage for holding the armature in its switched-on position.
  • the armature is initially accelerated to such an extent that the initial spring forces and static friction are overcome.
  • the armature thus set in motion subsequently experiences a reduced acceleration due to a reduced electromagnetic energy, since the second value of the valve voltage is lower than the first value, the second, however, preferably being chosen so that the armature essentially maintains its speed.
  • the valve voltage assumes the third value, which is greater than the second value, so that the armature of the valve reaches the end position in a very short time in spite of the voltage drop from the first to the second value which occurred previously.
  • the first value of the valve voltage or the valve current is in the form of a switch-on pulse.
  • the amplitude of the switch-on pulse is greater than half of the nominal value.
  • the duration of the switch-on pulse is approximately 0.1 to 0.6 times the valve switching time when the valve is suddenly energized with a voltage above the holding voltage.
  • the switch-on pulse is composed of several successive pulses.
  • the second value of the valve voltage or the valve current forms an initial value for a switch-on ramp.
  • the maximum value of the second value is 0.8 times the nominal value of the valve voltage or the valve current.
  • the switch-on pulse is followed by a voltage or current curve which increases linearly.
  • the rise of the switch-on ramp is non-linear, preferably progressive or degressive. It can be deduced from this that the electromagnetic valve is operated during the switch-on ramp with reduced, but specifically controlled, increasing magnetic energy, so that the acceleration of the armature is reduced.
  • the switch-on pulse is followed by a "dead time" during which the valve voltage or the valve current is kept constant at the second value, so that the startup of the switch-on ramp is delayed.
  • the end value of the switch-on ramp preferably forms the third value, the third value in particular corresponding to the nominal value of the valve voltage or the valve current.
  • the third value has at least a height which corresponds to the holding voltage of the armature in its switch-on position.
  • the valve voltage or the valve current is kept constant over a period of time during which the valve is in the closed position. This period can be varied depending on the requirement.
  • the valve voltage or the valve current is suddenly reduced, to a value that lies between the third value and the voltage-free state.
  • this value simultaneously forms an initial value for a switch-off ramp.
  • the valve voltage or the valve current will drop linearly to zero.
  • the course of the switch-off ramp can be non-linear, in particular progressively or degressively decreasing.
  • the duration of the switch-off ramp is determined by a coil freewheel, which is formed, for example, by a freewheeling diode connected in parallel to the coil.
  • the individual control sections are not determined by predefined conditions, but that current status parameters determine the amplitude and / or the duration of at least one control section.
  • state parameters are, for example, the battery voltage, the speed of a water pump of an internal combustion engine, the fluid pressure of a water circuit in an air conditioning system and the coil temperature.
  • a thermocouple can be provided for detecting the coil temperature.
  • the level of the switch-on pulse that is the level of the first value
  • the electronic switching element independently of the supply voltage — for example, the on-board electrical system voltage of a motor vehicle, that is, the battery voltage — of the electronic control circuit to a desired level.
  • the duration of the switch-on pulse can be set automatically.
  • the duration of the switch-on pulse depends on the position of the armature.
  • the position of the anchor is derived from the course of the valve voltage and / or the valve current by means of a suitable electronic circuit which can be assigned to the electronic control circuit.
  • an evaluation device is assigned to the electronic control circuit.
  • the assignment not only includes the provision of information to one another, but also the spatial assignment to one another.
  • the evaluation device is part of the electronic control circuit.
  • the evaluation device determines from the slope of the valve current and / or the valve voltage a point in time at which the valve current will assume a plateau value which is below the holding current of the armature and at which the slope of the valve current Is zero or approximately zero.
  • the increase in the valve current in this time range corresponds to the switch-on pulse mentioned at the beginning, but the valve current increase — depending on the inductance of the coil — is preferably non-linear.
  • the course of the valve current or the valve voltage during a switch-on process is first detected when no or only known magnitudes affect the valve.
  • This curve corresponds to a set curve curve from which the gradient is determined at any desired point in time, so that if the curve deviates therefrom, this also results in a deviating gradient of the valve. current or the valve voltage, conclusions can be drawn as to the conditions under which the valve operates. If disturbance variables act on the valve or if the valve itself causes disturbance variables, the course and the gradient of the valve current or the valve voltage change. It is therefore possible to make a statement about the magnitude of the disturbance variable (s) acting on the basis of a comparison between the desired curve shape and the course of the valve current or the valve voltage, so that the course of the valve current or the valve voltage can be adapted to the desired curve shape by means of the electronic circuit is.
  • At least one disturbance variable occurs with every control or regulation process.
  • several disturbance variables occur, after which is discussed in more detail below.
  • an electromagnetic field is formed which acts on the armature, causing the armature to set in motion.
  • the movement of the armature acts on a valve unit that is to close the circuit of the heating or cooling water circuit.
  • the water pressure in the medium circuit counteracts the valve unit and thus the armature, which in turn counteracts the electromagnetic force generated by the coil.
  • a disturbance variable therefore occurs on the valve unit, which also acts indirectly on the coil via the armature.
  • a further disturbance variable produces the armature itself, namely by friction in its mechanical guidance and / or by the fact that the movement of the armature is damped, for example by a spring.
  • Another disturbance variable acts on the coil, which results from an electrical coil resistance that can be changed depending on the coil temperature, the change in the magnetic circuit caused by the armature movement (the armature is moved out of the coil) and the resulting change in the valve current put together.
  • a voltage is induced by the movement of the armature in the coil, which causes a current against the valve current. Due to these internal and external influences, when the valve is switched on, the valve current or the valve voltage does not increase in accordance with the desired curve profile, but rather deviates from it.
  • This deviation can preferably be detected by means of the evaluation device, so that it provides information about the electronic control circuit the disturbance variables acting on the valve are transmitted, as a result of which the course of the valve current or the valve voltage can be adapted to the desired curve course. This advantageously enables a noise-reduced closing operation of the valve in a sufficiently short time.
  • the target curve profile of the valve current or the valve voltage is not determined by means of a switch-on operation of the valve, in which no or only known magnitudes are involved, but it is of course also possible - in one embodiment variant - to use a simulation and the target curve profile / or to determine a (laboratory) experiment.
  • the values determined in this way serve as standard values and can in particular be stored in the evaluation device.
  • the evaluation device uses the slope and / or individual values of the valve current and / or the valve voltage from the time the valve is switched on until the plateau value is reached, depending on the disturbance variables acting on the valve, control parameters for influencing the course of the valve current and / or the valve voltage of a later time range. Furthermore, a prediction of the expected total closing time of the valve is possible from the initial course of the control signal of the valve. For example, if the predicted total closing time is too long due to high water pressure, the electronic control circuit can Increase the valve current or the valve voltage so that the armature is accelerated more, which results in a shorter closing time compared to the expected total closing time.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the electronic control circuit with an electromagnetic valve to be controlled
  • FIG. 2 shows a time-dependent course of the valve voltage applied to the coil
  • FIG. 3 shows a block diagram of a second exemplary embodiment of the electronic control circuit
  • FIG. 4 shows a block diagram of a third exemplary embodiment of the electronic control circuit and 5 shows a time-dependent course of a valve current when the valve is actuated with the electronic circuit according to FIG. 4.
  • FIG. 1 shows an electronic control circuit 1, hereinafter referred to as control unit 2, which is supplied with voltage via connections 3.
  • a connection 3 ' represents a connection to a positive pole of an on-board electrical system of a motor vehicle, not shown here.
  • FIG. 1 shows an electromagnetic valve 4 with a coil freewheel 5.
  • the electromagnetic valve 4 is assigned to a medium circuit, not shown here, in such a way that it regulates a heating and / or cooling water supply for a heat exchanger of a heating and / or air conditioning system.
  • the control unit 2 includes a control device 6, a control circuit 7, an electronic switching element 8 and a shunt resistor 10.
  • the switching element 8 is designed as a field effect transistor, hereinafter referred to as FET 9 for short.
  • the electromagnetic valve 4 has a coil 12, an armature 13 movably mounted within the coil 12 and a valve unit 14, the movable part of the valve unit 14, not shown here, being actuated by means of the armature 13.
  • a connection 15 of the coil 12 of the electromagnetic valve 4 is connected to a positive pole of the vehicle electrical system, not shown here, this is the positive pole of the motor vehicle battery. With their other connection 16 the coil 12 is connected to the control unit 2.
  • the coil freewheel 5 is connected parallel to the coil 12, that is to say a connection 17 of the coil freewheel is connected to the connection 15 of the coil and a further connection 18 of the coil freewheel 5 to the other connection 16 of the coil 12.
  • the coil freewheel 5 can also be used be integrated in the control unit 2 (not shown).
  • the coil freewheel 5 then acts either between the connections 3 'and 16 or it is connected in parallel to the switching element 8 and acts between the connection 16 and the ground (negative pole of the on-board battery) of the on-board electrical system.
  • the control device 6 of the control device 2 transmits information via a connection 19 to the control circuit 7 and receives information from the control circuit 7 via a connection 20.
  • the control circuit 7 controls the gate 22 of the FET 9 with its output 21, so that the through-wi -
  • the control circuit 7 has connections 25 and 26, the connection 25 being connected to the source 23 and the connection 26 being connected to the drain 24.
  • the shunt resistor 10 is connected to its one terminal 27 at the drain 24.
  • Another connection 28 of the shunt resistor 10 is connected to ground, namely the negative pole of the battery of the motor vehicle.
  • the overall result is a current path in which the coil 12, the FET 9 and the shunt resistor 10 are connected in series, the coil 12 with its connection 15 - as already mentioned - at the positive pole of the battery and the shunt resistor 10 is connected to ground. Due to the series connection of the components, a partial voltage, namely a valve voltage 29, is applied to the coil 12.
  • the diagram in FIG. 2 shows a time-dependent course of the valve voltage 29 during a switching process, which consists of a switch-on phase E (0 to t 3 ), a phase with constant valve voltage K (t 4 -t 3 ) and a switch-off phase A (t 5 ⁇ t 4 ) is divided.
  • the voltage U is plotted on the ordinate axis and the time t on the abscissa axis.
  • the course of the valve voltage 29 is composed of a switch-on pulse 30, a switch-on ramp 32, a closing time 41 and a switch-off ramp 34 when the valve 4 is switched on.
  • the switch-on ramp 32 has a dead time 31 and a run-up 33.
  • the magnitude of the switch-on pulse 30 represents a first value u, which can be greater or less than a nominal value N and which is applied to the coil 12 for a period of time - j ⁇ -tg.
  • the switch-on ramp 32 begins at the time t 1 and the valve voltage 29 drops to a second value U ′′ 2.
  • the second value U 2 thus forms the initial value of the switch-on ramp 32, the switch-on ramp 32 having a total duration of 3 ⁇ t 1 Dead time 31 is the second value U 2.
  • the start-up time 33 starting at time t 2 has a linearly increasing valve voltage 29 up to time t 3 to the nominal value N.
  • valve voltage 29 is applied to the coil 12 during the closing time 41 for a period t 4 ⁇ t 3 and thus forms a holding voltage.
  • valve voltage 29 drops to a third value U 3 , which at the same time represents an initial value for switch-off ramp 34.
  • the valve voltage 29 drops to a voltage-free state 35.
  • the electromagnetic valve 4 is therefore preferably in its switch-off position at the time t 5 .
  • the course of the valve voltage 29 shown in FIG. 2 is generated in that the gate 22 of the FET 9 is controlled with a signal via the output 21 of the drive circuit 7 in such a way that such a volume resistance is established between the source 23 and the drain 24, that the desired voltage drop occurs on the switching element 8, that is to say the valve voltage 29 arises after the course of FIG. 2.
  • the voltage drop is sensed via the connections 25 and 26, taking into account the level of the battery voltage. This makes it possible to set the level of the valve voltage 29 precisely to the desired curve shape by the control device 6.
  • the control unit 2 For the operation of the electromagnetic valve 4, the control unit 2 generates a number of switching operations in succession with the time period t 5 -t Q , the period between two switching operations being determined by the power demanded by the heat exchanger of the heating and / or air conditioning system.
  • the exemplary embodiment in FIG. 3 shows an electronic circuit 1 a, which is designed as a control unit 2 a.
  • the connection 16 of the electromagnetic valve 4 is located at the connection 25 of the control device 2a, so that the same basic structure as shown in FIG. 1 results.
  • the control device 2a has connections 36 and 37 to which sensors 38 are connected.
  • thermocouple 39 measures the temperature - as a disturbance variable - of the coil, so that the control unit 2a regulates the valve voltage 29 depending on the temperature of the coil 12.
  • the sensor 38 connected to the outlet 37 is a pressure sensor 40, which senses a water pressure - as a further disturbance variable - in the heating or cooling water inlet, namely that which the electromagnetic valve 4 is to open or close.
  • the variables ascertained by sensors 38 thus serve to determine control parameters, as a result of which the individual control sections are optimally adapted to changing operating states of a heating or air conditioning system with regard to their duration and amplitude.
  • further sensors 38 can be assigned to control unit 2a via further connections, but this has been omitted in FIG. 3 for the sake of simplicity.
  • valve current can also be controlled instead of the valve voltage
  • valve current is adopted.
  • a control device 2b is assigned a digital and / or analog evaluation device 42. It detects the signal which drives the valve 4, namely a valve flow 44 (FIG. 5). From its time profile, it determines the slope of the valve flow 44 at least at a definable point in time, as a result of which a movement profile of the armature 13 can be derived in comparison with an increase in the setpoint curve (not shown).
  • valve current 44 first increases as a function of the inductance and the ohmic resistance of the coil 12.
  • the switching element 8 is preferably connected in parallel with the coil 12.
  • an electromagnetic field is formed in the coil 12 which is based on the Anchor 13 acts, which thereby sets in motion, which acts in its movement on valve unit 14, which is intended to interrupt or close the circuit of the heating or cooling water circuit (not shown)
  • the closing of the interrupted medium circuit transmits a disturbance variable Z 14 the valve unit 14.
  • the disturbance variable Z 14 is caused by the differential pressure between inlet and A outlet (not shown) set) of the valve unit 14 and caused by the amount of the flow rate to be blocked.
  • the disturbance variable Z 14 depends on the temperature and the viscosity of the medium, on the speed of the pump that pumps the medium and on the operating status of any branched media circuits that may be present. Since the disturbance variable Z 14 acts on the valve unit 14, it also counteracts the armature 13.
  • a disturbance variable Z 13 caused by friction in its mechanical guidance and by a damping (electrical, magnetic and / or mechanical) which acts on it.
  • the armature 13 thus counteracts the electromagnetic force generated by the coil 12.
  • a disturbance variable Z 12 acts on the coil 12, which is composed of an electrical coil resistance that can be changed as a function of the coil temperature, the change in the magnetic circuit caused by the armature movement and the resulting change in the coil current (valve current 44).
  • a voltage is induced in the coil 12 by the movement of the armature 13, which causes a current against the current feeding the coil 12.
  • Control device 2b is controllable. This makes it possible for it to optimally match the operating status of the heating or air conditioning location can be adjusted. This advantageously enables a noise-reduced closing process of the valve 4, which will be discussed in more detail below with reference to FIG. 5.
  • valve current 44 rises non-linearly over a time range t- ⁇ t Q , as already described.
  • the movement of the armature 13 induces a voltage in the coil 12, which causes a current direction counter to the supplying valve current 44.
  • the gradient of the valve current 44 decreases with increasing time t.
  • the valve current 44 reaches a plateau value, which is preferably below a nominal value N j , which corresponds to the holding current of the armature in its switched-on position.
  • the slope of the valve current 44 is zero.
  • the evaluation device 42 derives information from this, namely that the armature 13 must have moved.
  • the valve current 44 decreases in the further course until it assumes a relative minimum with the value I 2 at a time t 2 , which is below the value 1- ⁇ .
  • the slope of the valve current 44 is negative in the time range t 2 -t 1 .
  • valve unit 14 reaches its end stop and thus valve 4 reaches its switched-on position. The movement of the armature 13 is now complete.
  • valve current 44 also called total coil current
  • the valve current 44 can thus build up unhindered in the time range t 3 ⁇ t 2 up to a nominal value N j .
  • This course of the valve current 44 corresponds to a digital actuation of the valve 4 by means of a valve voltage 29 ′, which is stepped from a value equal to zero, abruptly to a nominal value U, at the time t Q.
  • valve with a valve voltage 29 (according to FIG. 2 to operate in the time range t 5 ⁇ t 2 ). Accordingly, at time t- ⁇ the valve voltage 29 'is reduced with the nominal value U at time t ⁇ - to a value U 2 , as a result of which the electromagnetic energy in the coil 12 decreases. This leads to a reduced acceleration of the armature 13.
  • the time ranges would be t - ⁇ - t g , t 2 -t- j _ and t 3 -t 2 not constant with each switching operation of the valve 4, but changeable depending on the disturbance variables 12 , Z 13 and Z 14 acting. If, for example, there is a particularly high fluid pressure in the medium circuit, the time t 1 would be delayed when the valve 4 is actuated, since the valve unit 14 and thus the armature 13 are opposed to higher forces. The valve flow 44 rises less steeply, this is recognized by the evaluation device 42 and, in comparison with an increase in the desired curve, determines the expected time t 1,.
  • the evaluation device 42 determines information on the acting disturbance variables Z 12 , Z 13 and Z 14 from the gradient of the valve current 44 in the time range t -tg, so that, depending on their amplitude, the valve current 44 also depends on its amplitude in the subsequent time range t 3 -t 1 is changeable.
  • valve voltage 29 ' is briefly interrupted by the control unit 2b, so that a dead time, as in the exemplary embodiment according to FIG. 1-, in the valve voltage 29' can be integrated.
  • a dead time as in the exemplary embodiment according to FIG. 1-
  • several brief interruptions of the valve voltage 29 ' are possible in all control sections.
  • an optimal closing process of the valve 4 is carried out taking into account the disturbance variables z 12 ′ z 13 unc ⁇ z 14.
  • valve 4 To open the valve 4 after the closing time, it can be provided either to switch off the valve flow 44 in a controlled manner or in an uncontrolled manner. However, it must be ensured that the valve flow 44 drops to zero in the switch-off phase, corresponding to the exemplary embodiment according to FIG. 1-, so that the valve 4 can assume its switch-off position.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung eines, einen Anker aufweisenden elektromagnetischen Ventils, insbesondere für eine Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem in Reihe zur Spule des Ventils liegenden elektronischen Schaltelement, die sich dadurch auszeichnet, daß das Schaltelement (8) die an der Spule (12) liegende Ventilspannung (29) (beziehungsweise den Ventilstrom (44)) derart steuert, daß die Ventilspannung (29) beim Einschalten des Ventils einen ersten Wert (U1) erreicht, daß anschließend die Ventilspannung (29) auf einen zweiten Wert (U2) zurückgefahren wird, der kleiner als der erste Wert (U1) ist, und daß nachfolgend die Ventilspannung (29) einen dritten Wert (N) annimmt, der größer als der zweite Wert (U2) ist und der eine Haltespannung für das Halten des Ankers (13) in seiner Einschaltstellung darstellt.

Description

Elektronische steuerschaltuncr
Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung eines, einen Anker aufweisenden elektromagnetischen Ventils, insbesondere für eine Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem in Reihe zur Spule des Ventils liegenden elektronischen Schaltelement.
Stand der Technik
Aus der Druckschrift WO 94/19810 ist eine Steuerschaltung für ein Magnetventil bekannt, die den Ansteuerstrom des Magnetventils zeitabhängig verändert, wenn das Magnetventil von einer Durchlaßstellung in eine Schließstellung gebracht werden soll. Dies geschieht dadurch, daß der Ansteuerstrom des Ventils derart verringert -jedoch nicht auf Nullwird, daß das Magnetventil abfällt. Unmittelbar danach wird der Ansteuerstrom wieder erhöht, jedoch bleibt der Stromwert unterhalb einem Wert, bei dem das Magnetventil in seine Schließstellung bewegt wird. Die Steuerschaltung steuert folglich den Ansteuerstrom während einer Abschaltphase. Im Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, Magnetventile mit einen rechteckimpulsförmigen Ansteuerstrom zu betreiben. Das heißt, die Erregung der Magnetspule ist entweder ausgeschaltet oder eingeschaltet, wobei sie im eingeschalteten Zustand maximal ist.
Weiterhin ist es bekannt, den Ansteuerstrom für die Spulenerregung bei Impulsbeginn zunächst auf einen erhöhten Wert auszusteuern, wobei die Spulenerregung -nachdem ein federbelasteter Anker die ersten Federkräfte und die Haftreibung überwunden hat- auf einen Nominalwert zurückgefahren wird, bei dem der Anker in einer Haltestellung verharrt.
Bei den im Stand der Technik bekannten Magnetventilen ist nachteilig, daß sie beim Schließen relativ laute Schaltgeräusche produzieren, wenn der Anker und/oder das Ventil beim Schließen auf einen Anschlag treffen. Wird das Ventil zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug zur Steuerung der Klimaanlage verwendet, so stören die Schaltgeräusche insbesondere bei langsamen Fahrten und bei Fahrzeugstillstand, da dann die Motor- und Fahrgeräusche niedrig sind.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung eines, einen Anker aufweisenden elektromagnetischen Ventils, insbesondere für eine Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem in Reihe zur Spule des Ventils liegenden elektronischen Schaltelement, bietet dem- gegenüber den Vorteil, daß das Schaltelement die an der Spule liegende Ventilspannung (beziehungsweise den Ventilstrom) derart steuert, daß die Ventilspannung beim Einschalten des Ventils einen ersten Wert erreicht, daß anschließend die Ventilspannung auf einen zweiten Wert zurückgefahren wird, der kleiner als der erste Wert ist und daß nachfolgend die Ventilspannung einen dritten Wert annimmt, der größer als der zweite Wert ist und der eine Haltespannung für das Halten des Ankers in seiner Einschaltstellung darstellt. Dadurch, daß das elektromagnetische Ventil zunächst mit einem ersten Wert der Ventilspannung betrieben wird, wird der Anker zunächst so stark beschleunigt, daß die anfänglichen Federkräfte und die Haftreibung überwunden werden. Der so in Bewegung versetzte Anker erfährt anschließend durch eine verringerte elektromagnetische Energie eine verminderte Beschleunigung, da der zweite Wert der Ventilspannung geringer als der erste Wert ist, wobei der zweite jedoch vorzugsweise so gewählt ist, daß der Anker seine Geschwindigkeit im wesentlichen beibehält. Im Verlauf des weiteren Einschaltvorgangs nimmt die Ventilspannung den dritten Wert an, der größer als der zweite Wert ist, so daß der Anker des Ventils trotz der zuvor erfolgten Spannungsabsenkung vom ersten auf den zweiten Wert in sehr kurzer Zeit in die Endstellung gelangt. Ferner stellt sich dabei der Vorteil ein, daß das Auftreffen des Ankers auf den Endanschlag nicht mit dem im Stand der Technik erwähnten lauten Aufschlaggeräusch verbunden ist, da die erfindungsgemäße Spannungs- beziehungsweise Stromführung zwar ein schnelles Schalten ermöglicht, dennoch eine allzu große Auftreffgeschwindigkeit auf den Endanschlag verhindert.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der erste Wert der Ventilspannung beziehungsweise des Ventilstroms in Form eines Einschaltimpulses gebildet ist. Die Amplitude des Einschaltimpulses ist dabei größer als die Hälfte des Nominalwerts. Die Zeitdauer des Einschaltimpulses beträgt etwa das 0,1- bis 0,6-fa- che der Ventilschaltzeit bei sprungförmiger Erregung des Ventils mit einer über der Haltespannung liegenden Spannung. Alternativ kann vorgesehen sein, daß sich der Einschaltimpuls aus mehreren aufeinanderfolgenden Impulsen zusammensetzt.
Weiterhin ist vorgesehen, daß der zweite Wert der Ventilspannung beziehungsweise des Ventilstroms einen Anfangswert für eine Einschaltrampe bildet. Die Höhe des zweiten Wert beträgt maximal das 0,8- fache des Nominalwerts der Ventilspannung beziehungsweise des Ventilstroms. Nachdem die Ventilspannung beziehungsweise der Ventilstrom vom ersten auf den zweiten Wert reduziert ist, schließt sich dem Einschaltimpuls ein Spannungs- beziehungsweise Stromverlauf an, der linear ansteigt. Alternativ kann vorgesehen sein, daß der Anstieg der Einschaltrampe nichtlinear, vorzugsweise progressiv oder degressiv verläuft. Daraus ist ableitbar, daß das elektromagnetische Ventil während der Einschaltrampe mit verminderter, jedoch speziell gesteuert ansteigender magnetischer Energie betrieben wird, so daß die Beschleunigung des Ankers vermindert ist. Weiterhin ist in bevorzugter Ausführung vorgesehen, daß dem Einschaltimpuls eine "Totzeit" folgt, während der die Ventilspannung beziehungsweise der Ventilstrom konstant auf dem zweiten Wert gehalten wird, so daß sich der Hochlauf der Einschaltrampe verzögert.
Vorzugsweise bildet der Endwert der Einschaltrampe den dritten Wert, wobei der dritte Wert insbesondere dem Nominalwert der Ventilspannung beziehungsweise des Ventilstroms entspricht. Der dritte Wert weist dabei mindestens eine Höhe auf, wie sie der Haltespannung des Ankers in seiner Einschaltstel- lung entspricht. Die Ventilspannung beziehungsweise der Ventilstrom wird dabei über eine Zeitdauer konstant gehalten, während der das Ventil in Schließstellung ist. Diese Zeitdauer kann je nach Anforderung variiert werden.
Zum Abschalten des Ventils ist vorgesehen, die Ventilspannung beziehungsweise den Ventilstrom sprung- artig zu verringern und zwar auf einen Wert, der zwischen dem dritten Wert und dem spannungsfreien Zustand liegt. Dieser Wert bildet -in einer Weiterbildung der Erfindung- gleichzeitig einen Anfangswert einer Abschaltrampe. Während der Abschaltrampe wird die Ventilspannung beziehungsweise der Ventilstrom linear auf Null abfallen. Alternativ kann der Verlauf der Abschaltrampe nichtlinear, insbesondere progressiv oder degressiv abfallend sein. Die Zeitdauer der Abschaltrampe wird durch einen Spulen- freilauf bestimmt, der beispielsweise durch eine parallel zur Spule geschaltete Freilaufdiode gebildet ist. In besonders bevorzugter Ausführungsform ist vorgesehen, daß die einzelnen Ansteuerabschnitte (Ein- schaltimpuls, Totzeit, Einschaltrampe, Einschalt- stellung und Abschaltrampe) nicht durch fest vorgegebene Bedingungen bestimmt sind, sondern daß aktuelle Zustandsparameter die Amplitude und/oder die Zeitdauer mindestens eines Ansteuerabschnitts bestimmen. Bei einem Kraftfahrzeug sind beispielsweise solche Zustandsparameter die Batteriespannung, die Drehzahl einer Wasserpumpe eines Verbrennungsmotors, der Fluiddruck eines Wasserkreislaufs einer Klimaanlage und die Spulentemperatur. Dazu ist es notwendig, die Zustandsparameter mittels geeigneter Sensoren zu erfassen. Beispielsweise kann ein Thermoelement zur Erfassung der Spulentemperatur vorgesehen sein.
Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, die Höhe des Einschaltimpulses, also die Höhe des ersten Werts, mittels des elektronischen Schaltelements unabhängig von der Versorgungsspannung -beispielsweise ist das die Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs, also die Batteriespannung- der elektronischen Steuerschaltung auf eine gewünschte Höhe einzustellen. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn die Batteriespannung aufgrund äußerer Einflüsse, zum Beispiel Außentemperatur, nicht konstant ist, da dann dennoch stets reproduzierbare Einschaltvorgänge realisiert werden.
Ferner ist insbesondere vorgesehen, daß die Dauer des Einschaltimpulses automatisch einstellbar ist. Dabei hängt die Dauer des Einschaltimpulses von der Position des Ankers ab. Die Position des Ankers wird mittels einer geeigneten elektronischen Schaltung, die der elektronischen Steuerschaltung zuor- denbar ist, aus dem Verlauf der Ventilspannung und/oder des Ventilstroms abgeleitet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der elektronischen Steuerschaltung eine Auswerteeinrichtung zugeordnet ist. Die Zuordnung umfaßt nicht nur eine Bereitstellung von Informationen untereinander, sondern auch die räumliche Zuordnung zueinander. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung Bestandteil der elektronischen Steuerschaltung.
Es ist vorgesehen, daß die Auswerteeinrichtung beim Start des Einschaltvorganges des Ventils aus der Steigung des Ventilstroms und/oder der Ventilspannung einen Zeitpunkt ermittelt, in dem der Ventilstrom einen Plateauwert annehmen wird, der unter dem Haltestrom des Ankers liegt und in dem die Steigung des Ventilstroms Null beziehungsweise etwa Null ist. Der Anstieg des Ventilstroms entspricht in diesem Zeitbereich dem eingangs erwähnten Einschaltimpuls, jedoch erfolgt der Ventilstromanstieg -in Abhängigkeit der Induktivität der Spule- vorzugsweise nichtlinear. Dazu wird zunächst der Verlauf des Ventilstroms beziehungsweise der Ventilspannung während eines Einschaltvorganges erfaßt, wenn keine oder aber in ihrer Höhe bekannte Störgrößen auf das Ventil wirken. Dieser Verlauf entspricht einem Sollkurvenverlauf aus dem zu jedem gewünschten Zeitpunkt die Steigung ermittelt wird, so daß bei einem davon abweichenden Verlauf -daraus folgt auch eine abweichende Steigung- des Ventil- stroms beziehungsweise der Ventilspannung Rückschlüsse darauf gezogen werden können, unter welchen Bedingungen das Ventil arbeitet. Wirken auf das Ventil Störgrößen oder gehen vom Ventil selbst Störgrößen aus, ändert sich der Verlauf und die Steigung des Ventilstroms beziehungsweise der Ventilspannung. Mithin ist es möglich, aufgrund eines Vergleichs zwischen dem Sollkurvenverlauf und dem Verlauf des Ventilstroms beziehungsweise der Ventilspannung eine Aussage über die Höhe der wirkenden Störgröße (n) zu machen, so daß der Verlauf des Ventilstroms beziehungsweise der Ventilspannung mittels der elektronischen Schaltung an den Sollkurvenverlauf anpaßbar ist. Alternativ kann vorgesehen sein, daß zu festlegbaren Zeitpunkten einzelne Werte der Sollkurve ermittelt werden. In einem betriebsbedingten Einschaltvorgang erfaßte, aufgrund von einwirkenden Störgrößen abweichende Werte des Ventilstroms beziehungsweise der Ventilspannung ergeben durch direkten Vergleich mit den ermittelten Werten der Sollkurve Aufschluß über die Höhe der einwirkenden Störgröße (n) . Folglich ist auch hier eine Anpassung des Verlaufs des Ventilstroms beziehungsweise der Ventilspannung an den Sollkurvenverlauf in vorteilhafter Weise möglich. Beide vorstehend beschriebenen Varianten ermöglichen für verschiedene Betriebsbedingungen ein sicheres Schließen des Ventils in genügend kurzer Zeit, wobei eine optimale Geräuschreduzierung erreicht wird.
Zumindest eine Störgröße tritt bei jedem Steue- rungs- beziehungsweise Regelvorgang auf. Im vorliegenden Fall treten mehrere Störgrößen auf, worauf nachfolgend näher eingegangen wird. Erfolgt eine Ansteuerung der Spule für einen Einschaltvorgang, bildet sich ein elektromagnetisches Feld aus, welches auf den Anker wirkt, wodurch sich dieser in Bewegung setzt. Gleichzeitig wirkt der Anker in seiner Bewegung auf eine Ventileinheit, die den Kreislauf des Heiz- beziehungsweise Kühlwasserkrei- ses schließen soll. Der Wasserdruck im Mediumkreis wirkt der Ventileinheit und somit dem Anker entgegen, der seinerseits der durch die Spule erzeugten elektromagnetischen Kraft entgegenwirkt. Es tritt also eine Störgröße an der Ventileinheit auf, die indirekt über den Anker auch auf die Spule wirkt. Ferner erzeugt eine weitere Störgröße der Anker selbst, nämlich durch Reibung in seiner mechanischen Führung und/oder dadurch, daß der Anker in seiner Bewegung, beispielsweise durch eine Feder, gedämpft ist. Eine weitere Störgröße wirkt auf die Spule, die sich aus einem in Abhängigkeit von der Spulentemperatur veränderbaren elektrischen Spulen- widerstand, durch die von der Ankerbewegung hervorgerufene Änderung des magnetischen Kreises (der Anker wird aus der Spule herausbewegt) und durch die daraus resultierende Änderung des Ventilstroms zusammensetzt. Schließlich wird durch die Bewegung des Ankers in der Spule eine Spannung induziert, die einen Strom entgegen dem Ventilstrom bewirkt. Durch diese inneren und äußeren Einflüsse, steigt bei einem Einschaltvorgang des Ventils der Ventilstrom beziehungsweise die Ventilspannung nicht gemäß dem Sollkurvenverlauf an, sondern abweichend zu ihm. Diese Abweichung ist vorzugsweise mittels der Auswerteeinrichtung erfaßbar, so daß diese der elektronischen Ξteuerschaltung Informationen über die auf das Ventil wirkenden Störgrößen übermittelt, wodurch der Verlauf des Ventilstroms beziehungsweise der Ventilspannung an den Sollkurvenverlauf anpaßbar ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein geräuschreduzierter Schließvorgang des Ventils in genügend kurzer Zeit ermöglicht.
In Abweichung zum vorstehend Beschriebenen wird der Sollkurvenverlauf des Ventilstroms beziehungsweise der Ventilspannung nicht mittels eines Einschaltvorganges des Ventils ermittelt, bei dem keine oder in ihrer Höhe bekannte Störgrößen wirken, sondern es ist -in einer Ausführungsvariante- selbstverständlich auch möglich, den Sollkurvenverlauf anhand einer Simulation und/oder eines (Labor- ) Versuchs zu ermitteln. Die dadurch ermittelten Werte dienen als Standardwerte und können insbesondere in der Auswerteeinrichtung gespeichert werden.
Schließlich ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Auswerteeinrichtung aus der Steigung und/oder aus einzelnen Werten des Ventilstroms und/oder der Ventilspannung vom Einschaltzeitpunkt des Ventils bis zum Zeitpunkt des Erreichens des Plateauwertes in Abhängigkeit von den auf das Ventil wirkenden Störgrößen Steuerungsparameter für die Beeinflussung des Verlaufs des Ventilstroms und/oder der Ventilspannung eines späteren Zeitbereichs ermittelt. Ferner ist aus dem anfänglichen Verlauf des Ansteu- ersignals des Ventils eine Vorhersage über die zu erwartende Gesamtschließdauer des Ventils möglich. Ist beispielsweise die vorhergesagte Gesamtschließdauer aufgrund eines hohen Wasserdruckes zu lang, so kann die elektronische Steuerschaltung den Ventilstrom oder die Ventilspannung erhöhen, so daß der Anker stärker beschleunigt wird, wodurch eine gegenüber der erwarteten Gesamtschließdauer kürzere Schließdauer erzielt wird. Andererseits ist es jedoch auch möglich, bei einer vorhergesagten zu kurzen Gesamtschließzeit, resultierend aus einer hohen Geschwindigkeit des Ankers, den Ventilstrom beziehungsweise die Ventilspannung kurzzeitig auszuschalten, so daß dadurch die Geschwindigkeit des Ankers reduziert wird, wodurch auch hier ein optimaler, geräuschreduzierter Schließvorgang erzielt wird.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel der elektronischen Steuerschaltung mit einem anzusteuernden elektromagnetischen Ventil,
Figur 2 einen zeitabhängigen Verlauf der an der Spule liegenden Ventilspannung,
Figur 3 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausfüh- rungsbeispiels der elektronischen Steuerschaltung,
Figur 4 ein Blockschaltbild eines dritten Ausfüh- rungsbeispiels der elektronischen Steuerschaltung und Figur 5 einen zeitabhänigen Verlauf eines Ventilstroms, bei einer Ansteuerung des Ventils mit der elektronischen Schaltung nach Figur 4.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figur 1 zeigt eine elektronische Steuerschaltung 1, im folgenden als Steuergerät 2 bezeichnet, das über Anschlüsse 3 mit Spannung versorgt wird. Dabei stellt ein Anschluß 3 ' eine Verbindung mit einem Pluspol eines hier nicht dargestellten Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs dar. Ferner zeigt Figur 1 ein elektromagnetisches Ventil 4 mit einem Spu- lenfreilauf 5. Das elektromagnetische Ventil 4 ist einem hier nicht dargestellten Mediumkreislauf derart zugeordnet, daß es einen Heiz- /beziehungsweise Kühlwasserzulauf für einen Wärmetauscher einer Hei- zungs- und/oder Klimaanlage reguliert. Das Steuergerät 2 beinhaltet eine Regeleinrichtung 6, eine Ansteuerschaltung 7, ein elektronisches Schaltelement 8 sowie einen Shunt-Widerstand 10. Das Schaltelement 8 ist als Feldeffekt-Transistor, im folgenden kurz als FET 9 bezeichnet, ausgebildet.
Das elektromagnetische Ventil 4 weist eine Spule 12, einen innerhalb der Spule 12 beweglich angebrachten Anker 13 und eine Ventileinheit 14 auf, wobei der hier nicht dargestellte bewegliche Teil der Ventileinheit 14 mittels des Ankers 13 betätigt wird. Ein Anschluß 15 der Spule 12 des elektromagnetischen Ventils 4 ist mit einem Pluspol des hier nicht dargestellten Bordnetzes des Kraftfahrzeugs verbunden, dies ist der Pluspol der Batterie des Kraftfahrzeugs. Mit ihrem anderen Anschluß 16 ist die Spule 12 mit dem Steuergerät 2 verbunden. Parallel zur Spule 12 ist der Spulenfreilauf 5 angeschlossen, das heißt ein Anschluß 17 des Spulen- freilaufs ist mit dem Anschluß 15 der Spule verbunden und ein weiterer Anschluß 18 des Spulenfreilaufs 5 mit dem anderen Anschluß 16 der Spule 12. Alternativ kann der Spulenfreilauf 5 auch im Steuergerät 2 integriert sein (nicht dargestellt) . Der Spulenfreilauf 5 wirkt dann entweder zwischen den Anschlüssen 3 ' und 16 oder er ist parallel zum Schaltelement 8 angeschlossen und wirkt zwischen dem Anschluß 16 und der Masse (Minuspol der Bordbatterie) des Bordnetzes.
Die Regeleinrichtung 6 des Steuergeräts 2 überträgt Informationen über eine Verbindung 19 zur Ansteuerschaltung 7 und erhält über eine Verbindung 20 Informationen von der Ansteuerschaltung 7. Die An- steuerschaltung 7 steuert mit ihrem Ausgang 21 das Gate 22 des FET 9 an, so daß sich der Durchgangswi- derstand zwischen einem Source-Anschluß, im folgenden nur als Source 23 bezeichnet und einem Drain- Anschluß, im folgenden nur als Drain 24 bezeichnet, in Abhängigkeit von einem am Gate 22 anliegenden Ansteuersignal verändern läßt. Weiterhin weist die Ansteuerschaltung 7 Anschlüsse 25 und 26 auf, wobei der Anschluß 25 mit der Source 23 und der Anschluß 26 mit dem Drain 24 verbunden ist. Ferner ist am Drain 24 der Shunt-Widerstand 10 mit seinem einen Anschluß 27 angeschlossen. Ein anderer Anschluß 28 des Shunt-Widerstands 10 ist mit der Masse verbunden, nämlich dem Minuspol der Batterie des Kraftfahrzeugs. Es ergibt sich insgesamt ein Strompfad, in dem die Spule 12, der FET 9 und der Shunt-Widerstand 10 in Serie geschaltet sind, wobei die Spule 12 mit ihrem Anschluß 15 -wie bereits erwähnt- am Pluspol der Batterie und der Shunt-Widerstand 10 an der Masse angeschlossen ist. Durch die Serienschaltung der Bauteile liegt eine Teilspannung, nämlich eine Ventilspannung 29, an der Spule 12 an.
Das Diagramm in Figur 2 zeigt einen zeitabhängigen Verlauf der Ventilspannung 29 während eines Schalt- vorganges, der in eine Einschaltphase E (0 bis t3) , eine Phase mit konstanter Ventilspannung K (t4-t3) und eine Ausschaltphase A (t5~t4) unterteilt ist. Auf der Ordinatenachse ist die Spannung U und auf der Abszissenach.se die Zeit t aufgetragen. Der Verlauf der Ventilspannung 29 setzt sich beim Einschalten des Ventils 4 aus einem Einschaltimpuls 30, einer Einschaltrampe 32, einer Schließzeit 41 und einer Abschaltrampe 34 zusammen. Die Einschaltrampe 32 weist eine Totzeit 31 und einen Hochlauf 33 auf. Die Höhe des Einschaltimpulses 30 stellt einen ersten Wert ü, dar, der größer oder kleiner als ein Nominalwert N sein kann und während einer Zeitdauer -j^-tg an der Spule 12 anliegt. Zum Zeitpunkt t^ beginnt die Einschaltrampe 32 und die Ventilspannung 29 fällt auf einen zweiten Wert U" 2 ab. Der zweite Wert U2 bildet somit den Anfangswert der Einschaltrampe 32, wobei die Einschaltrampe 32 insgesamt eine Zeitdauer 3-t1 aufweist. Während der Totzeit 31 ist der zweite Wert U2 konstant. Die zum Zeitpunkt t2 beginnende Hochlaufzeit 33 weist eine linear ansteigende Ventilspannung 29 bis zum Zeitpunkt t3 auf den Nominalwert N auf. Der Nomi- nalwert N der Ventilspannung 29 liegt an der Spule 12 während der Schließzeit 41 für eine Zeitdauer t4~t3 an und bildet somit eine Haltespannung. Zum Zeitpunkt t4 fällt die Ventilspannung 29 auf einen dritten Wert U3 ab, der gleichzeitig einen Anfangswert für die Abschaltrampe 34 darstellt. Während einer Zeitdauer t5-t4 der Abschaltrampe 34 fällt die Ventilspannung 29 bis auf einen spannungsfreien Zustand 35 ab. Das elektromagnetische Ventil 4 befindet sich folglich zum Zeitpunkt t5 vorzugsweise in seiner Abschaltstellung.
Der in Figur 2 gezeigte Verlauf der Ventilspannung 29 wird dadurch erzeugt, daß über den Ausgang 21 der Ansteuerschaltung 7 das Gate 22 des FET 9 mit einem Signal so angesteuert wird, daß sich zwischen der Source 23 und dem Drain 24 jeweils ein derartiger Durchgangswiderstand einstellt, daß an dem Schaltelement 8 der gewünschte Spannungsfall auftritt, also die Ventilspannung 29 nach dem Verlauf der Figur 2 entsteht. Über die Anschlüsse 25 und 26 wird der Spannungsfall sensiert, wobei hierbei die Höhe der Batteriespannung berücksichtigt wird. Dadurch ist es möglich die Höhe der Ventilspannung 29 durch die Regeleinrichtung 6 genau auf den gewünschten Sollkurvenverlauf einzustellen. Für den Betrieb des elektromagnetischen Ventils 4 werden vom Steuergerät 2 aufeinanderfolgend mehrere Schaltvorgänge mit der Zeitdauer t5-tQ generiert, wobei der Zeitraum zwischen zwei Schaltvorgängen von der vom Wärmetauscher der Heizungs- und/oder Klimaanlage abgeforderten Leistung bestimmt wird. Das Ausfuhrungsbeispiel in Figur 3 zeigt eine elektronische Schaltung la, die als Steuergerät 2a ausgebildet ist. Am Anschluß 25 des Steuergeräts 2a befindet sich der Anschluß 16 des elektromagnetischen Ventils 4, so daß sich der gleiche grundsätzliche Aufbau, wie in Figur 1 gezeigt, ergibt. Zusätzlich zum Steuergerät 2 aus Figur 1 weist das Steuergerät 2a Anschlüsse 36 und 37 auf, an denen Sensoren 38 angeschlossen sind. Ein Thermoelement 39 mißt die Temperatur -als Störgröße- der Spule, so daß das Steuergerät 2a die Ventilspannung 29 temperaturabhängig von der Spule 12 regelt. Der am Ausgang 37 angeschlossene Sensor 38 ist ein Drucksensor 40, der einen Wasserdruck -als weitere Störgröße- in dem Heiz- /beziehungsweise Kühlwasserzu- lauf sensiert, nämlich den, den das elektromagnetische Ventil 4 öffnen oder schließen soll. Die von den Sensoren 38 ermittelten Größen dienen somit zur Ermittlung von Steuerungsparametern, wodurch die einzelnen Ansteuerabschnitte hinsichtlich ihrer Zeitdauer und Amplitude optimal an wechselnde Be- triebszustände einer Heiz- beziehungsweise Klimaanlage angepaßt werden. Selbstverständlich sind dem Steuergerät 2a weitere Sensoren 38 über weitere Anschlüsse zuordenbar, worauf jedoch bei der Figur 3 der Einfachheit halber verzichtet wurde.
Die im Anspruch 1 angesprochene Alternative, nämlich, daß anstelle der Ventilspannung auch der Ventilstrom gesteuert werden kann, wird in einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel -dargestellt in Figur 4- näher erläutert. Demgemäß gilt auch für dieses Ausfuhrungsbeispiel der Anspruch 1 sinngemäß, wenn in ihm anstelle des Begriffs "Ventilspannung" der Begriff "Ventilstrom" angenommen wird.
Für das Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 4 ist vorgesehen, daß einem Steuergerät 2b eine digital- und/oder analogarbeitende Auswerteeinrichtung 42 zugeordnet ist. Sie erfaßt das das Ventil 4 ansteuernde Signal, nämlich einen Ventilstrom 44 (Figur 5) . Aus dessen zeitlichen Verlauf ermittelt sie zumindest zu einem festlegbaren Zeitpunkt die Steigung des Ventilstroms 44, wodurch im Vergleich mit einer Steigung der Sollkurve (nicht dargestellt) ein Bewegungsverlauf des Ankers 13 ableitbar ist.
Erfolgt eine Ansteuerung der Spule 12 durch das Steuergerät 2b über das Schaltelement 8 (in Figur 4 nicht dargestellt) mit einer über einem Zeitraum t3~tQ konstanten Ventilspannung 29" mit dem Wert U (Figur 5) , so steigt zunächst der Ventilstrom 44 in Abhängigkeit der Induktivität und des ohmschen Widerstands der Spule 12 an. Hierzu sei angemerkt, daß bei einer Ventilstromsteuerung das Schaltelement 8 vorzugsweise parallel mit der Spule 12 verschaltet ist. Aufgrund der Ansteuerung bildet sich ein elektromagnetisches Feld in der Spule 12 aus, das auf den Anker 13 wirkt, der sich dadurch in Bewegung setzt. Dieser wirkt in seiner Bewegung auf die Ventileinheit 14, welche den Kreislauf des Heiz- beziehungsweise Kühlwasserkreises (nicht dargestellt) unterbrechen beziehungsweise schließen soll. Durch das Schließen überträgt der unterbrochene Mediumkreislauf eine Störgröße Z14 auf die Ventileinheit 14. Die Störgröße Z14 wird durch den Differenzdruck zwischen Ein- und Auslaß (nicht dar- gestellt) der Ventileinheit 14 und durch die Höhe der zu sperrenden Durchflußmenge hervorgerufen. Die Störgröße Z14 ist abhängig von der Temperatur und der Viskosität des Mediums, von der Drehzahl der Pumpe, die das Medium umpumpt und von Be- triebszuständen von eventuell vorhandenen verzweigten Medienkreisen. Da die Störgröße Z14 auf die Ventileinheit 14 wirkt, wirkt sie auch dem Anker 13 entgegen. Während der Bewegung des Ankers 13 erfährt dieser zusätzlich eine Störgröße Z13, hervorgerufen durch Reibung in seiner mechanischen Führung und durch eine Dämpfung (elektrisch, magnetisch und/oder mechanisch) , die auf ihn wirkt. Der Anker 13 wirkt somit der durch die Spule 12 erzeugten elektromagnetischen Kraft entgegen. Ferner wirkt eine Störgröße Z12 auf die Spule 12, die sich aus einem in Abhängigkeit von der Spulentemperatur veränderbaren elektrischen Spulenwiderstand, durch die von der Ankerbewegung hervorgerufene Änderung des magnetischen Kreises und durch die daraus resultierende Änderung des Spulenstroms (Ventilstrom 44) zusammensetzt. Ferner wird in der Spule 12 durch die Bewegung des Ankers 13 eine Spannung induziert, die einen Strom entgegen dem die Spule 12 speisenden Strom bewirkt.
Dadurch, daß -wie bereits erwähnt- die Auswerteeinrichtung 42 die Steigung des Ventilstroms 44 erfaßt, können aus dieser Informationen über die auf das Ventil 4 wirkenden Störgrößen 12, Z13 und Z14 abgeleitet werden, so daß der Ventilstrom 44 in deren Abhängigkeit durch das Steuergerät 2b steuerbar ist. Dadurch ist es möglich, daß er optimal an die Betriebszustände der Heiz- beziehungsweise Klimaan- lage angepaßt werden kann. Mithin wird in vorteilhafter Weise ein geräuschreduzierter Schließvorgang des Ventils 4 ermöglicht, worauf im folgenden anhand der Figur 5 näher eingegangen wird.
Beim Ansteuern des Ventils 4 zu Beginn des Einschaltvorganges mit der Ventilspannung 29' steigt -wie bereits beschrieben- der Ventilstrom 44 während eines Zeitbereichs t-^tQ nichtlinear an. Durch die Bewegung des Ankers 13 wird in der Spule 12 eine Spannung induziert, die eine Stromrichtung entgegen dem versorgenden Ventilstrom 44 bewirkt. Durch die nach Überwindung der ersten Reibungs- und Federkräfte zunehmende Geschwindigkeit des Ankers 13 und die daraus erzeugte höhere Induktionsspannung, nimmt die Steigung des Ventilstroms 44 mit zunehmender Zeit t ab. Zum Zeitpunkt t-^ erreicht der Ventilstrom 44 einen Plateauwert , der vorzugsweise unter einem Nominalwert Nj liegt, der dem Haltestrom des Ankers in seiner Einschaltstellung entspricht. Dabei ist die Steigung des Ventilstroms 44 Null. Daraus leitet die Auswerteeinrichtung 42 eine Information ab, nämlich daß sich der Anker 13 bewegt haben muß. Durch die weiterhin zunehmende Geschwindigkeit des Ankers 13 nimmt im weiteren Verlauf der Ventilstrom 44 ab, bis er zu einem Zeitpunkt t2 ein relatives Minimum mit dem Wert I2 einnimmt, der unter dem Wert 1-^ liegt. Die Steigung des Ventilstroms 44 ist im Zeitbereich t2-t1 negativ. Zum Zeitpunkt t2 erreicht die Ventileinheit 14 ihren Endanschlag und somit das Ventil 4 seine Einschaltstellung. Die Bewegung des Ankers 13 ist nun beendet. Dadurch wird der durch die beschleunigte Bewegung des Ankers 13 in der Spule 12 erzeugte Ge- genstro , der während der Bewegung des Ankers zur Abnahme des Ventilstroms 44 (auch Gesamtspulenstrom genannt) führt, jetzt nahezu 0. Der Ventilstrom 44 kann sich somit in dem Zeitbereich t3~t2 ungehindert bis zu einem Nominalwert Nj aufbauen. Dieser Verlauf des Ventilstroms 44 entspricht einer digitalen Ansteuerung des Ventils 4 mittels einer Ventilspannung 29', die zum Zeitpunkt tQ von einem Wert gleich null, sprungartig zu einem Nominalwert U ausgesteuert wird.
Selbstverständlich ist es für das Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 4 auch möglich, ab dem Zeitpunkt t-^, wenn der Ventilstrom 44 den Plateauwert I, bzw. die Steigung des Ventilstroms 44 einen vorgebbaren Wert erreicht hat, das Ventil mit einer Ventilspannung 29 (gemäß Figur 2 im Zeitbereich t5~t2) zu betreiben. Demnach wird zum Zeitpunkt t-^ die Ventilspannung 29' mit dem Nominalwert U zum Zeitpunkt t^- auf einen Wert U2 zurückgefahren, wodurch die elektromagnetische Energie in der Spule 12 abnimmt. Das führt zu einer verminderten Beschleunigung des Ankers 13. Dadurch stellt sich eine Geschwindigkeit ein, die genügend groß ist, um ein sicheres Schließen des Ventils 4 zu gewährleisten, jedoch so gering ist, daß eine Geräuschentwicklung beim Auf- treffen des Ankers 13 auf seinen Endanschlag im wesentlichen verhindert wird, wobei der Einfluß der Störgrößen Z12, Z13 und Z14 bis zum Erreichen des Plateauwerts 1^ des Ventilstroms berücksichtigt wird.
Ändern sich die Zustandsparameter im Mediumkreis, so wären die Zeitbereiche t-^-tg, t2-t-j_ und t3-t2 nicht bei jedem Schaltvorgang des Ventils 4 konstant, sondern in Abhängigkeit der einwirkenden Störgrößen 12, Z13 und Z14 veränderbar. Herrscht beispielsweise im Mediumkreis ein besonders hoher Fluiddruck, so würde sich beim Ansteuern des Ventils 4 das Erreichen des Zeitpunkts t^ verzögern, da der Ventileinheit 14 und somit dem Anker 13 höhere Kräfte entgegenstehen. Der Ventilstrom 44 steigt dabei weniger steil an, dies erkennt die Auswerteeinrichtung 42 und ermittelt im Vergleich mit einer Steigung der Sollkurve den zu erwartenden Zeitpunkt t-,. Wäre demgemäß die Zeitdauer t,-t0 zu groß, so daß eine Schließung des Ventils 4 zu lange dauern würde, veranlaßt sie das Steuergerät 2b den Ventilstrom 44 zu erhöhen, so daß der Anker 13 den erhöht entgegenwirkenden Kräften entgegentritt, wodurch das Ventil 4 in genügend kurzer Zeit geräuscharm und dennoch sicher geschlossen werden kann. Ferner ermittelt die Auswerteeinrichtung 42 aus der Steigung des Ventilstroms 44 im Zeitbereich t -tg Informationen über die wirkenden Störgrößen Z12, Z13 und Z14 , so daß in deren Abhängigkeit der Ventilstrom 44 hinsichtlich seiner Amplitude auch im nachfolgenden Zeitbereich t3-t1 veränderbar ist.
Weiterhin ist bei einer zu schnellen Bewegung des Ankers 13 , wodurch sich ein sehr steiler Stromanstieg einstellt, vorgesehen, die Ventilspannung 29' kurzzeitig durch das Steuergerät 2b zu unterbrechen, so daß eine Totzeit -wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 1- in der Ventilspannung 29' integriert sein kann. Natürlich sind -bei Bedarf- mehrere Kurzunterbrechungen der Ventilspannung 29' in allen Ansteuerabschnitten möglich. Mithin wird auch in dieser Situation ein optimaler Schließvorgang des Ventils 4 unter Berücksichtigung der Störgrößen z12' z13 unc^ z14 durchgeführt.
Zum Öffnen des Ventils 4 nach der Schließzeit kann vorgesehen sein, entweder den Ventilstrom 44 gesteuert oder ungesteuert abzuschalten. Jedoch ist sicherzustellen, daß der Ventilstrom 44 in der Ausschaltphase -entsprechend dem Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 1- auf Null abfällt, so daß das Ventil 4 seine Abschaltstellung einnehmen kann.

Claims

Ansprüche
1. Elektronische Steuerschaltung zur Ansteuerung eines, einen Anker aufweisenden elektromagnetischen Ventils, insbesondere für eine Heizungs- und/oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem in Reihe zur Spule des Ventils liegenden elektronischen Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (8) die an der Spule (12) liegende Ventilspannung (29) (beziehungsweise den Ventilstrom (44)) derart steuert, daß die Ventilspannung (29) beim Einschalten des Ventils einen ersten Wert (U-^) erreicht, daß anschließend die Ventilspannung (29) auf einen zweiten Wert (U" 2) zurückgefahren wird, der kleiner als der erste Wert (U-^) ist, und daß nachfolgend die Ventilspannung (29) einen dritten Wert (N) annimmt, der größer als der zweite Wert (U2) ist und der eine Haltespannung für das Halten des Ankers (13) in seiner Einschaltstel- lung darstellt.
2. Elektronische Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wert (U-j in Form eines Einschaltimpulses (30) gebildet wird.
3. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Einschaltimpulses (30) größer als die Hälfte der Haltespannung ist.
4. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Einschaltimpulses (30) etwa zwischen dem 0,1- und dem 0,6-fachen Wert der Ventilschaltzeit bei sprungförmiger Erregung des Ventils mit einer über der Haltespannung liegenden Spannung ist.
5. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschaltimpuls (30) aus mehreren Impulsen zusammengesetzt ist.
6. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wert (U2) einen Anfangswert einer Einschaltrampe (32) bildet.
7. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Endwert der Einschaltrampe (32) den dritten Wert (N) bildet.
8. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltrampe (32) eine sich an den Einschaltimpuls (30) anschließende Totzeit (31) aufweist, während der sich der Wert der Ventilspannung (29) nicht ändert.
9. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspannung (29) beim Abschalten des Ventils auf einen Anfangswert (U3) einer Abschaltrampe (34) fällt, der zwischen dem dritten Wert (N) und dem spannungsfreien Zustand (35) liegt.
10. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Endwert der Abschaltrampe (34) kleiner als der Anfangswert der Abschaltrampe (34) ist.
11. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsverlauf der Einschaltrampe (32) und/oder der Abschaltrampe (34) linear, progressiv oder degressiv verläuft.
12. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Einschaltimpulses (30) von der jeweiligen Position des Ankers (13) abhängig ist.
13. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Ankers (13) aus dem Verlauf der Ventilspannung (29) und/oder dem Ventilstrom (44) mittels einer elektronischen Schaltung ermittelt wird.
14. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Schaltelement (8) die Höhe des Einschaltimpulses (30) unabhängig von der Ver- sorgungsspannung der elektronischen Steuerschaltung (1) auf den ersten Wert (U-^ einstellt.
15. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinrichtung (42) beim Start des Einschaltvorgangs des Ventils (4) aus der Steigung des Ventilstroms (44) und/oder der Ventilspannung (29) einen Zeitpunkt t^ ermittelt, in dem der Ventilstrom (44) einen Plateauwert ( 1-^ ) annehmen wird, der unter dem Haltestrom des Ankers (13) liegt und in dem die Steigung des Ventilstroms (44) Null beziehungsweise etwa Null ist.
16. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (42) aus der Steigung und/oder aus einzelnen Werten des Ventilstroms (44) und/oder der Ventilspannung (29) vom Einschaltzeitpunkt des Ventils (4) bis zum Zeitpunkt tχ in Abhängigkeit von auf das Ventil (4) wirkenden Störgrößen (Z12,Z13,Z14) Steuerungsparameter für die Beeinflussung des Verlaufs des Ventilstroms (44) und/oder der Ventilspannung (29) eines späteren Zeitbereichs ermittelt.
17. Elektronische Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Ventil (4) wirkenden Störgrößen (Z12, Z13 , Z14) aus der Steigung des Ventilstroms (44) und/oder der Ventilspannung (29) durch Vergleich mit einer störgrößenfreien Steigung von der Auswerteeinrichtung (42) zur Beeinflussung des Verlaufs des Ventilstroms (44) und oder der Ventilspannung (29) ermittelt werden.
18. Elektronische Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Störgrößen (Z12 , Z13 , Z14) vom Steuergerät (2a) mittels Sensoren (38) erfaßt werden.
19. Elektronische Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (42) dem Steuergerät (2b) zugeordnet ist.
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