DE10244518B4

DE10244518B4 - Method for controlling the movement of an armature of an electromagnetic actuator

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Publication number: DE10244518B4
Application number: DE10244518A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr. Reif
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: DE10244518A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Ankers (4) eines elektromagnetischen Aktuators (1), insbesondere zur Betätigung eines Gaswechsel-Hubventiles (3) einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei der Anker (4) oszillierend zwischen Polflächen (12, 13) zweier Elektromagnet-Spulen (8, 9) jeweils gegen die Kraft zumindest einer Rückstellfeder (7, 11) durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen (8, 9) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (1) mit mindestens einem zweiten Aktuator (1) für einen gemeinsamen Zylinder zusammen derart geregelt wird, dass sich eine vorgegebene Soll-Öffnungskurve (17) aus einer Überlagerung der Öffnungskurven (15, 16) der beiden einzelnen Aktuatoren (1) ergibt.method for controlling the movement of an armature (4) of an electromagnetic Actuator (1), in particular for actuating a gas exchange lift valve (3) of a Internal combustion engine for a motor vehicle, wherein the armature (4) oscillating between pole faces (12, 13) of two solenoid coils (8, 9) respectively against the force at least a return spring (7, 11) by alternately energizing the solenoid coils (8, 9), characterized in that the actuator (1) with at least one second actuator (1) for a common cylinder is controlled together so that a predetermined target opening curve (17) from an overlay the opening curves (15, 16) of the two individual actuators (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen Aktuators, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechsel-Ventils einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei der Anker oszillierend zwischen Polflächen zweier Elektromagnet-Spulen jeweils gegen die Kraft einer Rückstellfeder vorzugsweise durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen bewegt wird.The The present invention relates to a method of controlling the movement an armature of an electromagnetic actuator, in particular for actuating a Gas exchange valve of an internal combustion engine for a motor vehicle, wherein the armature oscillates between pole faces of two solenoid coils each against the force of a return spring preferably by alternating energization of the solenoid coils is moved.

Ein bevorzugter Anwendungsfall für einen elektromagnetischen Aktuator mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist der elektromagnetisch betätigte Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen. In Hubkolben-Brennkraftmaschinen werden Gaswechsel-Hubventile durch derartige Aktuatoren in gewünschter Weise betätigt, d. h. oszillierend geöffnet und geschlossen. Bei einem derartigen elektromechanischen Ventiltrieb, kurz auch als EVT bezeichnet, werden die Hubventile einzeln oder auch in Gruppen über elektromechanischen Stellglieder, die sog. Aktuatoren, bewegt. Dabei kann der Zeitpunkt für das Öffnen und das Schließen jedes Hubventils oder eine Schaltzeitspanne im Wesentlichen frei gewählt werden. Hierdurch können die Ventilsteuerzeiten der Brennkraftmaschine optimal an einen jeweiligen durch Drehzahl und Last definierten aktuellen Betriebszustand, sowie an die jeweiligen Anforderungen hinsichtlich Verbrauch, Drehmoment, Emissionen, Komfort und Ansprechverhalten eines von der Brennkraftmaschinen angetriebenen Fahrzeugs angepasst werden.One preferred application for an electromagnetic actuator having the features of the preamble of claim 1 is the electromagnetically actuated valve train of internal combustion engines. In reciprocating internal combustion engine gas exchange lift valves Such actuators in the desired Way, d. H. oscillating open and closed. In such an electromechanical valve train, also referred to as EVT for short, the lift valves are individually or also in groups about electromechanical actuators, the so-called. Actuators moves. there may be the time for the opening and closing each lift valve or a shift period substantially free chosen become. This allows the valve timing of the engine optimally to a respective by current speed and load defined current operating state, as well to the respective requirements regarding consumption, torque, Emissions, comfort and responsiveness of one of the internal combustion engines be adapted to driven vehicle.

Ein zu diesem Zweck eingesetzter bekannter Aktuator umfasst als wesentliche Bestandteile einen Anker, der zwischen Polflächen von zwei Elektromagneten axial verschieblich angeordnet ist und in Ruhe durch mindestens ein Federelement in einer Mittellage zwischen den beiden Polflächen gehalten wird. Der Antrieb des als Hubventil ausgebildeten Gaswechsel-Ventils erfolgt über einen Stößel, der mit dem Anker des Aktuators starr verbunden ist. In einer geschlossenen Stellung des Ventils befindet sich der Ventilteller in einem Ventilsitz, und der Anker des Aktuators befindet sich gegen die Rückstellkraft des Federelements in Anlage mit der Polfläche der Schließerspule. Zum Öffnen des Hubventils wird der Anker des Aktuators von der Schließerspule abgelöst und in Richtung auf die Öffnerspule zu bewegt. Hierbei wirkt der Stößel des Aktuators auf einen Ventilschaft des Hubventils zur Kraftübertragung gegen die Kraft einer Rückstellfeder ein.One used for this purpose known actuator comprises as essential Ingredients an anchor that is between pole faces of two electromagnets is arranged axially displaceable and at rest by at least a spring element held in a central position between the two pole faces becomes. The drive of the valve designed as a lift valve gas exchange valve over a pestle, the is rigidly connected to the armature of the actuator. In a closed Position of the valve is the valve disk in a valve seat, and the armature of the actuator is against the restoring force of the spring element in contact with the pole face of the closing coil. To open the lift valve becomes the armature of the actuator from the closing coil superseded and towards the opener coil too moved. Here, the plunger of the Actuator on a valve stem of the lift valve for power transmission against the force of a return spring one.

Ein elektromagnetischer Aktuator kann in bekannter Weise so angetrieben werden, dass der Anker in beiden Totpunkts- oder Endlagen in Anschlag mit Polflächen in der jeweilig zugehörigen Elektromagnet-Spulen gebracht wird. Dieser Bewegungsablauf zwischen den beiden Endlagenpositionen "Hubventil offen" und "Hubventil geschlossen" wird nach dem Stand der Technik zeitlich in die kontinuierlich aufeinander folgenden Phasen Fangvorgang, Verweilphase mit einer zusätzlichen Klebzeit und Ablösen bzw. Ablösephasen unterteilt. Beim Fangvorgang nähert sich der Anker einem der beiden Elektromagnete. Die zu diesem Elektromagneten gehörende Spule wird zum Aufbau einer geeigneten Magnetkraft derart bestromt, dass der Anker die Polfläche des Elektromagneten in vorbestimmter Weise erreicht, aufsetzt und dort verweilt. Der Verweilvorgang dauert solange, bis ein Ablösen des Ankers vom Joch bzw. der Polfläche durch ein geeignetes Bestromen der entsprechenden Elektromagnet-Spule des Aktuators eingeleitet wird, was beispielsweise durch ein Unterbrechen des Stroms oder durch eine Stromumkehr im Haltemagneten bewirkt werden kann.One Electromagnetic actuator can be driven in a known manner be that the anchor in both dead center or end positions in abutment with pole faces in the respective associated Electromagnet coils is brought. This movement between the two end position positions "lift valve open" and "lift valve closed" will change according to the state the technology in time in the continuously successive Phases capture process, dwell with an additional gluing time and peeling or peeling phases divided. When catching approaches the armature one of the two electromagnets. The to this electromagnet belonging Coil is energized to build up a suitable magnetic force such that the anchor is the pole face reaches the electromagnet in a predetermined manner, touches down and there lingers. The dwelling process lasts until a detachment of the Anchor from the yoke or pole face a suitable energizing the corresponding solenoid coil of the actuator is initiated, for example, by interrupting of the current or by a current reversal in the holding magnet causes can be.

Das Ablösen des Ankers von der jeweiligen Polfläche des in einem vorangehenden Zeitschritt fangenden Elektromagneten geschieht i. d. R. zeitlich verzögert zu einer in vorstehend aufgezeigter Weise veränderten Bestromung der Spule. Diese Zeitverzögerung wird Klebzeit genannt, die bei der Einstellung einer Schaltzeitspanne eines Aktuators zur Regelung eines Ventils stets zu berücksichtigen ist.The supersede of the armature from the respective pole face of the preceding one Time step capturing electromagnet happens i. d. R. delayed in time a changed in the manner indicated above, energizing the coil. This time delay Adhesion time is called when setting a switching period an actuator to control a valve always considered is.

Von dem vorstehend beschriebenen Betriebsmodus "Vollhub" ist ein Betrieb des elektromagnetischen Aktuators im sog. "Freiflug" zu unterscheiden. Beim Freiflug wird beispielsweise auf eine Bestromung der fangenden Elektromagnet-Spule verzichtet, wenn sich der Anker dem Joch bzw. der Polfläche des fangenden Elektromagneten nähert. Der Anker setzt daher im Gegensatz zum "Vollhub" im "Freiflug"-Betrieb nicht auf, sondern er ändert seine Richtung und fliegt noch bevor er das Joch erreicht zurück. Mit dem "Freiflug"-Betrieb lässt sich so eine sehr kurze Abfolge aus Hin- und Rückflug des Ankers erzielen und eine entsprechend kurze Öffnungszeit einstellen, da zwischen dem Hin- und dem Rückflug keine Klebzeit auftreten kann.From In the above-described operation mode "full lift" is an operation of the electromagnetic Actuator in the so-called "free flight" to distinguish. When free flight is, for example, on an energization of the catching Solenoid coil dispensed when the anchor to the yoke or the pole surface approaching the catching electromagnet. The anchor therefore does not start in "free flight" mode, unlike the "full stroke", but it changes direction and flies back before he reaches the yoke. With the "free flight" operation can be To achieve such a very short sequence of return flight of the anchor and set a correspondingly short opening time, there between the outward and the return flight no Bonding time can occur.

Die Dauer einer Bewegungsabfolge aus Hin- und Rückflug des Ankers besteht beim "Freiflug" lediglich aus der Zeit, die der Anker benötigt, die Strecke von einem Joch zum gegenüberliegenden und wieder zurück zu durchfliegen. Diese Freiflug-Strecke ist dabei gegenüber einem maximal möglichen Hub des Ankers in dem elektromagnetischen Aktuator reduziert. Damit wird sichergestellt, dass der Anker nicht in Anlage mit einer Polfläche eines jeweils fangenden Elektromagneten gerät. Nur in einem geschossenen Zustand wird im Rahmen dieses Verfahrens i.d.R. eine Klebzeit als additiver Term in Kauf genommen. Bei einer Abfolge von zwei Fangvorgängen kommt also im "Vollhub"-Betrieb gegenüber dem "Freiflug"-Betrieb mindestens noch die Klebzeit hinzu.The Duration of a sequence of movements from outward and return flight of the anchor exists in the "free flight" only from the Time that the anchor needs, to fly the distance from one yoke to the opposite and back again. This free flight route is compared to a maximum possible stroke reduced the armature in the electromagnetic actuator. In order to Ensures that the anchor is not in abutment with a pole face of a each catching electromagnet device. Only in one shot Condition is i.d.R. under this procedure. a gluing time as additive term accepted. In a sequence of two catch operations comes so in the "full-stroke" operation compared to the "free flight" operation at least add the gluing time.

Ein wesentlicher Nachteil des Standes der Technik besteht also insbesondere darin, dass die beiden Betriebsfälle "Freiflug" und "Vollhub" bezüglich der zeitlichen Dauer nicht stetig ineinander überführt werden können. Die zeitliche Differenz zwischen der maximalen Dauer eines "Freiflugs" und der minimalen Dauer eines "Vollhubs" besteht mindestens aus der Klebzeit, wie vorstehend beschrieben. Eine wesentliche Aufgabe bei der Steuerung der Bewegung eines Ankers bei einem sog. elektromagnetischen Ventiltrieb EVT besteht jedoch in der möglichst genauen, einer jeweiligen Anforderung entsprechenden kontinuierlichen Einstellung einer jeden Periodendauer, binnen welcher der Anker zwischen den zwei Elektromagnet-Spulen hin- und herbewegt wird.One Significant disadvantage of the prior art is thus in particular The fact that the two operating cases "free flight" and "full lift" with respect to temporal duration can not be consistently merged. The Time difference between the maximum duration of a "free flight" and the minimum Duration of a "full stroke" is at least from the gluing time, as described above. An essential task in the control of the movement of an armature in a so-called electromagnetic Valve gear EVT is, however, in the most accurate, a respective Requirement corresponding continuous adjustment of each period, inside which the armature between the two solenoid coils is moved back and forth.

In der nicht vorveröffentlichen DE 102 05 389 A1 ist ein Verfahren offenbart, das hier durch die Einführung eines weiteren Betriebszustandes Abhilfe schafft: In einem sog. "Pseudo-Freiflug"-Betrieb wird der Anker eines Aktuators knapp über der Polfläche eines jeweils fangenden Elektromagneten in der Schwebe gehalten. Wie bei dem Fangvorgang in bekannter Form nähert sich bei diesem "Pseudo-Freiflug" der Anker einem der beiden Elektromagnete. Dieser fangende Elektromagnet wird nun aber unter stetem Reglereingriff derart bestromt, dass der Anker knapp über dem Joch bzw. der Polfläche des Elektromagneten in der Schwebe bleibt. Dort verweilt der Anker so lange, bis eine Bestromung nach einer prinzipiell frei wählbaren Zeit in die andere Richtung eingeleitet oder abgeschaltet wird. Da hierbei ein Kontakt zwischen Anker und Joch gezielt vermieden wird, kann keine Klebzeit auftreten. Dieser Zustand wird durch eine entsprechende geregelte Bestromung mindestens des fangenden Elektromagneten realisiert, so dass nunmehr auch Schaltzeiten eingestellt werden können, die länger als die längste "Freiflug"-Schaltzeit und kürzer als die kürzeste in dem "Vollhub"-Betrieb einstellbare Schaltzeit sind. Es wird also durch Vermeidung jeder Anlage des Ankers an einer Polfläche das Auftreten einer Klebzeit vermieden, so dass durch den "Pseudo-Freiflug" als neuen Betriebszustand in einem elektromagnetischen Ventiltrieb eine kontinuierliche Einstellung bzw. Einregelung beliebiger Schaltzeiten ohne Sprung ermöglicht wird.In the not pre-published DE 102 05 389 A1 a method is disclosed, which provides a remedy here by the introduction of a further operating state: In a so-called "pseudo-free flight" operation, the armature of an actuator is held just above the pole face of a respective catching electromagnet in suspension. As in the case of the trapping process in a known form, the armature approaches one of the two electromagnets in this "pseudo-free flight". However, this catching electromagnet is energized under constant control intervention so that the armature remains just above the yoke or the pole face of the electromagnet in suspension. There, the anchor lingers until an energization is initiated or turned off in principle in a freely selectable time in the other direction. Since a contact between the armature and yoke is specifically avoided, no gluing time can occur. This state is realized by a corresponding regulated energization of at least the catching electromagnet, so that now switching times can be set which are longer than the longest "free flight" switching time and shorter than the shortest in the "full stroke" operation adjustable switching time. It is thus avoided by avoiding any investment of the armature on a pole face the occurrence of a sticking time, so that by the "pseudo-free flight" as a new operating state in an electromagnetic valve train, a continuous adjustment or Einregelung any switching times without jump is possible.

Ein regelnder Eingriff in den Bewegungsablauf des Ankers des Aktuators ist nur in einem Bereich der Endphase der jeweiligen Bewegung möglich, also nur jeweils relativ kurz vor Erreichen eines Todpunktes, der mit oder ohne Aufsetzen des Ankers auf einer jeweiligen Polfläche des jeweils bestromten Elektromagneten realisiert werden kann. Jedem regelnden Eingriff zur Verbesserung bzw. Kontrollierung und Steuerung der sog. Endphasenbewegung kurz vor einem möglichen Aufsetzen des Ankers auf der Polfläche der den Anker einfangenden Elektromagnet-Spule liegt eine möglichst genaue Kenntnis der Größen Hub, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Ankers zugrunde. Eine für die Regelung ausreichend genaue und schnelle Messung der Größen Geschwindigkeit und Beschleunigung des Ankers ist i.d.R. nicht möglich, da ein Ausgangssignal eines Hubsensors stark verrauscht und/oder durch zusätzliche äußere Störungen verfälscht ist. Zudem ist das Ausgangssignal des Hubsensors mit einem Offset-Anteil beaufschlagt, der je Aktuator variiert. Damit ist auch eine absolute Messung eines aktuellen Hubes als Grundlage für ein Regelungsverfahren allein i.d.R. nicht ausreichend zuverlässig, wobei an die Güte eines Sensorausgangssignals für den Ankerhub beim "Pseudo-Freiflug"-Betrieb noch höhere Anforderungen als beim "Freiflug"-Betrieb gestellt werden.One regulating intervention in the movement of the armature of the actuator is only possible in an area of the final phase of the respective movement, ie only in each case relatively shortly before reaching a dead center, with or without placing the armature on a respective pole face of the each energized electromagnet can be realized. Each regulatory intervention to improve or control and control the so-called. Endphasenbewegung just before a possible placement of the anchor on the pole surface the anchor catching solenoid coil is as possible exact knowledge of the sizes hub, Speed and acceleration of the anchor. One for the regulation sufficient accurate and fast measurement of speed and acceleration of the anchor is i.d.R. not possible, because an output signal of a stroke sensor is very noisy and / or is distorted by additional external disturbances. In addition, the output signal of the stroke sensor with an offset component applied, which varies per actuator. This is also an absolute Measuring a current stroke as the basis for a regulatory procedure alone i.d.R. not sufficiently reliable, being the goodness a sensor output signal for The armature stroke in "pseudo-free flight" operation even higher requirements than in "free flight" operation are made.

In der DE 100 19 739 A1 wird eine Regelung des durch einen Elektromagneten eines Aktuators fließenden Stroms als eine Lösung für das Problem einer hohen Geräuschbelastung und einer unerwünschten Regelungsabweichung angegeben. Durch diese Regelung soll der Anker des Aktuators durch magnetische Kräfte in einem Schwebezustand gehalten werden. Eine einzuregelnde Schwebehöhe ist dabei so zu bemessen, dass Störungen kein Auftreffen des Ankers auf der Polfläche des jeweiligen Elektromagneten bewirken können.In the DE 100 19 739 A1 For example, regulation of the current flowing through an electromagnet of an actuator is given as a solution to the problem of high noise and unwanted control deviation. By this rule, the armature of the actuator to be held by magnetic forces in a limbo. A fly height to be adjusted is to be dimensioned such that interference can not cause the anchor to hit the pole face of the respective electromagnet.

Zur leichteren Einregelung eines Schwebezustandes offenbart die DE 196 51 846 A1 eine Vorrichtung, in der ein berührungsloses Halten eines Ankers durch ein Magnetfeld realisiert wird, das senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Ankers ausgerichtet ist. Hierzu wird eine besondere Polflächenform für den zugehörigen Elektromagneten vorgeschlagen.For easier adjustment of a limbo state discloses the DE 196 51 846 A1 a device in which a non-contact holding an armature is realized by a magnetic field, which is aligned perpendicular to a direction of movement of the armature. For this purpose, a special Polflächenform is proposed for the associated electromagnet.

Zur Vereinfachung der Regelung eines elektromagnetischen Aktuators wird in der DE 198 36 297 A1 die Verwendung von verschiedenen Solltrajektorien vorgeschlagen, die einem jeweiligen Anwendungsfall angepasst sind.To simplify the control of an electromagnetic actuator is in the DE 198 36 297 A1 proposed the use of different target trajectories adapted to a particular application.

Damit setzen auch diese Lehren eine relativ genaue Kenntnis von Bewegungsparametern des Aktuators für eine effektive und zuverlässige Regelung einer erwünschten Bewegung voraus.In order to These teachings, too, set a relatively accurate knowledge of motion parameters of the actuator for an effective and reliable Regulation of a desired Move ahead.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bewegungssteuerung und eine dementsprechende Vorrichtung zur verbesserten Einstel lung einer in einem weiten Bereich beliebig einstellbaren Periodendauer auch bei beeinträchtigter bzw. geringer Qualität des Ausgangssignals eines Hubsensors zu schaffen.It is therefore an object of the present invention, a method for motion control and a corresponding device for improved SET ment of an arbitrarily adjustable in a wide range period even with impaired or low quality of Ausgangssig nals a stroke sensor to create.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Ansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.The The object is achieved by the Characteristics of the respective independent claims 1 and 8 solved. Advantageous developments are characterized in the respective subclaims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich demnach dadurch aus, dass der Aktuator mit mindestens einem zweiten Aktuator für einen gemeinsamen Zylinder betrachtet wird und somit mindestens zwei Aktuatoren zusammen geregelt werden. Die Regelung wird nun derart durchgeführt, dass sich aus einer Überlagerung der Öffnungskurven der mindestens zwei einzelnen Aktuatoren eine vorgegebene und in weiten Bereichen frei einstellbare Soll-Öffnungskurve für den betreffenden Zylinderinnenraum ergibt. Damit ist es möglich, als Einzelkurven bzw. Regelungs-Sollkurven für die einzelnen Aktuatoren relativ einfach einzuregelnde und gegen Störungen unanfällige Kurvenformen und dementsprechende Betriebszustände für die Aktuatoren zur Bildung einer Gesamtkurve zu wählen, die dann einen zeitlichen Verlauf des Hubes beider Ventile repräsentiert, wie in den Unteransprüchen und anhand eines Ausführungsbeispiels weiter ausgeführt und präzisiert ist.One inventive method is characterized by the fact that the actuator with at least a second actuator for a common cylinder is considered and thus at least two actuators are controlled together. The scheme will now done so that from an overlay the opening curves the at least two individual actuators a predetermined and in wide ranges freely adjustable target opening curve for the relevant Cylinder interior results. This makes it possible, as individual curves or Control target curves for the individual actuators relatively easy einzuregelnde and immune to interference waveforms and corresponding operating conditions for the actuators for formation to choose an overall curve which then represents a time course of the stroke of both valves, as in the subclaims and based on an embodiment continue running and specified is.

In einer Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens einer der Aktuatoren in einem "Freiflug"-Betriebszustand geregelt. Vorzugsweise werden jedoch beide Aktuatoren in einem "Freiflug"-Betriebszustand geregelt, und zwar vorteilhafterweise mit aufeinander abgestimmten Vorgaben für einen jeweiligen Hub der Anker. Da die Anforderungen an die Güte des Ausgangssignals eines einzelnen Hub-Sensors beim "Freiflug"-Betrieb geringer als beim "Pseudo-Freiflug"-Betrieb sind, werden durch die vorstehende Maßnahme die Kosten aufgrund vergleichsweise geringerer Genauigkeitsanforderungen an einen Hubsensor gesenkt. In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mindestens zwei Aktuatoren zudem auf der Grundlage im Wesentlichen identischer Sollkurven geregelt, wie nachfolgend noch unter Bezug auf die Zeichnung mit der Darstellung eines Ausführungsbeispiels exemplarisch beschrieben wird.In a development of a method according to the invention is at least one of the actuators in a "free-flying" mode regulated. Preferably, however, both actuators will be in a "free-flying" condition regulated, and advantageously with coordinated specifications for one respective stroke of the anchor. Because the requirements for the quality of the output signal of a single stroke sensor in "free flight" operation are lower than in "pseudo-free flight" operation by the above measure the cost due to comparatively lower accuracy requirements lowered to a stroke sensor. In a preferred embodiment a method according to the invention In addition, the at least two actuators will be based on Essentially identical setpoint curves regulated, as below with reference to the drawing showing an embodiment is described by way of example.

Durch die Regelung wird vorzugsweise ein gegeneinander phasenversetztes Öffnen von mindestens zwei Einlass- oder Auslassventilen durchgeführt. Damit kann sich eine Gesamtkurve für einen zeitlichen Verlauf des Hubes beider Ventile als additive Überlagerung nahezu identischer Freiflug-Kurven ergeben, wobei hier die Erzeugung eines im Wesentlichen horizontal verlaufenden Mittelbereiches mit einem definierten Abstand zu einer Polfläche eines fangenden Magneten als Einstellung einer charakteristischen Eigenart des Betriebszustandes "Pseudo-Freiflug" vereinfacht wird. Hinsichtlich des Hubes verhalten sich damit mindestens zwei Aktuatorbetriebene Hubventile zusammengenommen wie ein Hubventil, so dass in bekannter Weise über einen jeweiligen Ventilhub und eine Öffnungszeit auf eine maximal mögliche Durchströmung des zusammengefassten Ventils zurückgeschlossen werden kann.By the control is preferably a mutually phase-shifted opening of at least two inlet or outlet valves performed. In order to can get a total curve for a time course of the stroke of both valves as an additive overlay almost identical free-flight curves result, here the generation a substantially horizontally extending central region with a defined distance to a pole face of a catching magnet is simplified as a setting of a characteristic peculiarity of the operating state "pseudo-free flight". With regard to the stroke, at least two Aktuatorbetriebene behave Lift valves taken together as a lift valve, so in known Way over a respective valve lift and an opening time to a maximum possible flow the recombined valve can be deduced.

Es wird erfindungsgemäß mit dem sogenannten "Pseudo-Freiflug" ein Übergang zwischen den Betriebsfällen "Freiflug" und "Vollhub" bei einer elektrischen Ventilsteuerung in einem Kraftfahrzeugmotor unter Verwendung von mindestens zwei elektro-magnetisch angetriebenen Hubventilen geschaffen. Daraus ergibt sich in vorteilhafter Weise ein stetiger Übergang zwischen "Freiflug" und "Pseudo-Freiflug" und ferner auch ein stetiger Übergang zwischen "Pseudo-Freiflug" und "Vollhub". Nach der Lehre der vorliegenden Erfindung ist damit insgesamt betrachtet eine Einstellung kontinuierlicher Schaltzeiten ohne Sprung in einem elektromagnetischen Ventiltrieb unter Aufrechterhaltung aller in der DE 102 05 389 A1 genannten Vorteile möglich. Um in der Zusammenschau des Verhaltens von zwei oder mehr Aktuatoren diejenige Wirkung zu erzielen, die ein Schwebezustand eines Ankers über dem Joch eines jeweilig fangenden Elektromagneten kennzeichnet, ist erfindungsgemäß jedoch eine andere geeignete Regelung vorzusehen, als dies in der DE 102 05 389 A1 der Fall ist. Dieser Lehre gegenüber verhält sich ein erfindungsgemäßes Verfahren aufgrund der Kombination der Situation an mindestens zwei Hubventilen gegenüber einer schlechteren Signalqualität eines Hubsensor-Ausgangssignals, Offset-Fehlern u.ä. jedoch vergleichsweise toleranter, so dass insgesamt gesehen ein sicherer Betrieb der Aktuatoren und damit ein zuverlässigerer Motorbetrieb ermöglicht wird. Das Vermeiden zusätzlicher Mess- und Regelungsaufgaben zur Verbesserung der Genauigkeit eines verwendeten Sensors senkt zudem die Kosten, wobei erfindungsgemäß generell geringere Anforderungen an die Genauigkeit eines Hubsensors gestellt werden können.It is inventively created with the so-called "pseudo-free flight" a transition between the operating cases "free flight" and "full stroke" in an electric valve control in a motor vehicle engine using at least two electro-magnetically driven globe valves. This results in an advantageous way a steady transition between "free flight" and "pseudo-free flight" and also a steady transition between "pseudo-free flight" and "full stroke". According to the teachings of the present invention is thus considered an overall setting of continuous switching times without crack in an electromagnetic valve train while maintaining all in the DE 102 05 389 A1 mentioned advantages possible. In order to achieve in the synopsis of the behavior of two or more actuators that effect which characterizes a floating state of an armature over the yoke of a respective catching electromagnet, according to the invention, however, another suitable control is to be provided, as described in US Pat DE 102 05 389 A1 the case is. This teaching is compared with a method according to the invention due to the combination of the situation at least two globe valves against a poorer signal quality of a Hubsensor output signal, offset errors u.ä. but comparatively more tolerant, so that on the whole a safe operation of the actuators and thus a more reliable engine operation is possible. The avoidance of additional measurement and control tasks to improve the accuracy of a sensor used also reduces costs, which according to the invention generally lower demands on the accuracy of a stroke sensor can be made.

In geeigneter Weise angepasste Regelungen können hier durch den Fachmann beispielsweise basierend auf den in den Offenbarungen der Druckschriften EP 0 973 178 A2 , DE 198 34 548 A1 und DE 100 12 988 A1 vorgestellten Methoden und Regelungsverfahren eingesetzt werden. Die wesentlichen Elemente einer derartigen Regelung sind ein Regler und eine vorgegebene Solltrajektorie. Der Begriff "Trajektorie" ist dem Fachmann aus der Regelungstechnik bekannt und beschreibt eine Bahnkurve eines mittels eines Reglers gesteuert zu bewegenden Objektes in einem Zustandsraum, im vorliegenden Fall eines Aktuators also die Bahnkurve des Ankers im Bereich einer der Polflächen der beiden Elektromagnet-Spulen. Vorliegend werden jedoch selbstverständlich mindestens zwei Aktuatoren betrachtet.Appropriately adapted provisions may be made by those skilled in the art, for example, based on the disclosures of the references EP 0 973 178 A2 . DE 198 34 548 A1 and DE 100 12 988 A1 presented methods and regulatory procedures. The essential elements of such a control are a controller and a predetermined setpoint trajectory. The term "trajectory" is known to those skilled in the art of control engineering and describes a trajectory of an object controlled by a controller to be moved object in a state space, in the present case of an actuator so the trajectory of the armature in the region of one of the pole faces of the two solenoid coils. Of course, however, at least two actuators will be considered herein.

Bevorzugt enthält dabei diese Soll-Trajektorie über die bzw. in Abhängigkeit von der Zeit Werte für die Position des Ankers, die auch als Wegkoordinaten bezeichnet werden. Weiter sind Werte für die Geschwindigkeit des Ankers und für dessen Beschleunigung angegeben. Es handelt sich in einem Fall also quasi um eine einfache Wertetabelle, die in einer Ausführungsform der Erfindung fest vorgegeben in einem geeigneten Steuergerät abgelegt ist. Eine rechnerische Anpassung an einen individuellen Fall ist in einer Weiterbildung vorgesehen, beispielsweise zum Erreichen einer zeitlichen Dehnung der Sollkurven mindestens in Teilbereichen, um die Dauer eines Pseudo-Schwebezustandes einstellen zu können. In einer anderen, hier nicht weiter dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die Soll-Trajektorie der Aktuatoren in Abhängigkeit von aktuellen Randbedingungen jeweils individuell berechnet.Prefers contains doing this target trajectory over the or in dependence from the time values for the position of the anchor, which is also referred to as path coordinates become. Next are values for indicated the speed of the armature and for its acceleration. So in one case it is almost a simple table of values, that in one embodiment the invention fixed predetermined stored in a suitable controller is. A mathematical adaptation to an individual case is provided in a development, for example, to achieve a temporal extension of the setpoint curves at least in partial areas, to set the duration of a pseudo-floating state. In another, not shown embodiment the invention is the desired trajectory of the actuators in dependence individually calculated by current boundary conditions.

Zudem arbeitet ein Regler in einer Ausführungsform der Erfindung nach einem erfindungsgemäßen Verfahren unter Berücksichtigung auftretender Wirbelströme und in einer Weiterbildung der Erfindung auch unter Verwendung eines Zustandsschätzers.moreover a controller works in an embodiment of the invention a method according to the invention considering occurring eddy currents and in a development of the invention also using a State estimator.

Damit wird in einem Regelungskonzept erfindungsgemäß erstmals nicht mehr nur der einzelne Aktuator mit einem zugeordneten Hubventil betrachtet, es wird durch gemeinsame Regelung von mindestens zwei Aktuatoren und der zugehörigen Ventile vielmehr der Tatsache Rechnung getragen, dass moderne Verbrennungskraftmaschinen i.d.R. als Mehrventilmotoren ausgeführt werden. So werden derzeit in aktuellen Kraftfahrzeugen z.B. 3V-, 4V- und 5V-Motoren und 6V-Anordnungen in Motoren für Rennsportwagen eingesetzt. Bei ungerader Anzahl von Ventilen werden aus Gründen günstigerer Strömungsverhältnisse mehr Einlass- als Auslassventile vorgesehen, da ein Auslass von Gasen aus einem Zylinderinnenraum stets druckunterstützt erfolgt, wohingegen ein Einlassvorgang rein auf einer Saugwirkung des Motors und/oder einer Oszillation der Gassäule in dem Zylinderinnenraum beruht. Diese gegenüber dem Auslassvorgang wesentlich schwächeren Effekte treten jedenfalls immer dann unterstützend auf, wenn den Einlassventilen kein Turbolader vorgeschaltet ist.In order to is in a control concept according to the invention for the first time not only the single actuator with an associated globe valve considered it is governed by common regulation of at least two actuators and the associated Valves rather reflect the fact that modern internal combustion engines i.d.R. be designed as multi-valve engines. So are currently in current motor vehicles e.g. 3V, 4V and 5V motors and 6V arrangements in engines for Racing sports car used. With odd number of valves for reasons favorable flow conditions more inlet than exhaust valves provided as an outlet of Gases from a cylinder interior is always pressure-assisted, whereas an intake operation is purely on a suction effect of the engine and / or an oscillation of the gas column in the cylinder interior based. These opposite the outlet process significantly weaker effects occur anyway always supportive if the intake valves are not preceded by a turbocharger.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:A embodiment The invention will be described below with reference to the drawing. In the drawing show:

1: eine schematische Darstellung eines bekannten elektromagnetischen Aktuators in einer geöffneten Endlage in dem Betriebszustand "Vollhub"; 1 a schematic representation of a known electromagnetic actuator in an open end position in the operating state "full stroke";

2: eine Darstellung des Aktuators von 1 in einer geschlossenen Endlage und 2 : a representation of the actuator of 1 in a closed end position and

3: eine Darstellung eines zeitlichen Verlaufs des Ankerhubs in dem neuen Betriebszustand "Pseudo-Freiflug" in einem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator. 3 : A representation of a time course of the armature stroke in the new operating state "pseudo-free flight" in an electromagnetic actuator according to the invention.

In der Abbildung von 1 ist ein Aktuator 1 bekannter Bauart dargestellt, der über einen Ventilschaft 2 ein zugeordnetes Hubventil 3 antreibt. 1 zeigt mit der geöffneten Endlage eine der beiden möglichen Endlagen des Hubventiles 3 und des Aktuators 1. In dieser Position ist ein Ventilteller 5 von einem Ventilsitz 6 abgehoben, das Hubventil 3 ist hier maximal geöffnet worden. Zum Überführen des Hubventils 3 in eine geschlossene Stellung wird der Ventilteller 5 in Richtung auf seinen Ventilsitz 6 bewegt.In the picture of 1 is an actuator 1 known type, which has a valve stem 2 an associated lift valve 3 drives. 1 shows with the open end position one of the two possible end positions of the globe valve 3 and the actuator 1 , In this position is a valve plate 5 from a valve seat 6 lifted, the lift valve 3 has been opened here maximum. To transfer the lift valve 3 in a closed position, the valve plate 5 towards his valve seat 6 emotional.

Wie üblich greift an diesem Hubventil 3 eine Ventilschließfeder 7 an. Die Ventilschließfeder 7 ist jedoch so dimensioniert, dass sie das Hubventil 3 und mit ihm auch den Aktuator 1 nur in eine Neutrallage zurückbewegen kann. Für die weitere Bewegung des Ventiltellers 5 auf den Ventilsitz 6 zu wird der Antrieb durch den Aktuator 1 benötigt. Der Aktuator 1 umfasst dazu neben zwei Elektromagnet-Spulen 8, 9 einen auf den Ventilschaft 2 des Hubventiles 3 einwirkenden Stößel 10, der den Anker 4 trägt und über den der Anker 4 zwischen den Elektromagnet-Spulen 8, 9 oszillierend längsverschiebbar geführt ist. Zum Antreiben des Hubventils 3 drückt der Stößel 10 des Aktuators 1 über den Ventilschaft 2 auf den Ventilteller 5 des Hubventils 3. An dem Ende des Stößels 10, das dem Ventilschaft 2 des Hubventiles 3 abgewandt ist, greift ferner eine Ventil-Öffnungsfeder 11 an, die in der dargestellten geöffneten Endstellung entspannt ist.As usual, attacks on this lift valve 3 a valve closing spring 7 at. The valve closing spring 7 However, it is dimensioned to be the lift valve 3 and with him also the actuator 1 can only move back to a neutral position. For the further movement of the valve disk 5 on the valve seat 6 to be the drive through the actuator 1 needed. The actuator 1 includes in addition to two solenoid coils 8th . 9 one on the valve stem 2 the lift valve 3 acting plunger 10 who is the anchor 4 carries and over which the anchor 4 between the solenoid coils 8th . 9 is guided oscillating longitudinally displaceable. To drive the lift valve 3 pushes the plunger 10 of the actuator 1 over the valve stem 2 on the valve plate 5 the lift valve 3 , At the end of the pestle 10 that the valve stem 2 the lift valve 3 turned away, further engages a valve opening spring 11 on, which is relaxed in the illustrated open end position.

Bei der dargestellten Anordnung handelt es sich um ein schwingungsfähiges mechanisches System, für das die Ventilschließfeder 7 und die Ventilöffnungsfeder 11 gegenüber dem Anker 4 als Masse eine erste sowie eine zweite Rückstellfeder bilden. Je nach Federkraft kann in dieser Ausführungsform eine Feineinstellung über eine Länge Δl im Bereich der Ventilöffnungsfeder 11 vorgenommen werden. In der dargestellten Endposition dieses schwingungsfähigen Systems ist das Hubventil 3 vollständig geöffnet, und der Anker 4 liegt an der unteren Elektromagnet-Spule 8 an, die im Folgenden auch als Öffner-Spule 8 bezeichnet wird, nachdem diese Spule 8 das Hubventil 3 in seiner geöffneten Position hält.In the illustrated arrangement is a vibratory mechanical system, for which the valve closing spring 7 and the valve opening spring 11 opposite the anchor 4 as a mass form a first and a second return spring. Depending on the spring force in this embodiment, a fine adjustment over a length .DELTA.l in the region of the valve opening spring 11 be made. In the illustrated end position of this oscillatory system is the lift valve 3 completely open, and the anchor 4 is located on the lower solenoid coil 8th in the following also as a normally closed coil 8th is referred to after this coil 8th the lift valve 3 holding in its open position.

In einer in der Abbildung von 2 dargestellten zweiten Endposition des schwingungsfähigen Systems ist das Hubventil 3 vollständig geschlossen, und der Anker 4 des Aktuators 1 liegt an einem Pol 13 der oberen Elektromagnet-Spule 9 an, die im Folgenden auch als Schließer-Spule 9 bezeichnet wird, nachdem diese Spule 9 das Hubventil 3 in seiner geschlossenen Position hält. Die vorstehende Beschreibung bezieht sich also auf den Betriebszustand "Vollhub", in dem der Anker 4 des Aktuators 1 in jeder der Endlagen an den Polflächen 12, 13 der Elektromagnet-Spulen 8, 9 anliegt.In one in the picture of 2 shown second end position of the oscillatory system is the lift valve 3 completely closed, and the anchor 4 of the actuator 1 lies on a pole 13 the upper solenoid coil 9 in the following also as a closer coil 9 be will draw after this coil 9 the lift valve 3 in its closed position. The above description thus refers to the operating state "full stroke" in which the anchor 4 of the actuator 1 in each of the end positions on the pole faces 12 . 13 the solenoid coils 8th . 9 is applied.

Beim Durchlaufen einer halben Periode einer Oszillationsbewegung des Ankers 4 im Betriebsmodus "Vollhub" nähert sich der Anker 4 im sog. Fangvorgang einem der beiden Elektromagneten 8, 9 auf einer Bewegungskurve, die durch anfängliche Beschleunigung und Abbremsung mit ihren näherungsweise parabelförmigen Teilverläufen insgesamt ungefähr S-förmig ist. Die zu diesem Elektromagneten gehörende Spule 8 wird derart bestromt, dass der Anker 4 die Polfläche 12 erreicht, zu einem Zeitpunkt aufsetzt und dort verweilt. Die Verweilphase dauert so lange, bis ein Ablösen des Ankers 8 von der Polfläche 12 durch ein geeignetes Bestromen der entsprechenden Spule z.B. durch Unterbrechung des Stromes oder Stromumkehr zu einem Einleitungszeitpunkt eingeleitet wird. Das Ablösen des Ankers 4 geschieht in der Regel erst zu einem Lösezeitpunkt und damit zeitlich verzögert gegenüber dem Einleitungszeitpunkt mit dem Beginn einer veränderten Bestromung der Spule 8. Diese Zeitverzögerung wird Klebzeit genannt und weist einen in der Regel für jeden Aktuator 1 individuellen und auch veränderlichen Wert auf.When passing through half a period of oscillation movement of the armature 4 in operating mode "full stroke", the armature approaches 4 in the so-called catching process one of the two electromagnets 8th . 9 on a movement curve, which is approximately S-shaped overall by initial acceleration and deceleration with their approximately parabolic sub-curves. The coil belonging to this electromagnet 8th is energized so that the anchor 4 the pole surface 12 reached, at one time touches down and stays there. The dwell phase lasts until a detachment of the anchor 8th from the pole surface 12 is initiated by a suitable energizing the corresponding coil, for example, by interrupting the current or current reversal at an initiation time. The detachment of the anchor 4 usually happens only at a release time and thus delayed in time with respect to the initiation time with the beginning of a change in the energization of the coil 8th , This time delay is called glue time and usually has one for each actuator 1 individual and changeable value.

Bei dem Betriebsmodus "Freiflug" wird dagegen in einer Ausführungsform auf eine Bestromung der fangenden Elektromagnet-Spule 8 verzichtet, wenn sich der Anker 4 der Polfläche 12 nähert. Der Anker 4 setzt daher nicht auf, sondern er ändert seine Richtung in einem Abstand Δz von einer Endlage z_e entfernt und fliegt zurück, also noch bevor er die Polfläche 12 erreicht. Die Dauer einer Abfolge aus Hin- und Rückflug des Ankers 4 besteht also beim "Freiflug" lediglich aus der Zeit, die der Anker 4 benötigt, eine um Δz verminderte Strecke von einem Joch zum gegenüberliegenden und wieder zurück zu durchfliegen. Bei einer Abfolge von zwei Fangvorgängen und einem dazwischen liegenden "Freiflug" kommt jedoch mindestens noch die Klebzeit hinzu, wenn der Anker 4 schließlich wieder auf der Polfläche 13 eines Jochs 14 vom Schließer-Magneten 9 aufsetzt. Mit dem "Freiflug" lässt sich eine sehr kurze Abfolge aus Hin- und Rückflug des Ankers 4 erzielen, da keine Klebzeit als additive Verzögerung nicht fest einstellbarer Größe auftritt. Die kurze Abfolge aus Hin- und Rückflug des Ankers 4 wird jedoch damit erkauft, dass das Hubventil 3 um ein Maß Δz vermindert geöffnet wird. Es ist damit aus strömungstechnischen Gründen mit einer beeinträchtigten Ventilfunktion mindestens in dem Fall zu rechnen, dass Zykluszeiten oder Ventilöffnungszeiten Δt realisiert werden sollen, die klein gegenüber einer für eine volle Öffnung des Hubventils 3 notwendigen Zeit sind. Um in dem Betriebsmodus "Freiflug" realisierbaren Ventilöffnungszeiten Δt über einen möglichst weiten Bereich auszudehnen wird das Maß Δz einer verminderten Öffnung des Hubventils 3 im Einzelfall auch fast zu Null gewählt. Ein Anhaften des Ankers 4 an einer Polfläche wird damit weiterhin vermieden, die Ventilöffnungszeit Δt kann jedoch über diesen Punkt im Betriebsmodus "Freiflug" nicht weiter gesteigert werden. Es erfolgt zwangsweise ein Übergang in den "Vollhub"-Betriebsmodus.In the operating mode "free flight", however, in one embodiment, an energization of the catching solenoid coil 8th waived when the anchor 4 the pole surface 12 approaches. The anchor 4 therefore does not set, but it changes its direction at a distance .DELTA.z from an end position z _e away and flies back, so even before he the pole face 12 reached. The duration of a sequence of return flight of the anchor 4 Thus, the "free flight" consists only of the time that the anchor 4 needed to fly through a distance reduced by Δz from one yoke to the opposite and back again. In a sequence of two traps and an intermediate "free flight" but at least the gluing time is added when the anchor 4 finally back on the pole 13 a yoke 14 from the normally open magnet 9 touches down. With the "free flight" can be a very short sequence of outward and return flight of the anchor 4 because no gluing time occurs as additive delay of non-adjustable size. The short sequence of return flight of the anchor 4 However, it is bought with the lift valve 3 is opened by a measure .DELTA.z reduced. It is therefore to be expected from fluidic reasons with an impaired valve function at least in the case that cycle times or valve opening times .DELTA.t are to be realized, which are small compared to one for a full opening of the globe valve 3 necessary time. In order to expand in the operating mode "free flight" feasible valve opening times .DELTA.t over the widest possible range is the measure .DELTA.z a reduced opening of the lift valve 3 in an individual case also chosen almost to zero. An adhesion of the anchor 4 On a pole face is thus further avoided, the valve opening time .DELTA.t can not be increased beyond this point in the operating mode "free flight". There is a forced transition to the "full-stroke" mode of operation.

Ein großer Nachteil des bisherigen Standes der Technik besteht also darin, dass die beiden Betriebsfälle "Freiflug" und "Vollhub" bezüglich der zeitlichen Dauer nicht stetig ineinander überführt werden können. Die zeitliche Differenz zwischen der maximalen Dauer Δt einer Periodendauer im "Freiflug"-Betrieb und der minimalen Dauer eines "Vollhub"-Betriebs besteht mindestens aus der Klebzeit. Dieser Nachteil wird durch Einführung eines sogenannten "Pseudo-Freiflugs" beseitigt, wie in der DE 102 05 389 A1 offenbart. Eine entsprechende Ventil-Öffnungskurve 15 ist in der Abbildung von 3 exemplarisch dargestellt.A major disadvantage of the prior art, therefore, is that the two operating cases "free flight" and "full stroke" with respect to the duration can not be continuously converted into each other. The difference in time between the maximum duration .DELTA.t of a period in the "free flight" mode and the minimum duration of a "full-stroke" mode consists at least of the gluing time. This disadvantage is eliminated by introducing a so-called "pseudo-free flight", as in the DE 102 05 389 A1 disclosed. A corresponding valve opening curve 15 is in the picture of 3 exemplified.

Wie beim Fangvorgang nähert sich der Anker 4 beim "Pseudo-Freiflug"-Betrieb einem der beiden Elektromagnete 8, 9. Dieser wird derart bestromt, dass der Anker 4 knapp über dem jeweiligen Joch in der Schwebe bleibt und dort so lange verweilt, bis eine Bestromung in die andere Richtung eingeleitet wird. Da hierbei ein Kontakt zwischen Anker 4 und Joch vermieden wird, tritt hier keine Klebzeit auf. Ferner kann eine Zeitspanne T, in der der Anker 4 von einem durch das Erreichen eines voreingestellten Zwischenwertes z_z der Wegkoordinate z gekennzeichneten Anfangszeitpunkt t_a bis zu einer bestimmten Endzeit t_e in der Schwebe gehalten wird, völlig frei gewählt werden. Der Zustand des "Pseudo-Freiflugs" kann damit frei zur Einstellung kontinuierlicher Schaltzeiten Δt aus dem Bereich des echten "Freiflugs" bis hin in Schaltzeiten genutzt werden, die bislang nur im "Vollhub"-Betrieb einstellbar waren. Vorteilhafterweise wird damit der eigentliche "Vollhub"-Betrieb umgangen, so dass auch zahlreiche im "Vollhub"-Betrieb auftretende Probleme umgangen werden, wie z.B. die durch die Klebzeit hervorgerufene Schaltverzögerung sowie eine Geräuschbelastung und durch kontinuierliches Aufschlagen des Ankers 4 an den Polen 12, 13 der Elektromagneten 8, 9 verursachter Verschleiß.As with the catch process, the anchor approaches 4 in the "pseudo-free flight" operation of one of the two electromagnets 8th . 9 , This is energized so that the anchor 4 just above the respective yoke remains in suspension and there lingers until an energization in the other direction is initiated. Since this is a contact between anchor 4 and yoke is avoided, occurs here no gluing time. Furthermore, a time period T, in which the armature 4 From a by the achievement of a preset intermediate value z _{z of} the path coordinate z marked starting time t _{a is} held in suspension until a certain end time t _e , are chosen to be completely free. The state of the "pseudo-free flight" can thus be freely used to set continuous switching times .DELTA.t from the real "free flight" up to switching times, which were previously adjustable only in the "full stroke" operation. Advantageously, so that the actual "full stroke" operation is bypassed, so that numerous problems occurring in the "full stroke" operation are bypassed, such as caused by the adhesive time switching delay and a noise level and by continuous impact of the armature 4 at the poles 12 . 13 the electromagnet 8th . 9 caused wear.

Ein voreingestellter Zwischenwert z_z der Wegkoordinate z des Hubventils 3 ist nach strömungstechnischen Gesichtspunkten für jede Bauform eines Hubventils einem Anwendungsfall angepasst auszuwählen. Der Zwischenwert z_z entspricht hier einer eventuell nicht ganz geöffneten Stellung des Hubventils 3, oder in einem nicht dargestellten Anwendungsfall einer nicht ganz geschlossenen Stellung. Dementsprechend ist ein Differenzmaß Δz als Differenzwert zu einer maximalen Öffnungsstellung z_e oder Schließstellung z_o des Hubventils 3, bezogen auf einen jeden Anwendungsfall, neu festzulegen.A pre-set intermediate value z _{z of} the travel coordinate z of the lift valve 3 is to select according to fluidic considerations for each design of a globe valve adapted to an application. The intermediate value z _z here corresponds to a possibly not fully open position of the globe valve 3 , or in a non-illustrated application of a not completely closed Position. Accordingly, a difference measure .DELTA.z is a difference value to a maximum open position z _e or closed position z _{o of} the lift valve 3 to redefine, based on each use case.

Die Einhaltung und Einregelung des Zwischenwertes z_z hat mit entsprechender Genauigkeit zu erfolgen, da Abweichungen von einem vorgegebenen Wert unmittelbar in die Schaltzeiten Δt eingehen und dort unerwünschte Abweichungen hervorrufen. Ein Regler arbeitet in einer Ausführungsform der DE 102 05 389 A1 zur Verbesserung der Hubwerte unter Berücksichtigung auftretender Wirbelströme unter Verwendung eines Zustandsschätzers.The compliance and adjustment of the intermediate value z _z has to be done with the appropriate accuracy, since deviations from a predetermined value are received directly into the switching times .DELTA.t and cause undesirable deviations there. A controller operates in an embodiment of the DE 102 05 389 A1 for improving the stroke values taking into account occurring eddy currents using a state estimator.

Zur Minderung der Anforderungen, die gemäß der Lehre an der DE 102 05 389 A1 insbesondere an die Qualität und Zuverlässigkeit eines Ausgangssignals des Hubsensors gestellt werden, wird nachfolgend ein neues Verfahren zur kontinuierlichen und hochgenauen Einstellung von Ventilöffnungszeiten anhand einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildung von 3 beschrieben. Der vorstehend mit den verschiedenen Betriebsmodi isoliert behandelte Aktuator 1 wird nun mit einem zweiten Aktuator 1 gleicher Bauart zusammen betrachtet. Entgegen einem Verfahren auch unter Berücksichtigung der Lehre der DE 102 05 389 A1 werden nun nicht mehr zwei oder mehr Aktuatoren 1 einzeln oder zusammen in dem Betriebsfall "Pseudo-Freiflug" geregelt. Beide Aktuatoren 1 sind Hubventilen 3 als Antrieb zugeordnet, die für die gleiche Aufgabe an einem gemeinsamen Zylinder vorgesehen sind. Hier sind es Einlassventile für den nicht weiter dargestellten Zylinder einer Mehrventilbrennkraftmaschine, wie sie heute im Kraftfahrzeugbau üblicherweise eingesetzt wird. Jeder der Aktuatoren 1 wird nun für sich allein so angesteuert, dass er sich in einem "Freiflug"-Betrieb befindet, wie anhand der jeweiligen Einzelkurven 16, 17 erkennbar ist. Die jeweiligen Anker 4 erreichen also wiederum nicht einen maximal durch die Bauart des Aktuators 1 bedingten Hub z_e, sondern nur einen Hub z_z, in den ein Sicherheitsabstand gegen ein Anliegen des Ankers an einer Polfläche eingerechnet werden kann. Die Regelung der hier identisch gewählten Einzelkurven 16, 17 erfordert einen im Vergleich zu einem "Pseudo-Freiflug"-Betrieb relativ geringen Aufwand. Dabei werden nun zwei Aktuatoren 1 so zusammen geregelt, dass sich die geforderte Gesamtkurve 15 bzw. Soll-Öffnungskurve z(t) für eine Ventilöffnungszeit aus der additiven Überlagerung der Öffnungskurven 16, 17 der beiden einzelnen Aktuatoren 1 ergibt. Diese Addition hat selbstverständlich auch Einfluss auf die Größe des Hub z_z der geforderten Gesamtkurve 15, der mithin größer oder auch kleiner als der Hub der einzelnen Öffnungskurven 16, 17 sein kann.To reduce the requirements, which according to the teaching of the DE 102 05 389 A1 In particular, the quality and reliability of an output signal of the stroke sensor, a new method for the continuous and highly accurate adjustment of valve opening times will be described below with reference to the illustration of FIG 3 described. The actuator treated in isolation above with the various operating modes 1 will now work with a second actuator 1 of the same type considered together. Contrary to a procedure also taking into account the doctrine of DE 102 05 389 A1 no longer two or more actuators 1 individually or together regulated in the operating case "pseudo-free flight". Both actuators 1 are lift valves 3 assigned as a drive, which are provided for the same task on a common cylinder. Here are intake valves for the cylinder, not shown, a multi-valve engine, as it is commonly used today in automotive engineering. Each of the actuators 1 is now controlled on its own so that it is in a "free flight" operation, as based on the respective individual curves 16 . 17 is recognizable. The respective anchors 4 in turn, do not reach a maximum of the type of actuator 1 conditional stroke z _e , but only a stroke z _z , in which a safety distance against a concern of the armature can be included in a pole face. The regulation of the identically selected single curves 16 . 17 requires relatively little effort compared to a "pseudo-free flight" operation. There are now two actuators 1 so regulated together that the required total curve 15 or desired opening curve z (t) for a valve opening time from the additive superposition of the opening curves 16 . 17 the two individual actuators 1 results. Of course, this addition also has an influence on the size of the stroke z _{z of} the required overall curve 15 , which is greater or smaller than the stroke of the individual opening curves 16 . 17 can be.

Dazu wird durch die Regelung ein gegeneinander phasenversetztes Öffnen der zwei Ventile 3 durchgeführt, die hier als zwei Einlassventile eines Zylinders vorgesehen sind. Die Schwebe-Zeitspanne T ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch das Verschieben der Öffnungskurven 16, 17 als zeitliche Differenz der jeweiligen Maxima-Zeitwerte der Öffnungskurven 16, 17 gegeben. Damit verhält sich die vorliegende Anordnung aus zwei Aktuatoren 1 mit zugeordneten Ventilen 3 eines Mehrventilmotors unter Verwendung einer einfachen Regelungsstrategie wie ein einzelnes Hubventil 3 mit elektromechanischem Antrieb in einem vergleichsweise aufwendiger zu regelnden "Pseudo-Freiflug"-Betrieb. Ohne wesentliche Änderung ist diese Lehre jedoch auch auf Auslassventile anwendbar.For this purpose, by the control of a mutually phase-shifted opening of the two valves 3 performed here as two intake valves of a cylinder are provided. The suspension period T is in the present embodiment by the displacement of the opening curves 16 . 17 as a time difference of the respective maximum time values of the opening curves 16 . 17 given. Thus, the present arrangement behaves of two actuators 1 with associated valves 3 a multi-valve engine using a simple control strategy such as a single globe valve 3 with electromechanical drive in a relatively complex to be controlled "pseudo-free flight" operation. However, without significant change, this teaching is also applicable to exhaust valves.

Die Anforderungen an die Güte des Ausgangssignals eines einzelnen Hub-Sensors sind bei einem "Freiflug"-Betrieb auch in der vorstehend beschriebenen Konfiguration geringer als beim "Pseudo-Freiflug"-Betrieb, da u.a. der Hub z nicht über die Dauer T konstant eingeregelt werden muss. Damit werden durch die vorstehende Maßnahme die Kosten aufgrund vergleichsweise geringerer Genauigkeitsanforderungen an einen Hubsensor gesenkt.The Requirements for the quality of the output signal of a single stroke sensor are in a "free flight" operation also in the configuration described above is lower than in "pseudo-free-flying" operation, since i.a. the stroke z is not over the duration T must be adjusted constantly. This will be through the above measure the cost due to comparatively lower accuracy requirements lowered to a stroke sensor.

Durch die Regelung beider Aktuatoren 1 wird vorzugsweise ein gegeneinander phasenversetztes Öffnen von mindestens zwei Einlass- oder Auslassventilen durchgeführt. Damit kann sich eine Gesamtkurve für einen zeitlichen Verlauf des Hubes beider Ventile als additive Überlagerung nahezu identischer Freiflug-Kurven ergeben, wobei hier die Erzeugung eines im Wesentlichen horizontal verlaufenden Mittelbereiches 18 mit einem definierten Abstand z_z zu einer Polfläche 12 eines fan genden Magneten 8 als Einstellung einer charakteristischen Eigenart des Betriebszustandes "Pseudo-Freiflug" vereinfacht wird. Hinsichtlich des Hubes z(t) verhalten sich damit mindestens zwei Aktuator-betriebene Hubventile 3 zusammengenommen wie ein Hubventil 3, so dass in bekannter Weise über einen jeweiligen Ventilhub und eine Öffnungszeit auf eine maximal mögliche Durchströmung des zusammengefassten Ventils zurückgeschlossen werden kann.By controlling both actuators 1 Preferably, a phase-shifted opening of at least two inlet or outlet valves is performed. Thus, an overall curve for a temporal course of the stroke of both valves can result as an additive superimposition of almost identical free flight curves, in which case the generation of a substantially horizontally extending middle region 18 with a defined distance z _z to a pole face 12 a fan of a magnet 8th is simplified as a setting of a characteristic peculiarity of the operating state "pseudo-free flight". With regard to the stroke z (t), at least two actuator-operated globe valves thus behave 3 taken together as a lift valve 3 , so that can be deduced in a known manner over a respective valve lift and an opening time to a maximum possible flow through the combined valve.

Den vorstehend genannten Anforderungen entsprechend sind in einer derartigen Vorrichtung geeignete Regler vorgesehen. In einer nicht weiter dargestellten Ausführungsform der Erfindung arbeitet ein Regler mit einer vorgegebenen Solltrajektorie, die eine Bahnkurve eines mittels eines Reglers gesteuert zu bewegenden Objektes in einem Zustandsraum beschreibt. Hier wird also die Bahnkurve z(t) des Ankers 4 des Aktuators 1 zwischen den beiden Polflächen 12, 13 der Elektromagnet-Spulen 8, 9 in Abhängigkeit von der Zeit als Werte für die Position des Ankers bzw. als Wertepaare von Weg- und Zeitkoordinaten sowie Angaben für Geschwindigkeit v und Beschleunigung a des Ankers 4 in Abhängigkeit von der Zeit t vorgegeben. Es handelt sich mithin um eine einfache mehrdimensionale Wertetabelle, die fest vorgegeben in einem geeigneten Steuergerät abgelegt ist oder während der Bewegung in Echtzeit berechnet wird. Individuelle Abweichungen werden durch die Vorgabe von jeweiligen Randbedingungen jeweils eingerechnet.According to the above requirements, suitable regulators are provided in such a device. In a non-illustrated embodiment of the invention, a controller operates with a predetermined desired trajectory, which describes a trajectory of an object controlled by a controller to be moved object in a state space. So here is the trajectory z (t) of the anchor 4 of the actuator 1 between the two pole faces 12 . 13 the solenoid coils 8th . 9 as a function of time as values for the position of the armature or as value pairs of path and time coordinates as well as information for speed v and acceleration a of the armature 4 depending on the Time t predetermined. It is therefore a simple multi-dimensional value table, which is permanently stored in a suitable control device or is calculated during the movement in real time. Individual deviations are calculated by specifying the respective boundary conditions.

Damit ist aber nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erstmals eine insgesamt weitestgehend freie Einstellung kontinuierlicher Schaltzeiten bzw. Ventilöffnungszeiten Δt ohne Sprung bei sicherer Funktion des Hubventils 3 bei stark reduzierten Anforderungen an die Qualität von Hubsensorsignalen möglich.But this is by a method according to the invention for the first time a total largely free setting continuous switching times or valve opening times .DELTA.t without a jump in safe operation of the lift valve 3 with greatly reduced demands on the quality of Hubsensorsignalen possible.

11: Aktuatoractuator
22: Ventilschaftvalve stem
33: Hubventilglobe valve
44: Ankeranchor
55: Ventiltellervalve disc
66: Ventilsitzvalve seat
77: VentilschließfederValve closing spring
88th: Elektromagnet-SpuleSolenoid coil
99: Elektromagnet-SpuleSolenoid coil
1010: Stößeltappet
1111: Ventil-ÖffnungsfederValve-opening spring
1212: Polflächepole
1313: Polflächepole
1414: Jochyoke
1515: geforderte Gesamtkurve für eine Ventilöffnungszeitrequired Total curve for a valve opening time
1616: EinzelkurveSingle curve
1717: EinzelkurveSingle curve
1818: horizontal verlaufender Schwebeabschnitt der Öffnungskurvehorizontal extending suspended section of the opening curve
Δl.DELTA.l: Längenänderung zur Federeinstellungchange in length for spring adjustment
tt: ZeitTime
t_a t _a: Anfangszeit der Schwebezeit TStart time the hovering time T
t_e t _e: Endzeit der Schwebezeit TEnd Time the hovering time T
Δt.delta.t: SchaltzeitspanneSwitching period
TT: einstellbare Zeitspanne einer Schwebe im Pseudo-Freiflugadjustable Time span of a hover in pseudo-free flight
zz: Wegkoordinate des Ankers 4 Path coordinate of the anchor 4
z(t)z (t): Solltrajektorietarget trajectory
z₀ z ₀: Startwert (Schließstellung)start value (Closed position)
z_e z _e: Endwert/maximale ÖffnungsstellungEnd value / maximum open position
z₁ z ₁: maximaler Wert bei Freiflugmaximum Value at free flight
z_z z _z: Zwischenwert (Pseudo-Freiflug)intermediate value (Pseudo-free flight)
ΔzAz: Differenzwert zur maximalen Öffnungdifference value to the maximum opening

Claims

Method for controlling the movement of an armature ( 4 ) of an electromagnetic actuator ( 1 ), in particular for actuating a gas exchange lift valve ( 3 ) of an internal combustion engine for a motor vehicle, wherein the armature ( 4 ) oscillating between pole faces ( 12 . 13 ) of two solenoid coils ( 8th . 9 ) each against the force of at least one return spring ( 7 . 11 ) by alternating energization of the solenoid coils ( 8th . 9 ), characterized in that the actuator ( 1 ) with at least one second actuator ( 1 ) is controlled together for a common cylinder such that a predetermined target opening curve ( 17 ) from a superposition of the opening curves ( 15 . 16 ) of the two individual actuators ( 1 ).

Method according to claim 1, characterized in that at least one of the actuators ( 1 ) is regulated in a "free flight" mode.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that both actuators ( 1 ) in a "free flight" operating condition with coordinated specifications for a respective stroke (z) are controlled.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by the control of a mutually phase-shifted opening of at least two inlet or outlet valves ( 3 ) is carried out.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the regulation via a corresponding Bestro determination of the respective electromagnet ( 8th . 9 ) is implemented.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control is made on the basis of a desired trajectory becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a controller operates using a state estimator.

Device for controlling the movement of an axially between pole faces ( 12 . 13 ) of two electromagnets ( 8th . 9 ) displaceably arranged armature ( 4 ) in an electromagnetic actuator ( 1 ), in particular for driving a lift valve ( 3 ) is formed, characterized in that the device is designed for carrying out a method according to one or more of the preceding claims.

Device according to one of the two preceding claims, characterized in that a desired trajectory is stored in the form of a table of values fixed predetermined in a suitable control device, in particular for individual adaptation to current boundary conditions for driving two actuators ( 1 ) on a cylinder ausgebil it is.