DE4434684A1 - Verfahren zur Steuerung der Ankerbewegung einer elektromagnetischen Schaltanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Ankerbewegung einer elektromagnetischen Schaltanord­ nung mit wenigstens einem, auf den Anker einwirkenden Haltemagneten und wenigstens einem auf den Anker einwir­ kenden Rückstellmittel

Elektromagnetische Schaltanordnungen der vor stehend bezeichneten Art werden beispielsweise eingesetzt zur Steuerung der Gaswechselventile an Brennkraftmaschinen, um hier eine anpassungsfähige Steuerung für das Ein- und Ausströmen des Arbeitsmediums zu bewirken, so daß der Arbeitsprozeß nach den jeweils erforderlichen Gesichts­ punkten optimal beeinflußt werden kann. Der Ablauf der Steuerung hat dabei großen Einfluß auf die unter­ schiedlichen Parameter, beispielsweise die Zustände des Arbeitsmediums im Einlaßbereich, im Arbeitsraum und im Auslaßbereich, die Arbeitsfrequenz und die Vorgänge im Arbeitsraum selbst. Da Brennkraftmaschinen bei sehr unterschiedlichen Betriebszuständen instationär arbeiten, ist eine entsprechend variable Zwangssteuerung der Gaswechselventile vorteilhaft. Eine derartige elektromag­ netische Schaltanordnung für Gaswechselventile ist beispielsweise aus DE-C 30 24 109 bekannt.

Ein wesentliches Problem bei der Steuerung derartiger elektromagnetischer Schaltanordnungen stellt insbesondere bei der Verwendung zur Betätigung von Stellgliedern an einer Brennkraftmaschine, vor allem der Gaswechsel­ ventile, die erforderliche Zeitgenauigkeit dar, die insbesondere bei einer Steuerung der Motorleistung für die Einlaßventile erforderlich ist. Eine genaue Steuerung der Zeiten wird durch fertigungsbedingte Toleranzen, im Betrieb auftretende Verschleißerscheinungen sowie durch unterschiedliche Betriebszustände, beispiels­ weise wechselnde Arbeitsfrequenzen erschwert, da diese äußeren Einflüsse zeitrelevante Parameter des Systems beeinflussen können.

Ein wesentliches Problem bei derartigen elektromagnetischen Schaltanordnungen ist die Erscheinung des sogenannten Klebens des Ankers an dem jeweiligen Haltemagneten. Dieses Kleben wird im wesentlichen durch Wirbelströme im Magnetkreis verursacht. Die sogenannte Klebzeit hängt von vielen unterschiedlichen Parametern ab, wie beispielsweise der Größe des Luftspaltes, der Kraft des Rückstellmittels, in der Regel mechanische Federn und bei Gaswechselventilen der Gasgegendruck. Neben den nicht zu vermeidenden Fertigungstoleranzen bewirken bei elektromagnetisch betätigten Gaswechselventilen die im Betrieb wechselnden Gasgegendrücke unregelmäßige Schwankungen der Klebzeit, so daß nach dem Abschalten des Haltestroms der Bewegungsbeginn des Ankers nicht vorherbestimmbar variiert.

Da es mit großer Zuverlässigkeit möglich ist, bei einem System mit zwei jeweils eine Endstellung des Ankers definierenden Haltemagneten den Auftreffzeitpunkt ziem­ lich exakt zu erfassen, hat man versucht, durch ein empirisch rechnerisches Verfahren den tatsächlichen Ablösezeitpunkt jeweils ausgehend vom Auftreffzeitpunkt zu bestimmen (EP-A 0 264 706). Dieses Verfahren ist bei entsprechenden Genauigkeitsanforderungen nicht zuverlässig genug.

Des weiteren hat man zur Verbesserung derartiger elektro­ magnetischer Schaltanordnungen zur Betätigung von Gas­ wechselventilen vorgeschlagen, durch Erhöhung der Vor­ spannung des in Öffnet-Richtung wirkenden Rückstellmit­ tels die Zeitgenauigkeit zu verbessern, wobei zusätzlich noch Maßnahmen zur Veränderung des magnetischen Wider­ standes im Magnetkreis vorgesehen sind (EP-B 0 405 189).

Da weder derartige mechanische Mittel, wie in EP-A 0 405 189, noch die in EP-A 0 264 706 angegebenen rechnerischen Methoden den Genauigkeitsanforderungen genügen, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Steuerung der Ankerbewegung für elektromagnetische Schaltanordnungen der eingangs bezeichneten Art durch ein Erkennen des Beginns der Ankerbewegung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Erkennung des Beginns der Ankerbewegung nach dem Abschalten des die Spule durchfließenden Haltestroms die Spannung an der Spule in ihren sich durch die Anker­ bewegung verursachten Änderungen im Spannungsverlauf erfaßt und hieraus ein Steuersignal abgeleitet wird. Diesel Verfahren bedeutet gegenüber einem Verfahren, das von der Erkennung des Auftreffens des Ankers am gegenüberliegenden Haltemagneten ausgeht und von diesem Zeitpunkt an rückwärts rechnet, eine wesentliche Ver­ besserung, da bereits der Beginn der Ankerbewegung beim jeweiligen Arbeitsspiel erkannt werden kann. Diese Verfahrensweise beruht auf der Erkenntnis, daß nach dem Abbau der Energie in der Spule der Stromfluß durch die Spule auf Null sinkt. Überraschenderweise hat sich jedoch herausgestellt, daß nach dem Abschalten des Stroms noch eine gewisse Spannung an der Spule gemessen werden kann. Dies läßt sich erklären durch die im Magnetma­ terial verbleibenden Wirbelströme, die einen exponentiell abnehmenden Magnetfluß verursachen, der wiederum eine Spannung proportional zur Flußänderung verursacht. Außerdem stellt sich eine vom Material abhängige Remanenzfeldstärke ein. Setzt sich nun der Anker in Bewegung, so findet eine gravierende Änderung im Magnet­ kreis statt und zwar dadurch, daß sich gegenüber dem Restluftspalt der Luftspalt schlagartig vergrößert. Diese Luftspaltänderung bewirkt eine Änderung des magneti­ schen Flusses, was wiederum eine induzierte Spannung zu Folge hat. Durch Erfassung dieser Spannungsänderung, insbesondere der Änderungen im Spannungsverlauf, kann man nun den Bewegungsbeginn des Ankers erkennen. Vorteil­ haft ist es, zur Einleitung der Ankerbewegung den Halte­ strom hart abzuschalten. Das bedeutet, daß es keinen Freilauf geben darf, was durch Anordnung einer Freilauf­ diode parallel zur Spule bewirkt wird, und daß auch die Spannungsfestigkeit der für die Schaltung verwendeten Endstufentransistoren sehr hoch gewählt werden muß, damit der Stromfluß in der Spule sich sehr schnell abbaut. Durch diese schaltungstechnischen Maßnahmen ist es möglich, die sogenannte Klebzeit zwischen dem Zeitpunkt des Abschalten des Haltestroms und des nach der vorstehenden Verfahrensweise zu erkennenden Beginns der Ankerbewegung möglichst kurz zu halten.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß von den durch die Ankerbewegung verursachten Änderungen im Spannungsverlauf wenigstens ein Extremwert erfaßt wird. Die sich ergebenden Änderun­ gen im Spannungsverlauf können hierbei auf verschiedene Arten ausgewertet werden, da die Spannung aufgrund des abnehmenden Magnetflusses und damit auch der exponentiell abnehmenden magnetischen Flußänderung zunächst auf einen Minimalwert absinkt. Infolge der Ankerbewegung kommt es danach zu einer stärkeren magnetischen Flußänderung, so daß die Spannung wieder ansteigt. Dieser Durchlauf durch ein Spannungsminimum läßt sich meßtechnisch ohne weiteres erfassen und gibt eine sehr gute Aussage über den tatsächlichen Bewegungs­ beginn des Ankers. Insbesondere bei Vorhandensein eines bewußt vorgesehenen magnetischen Restspaltes, wodurch die Steuerung der Klebzeit schon per se reduziert wird, läßt sich dieses Verfahren zu einer sehr genauen Bestim­ mung des Zeitpunktes des Beginns der Ankerbewegung verwenden. In Einsatzfällen, die größere Schwankungen der Klebzeit aufweisen, wird dagegen des Phänomen ausge­ nutzt, daß infolge der durch die Ankerbewegung bewirkten magnetischen Flußänderung die Spannung nach einem Durchlaufen eines Minimums wieder auf einen Maximalwert ansteigt, bevor sie ganz auf Null zurückgeht. Bei derarti­ gen Einsatz fällen kann nun zur Bestimmung des Beginns der Ankerbewegung der maximale Spannungsbetrag nach dem Wiederanstieg der Spannung festgestellt werden, da das Gesamtniveau des verbleibenden magnetischen Flusses von der Größenordnung der Klebzeit abhängt, was den zeitlichen Zusammenhang zwischen der Erkennung des Spannungsminimums und dem Bewegungsbeginn negativ beeinflußt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei der Anordnung von zwei jeweils eine Endstellung des Ankers definierenden Haltemagneten der Zeitpunkt des Einschaltens des Stroms für die jeweils nicht haltende Spule in Abhängigkeit von der Erkennung der Ankerbewegung am anderen Haltemagneten festgestellt wird. Durch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mögliche ziemlich exakte Erkennung des Beginns der Ankerbewegung kann man beispielsweise den Einschaltzeit­ punkt des Fangstroms für den anderen Haltemagneten exakt an den Beginn der Ankerbewegung anpassen. Hierdurch kann eine deutliche Energieeinsparung erzielt werden. Bei einem zu späten Einschalten des Fangstromes könnte nämlich der Anker nicht sicher gefangen werden. So muß also normalerweise aus Gründen der Funktionssicher­ heit ein zu frühes Einschalten des Fangstromes erfolgen. Ein zu frühes Einschalten des Fangstromes hat jedoch den Nachteil, daß dem sich bewegenden Anker zu viel kinetische Energie zugeführt wird, die zu einem Prellen bzw. sogar zu einem Abprallen des Ankers von der Polfläche führen kann. Um ein Ausfallen des Systems aufgrund eines prellenden und abfallenden Ankers zu verhindern, muß daher der Fangstrom relativ lange nach dem Auftreffen noch eingeschaltet bleiben. Kennt man dagegen den genauen Zeitpunkt des Beginns der Ankerbewegung, so kann man hierdurch die Zeit bis zum Einschalten des Fangstroms sowie die Zeit bis zum Umschalten vom Fangstrom auf den Haltestrom nahezu exakt steuern.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den zeitlichen Verlauf der Spulenströme und der Bewegung eines über eine elektro­ magnetische Schaltanordnung betätigten Gaswechselventils für einen Verbrennungs­ motor,

Fig. 2 den Verlauf der Spannung und der Bewegung des Ankers in Abhängigkeit von der Zeit unmittelbar nach dem Abschalten,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Anker­ bewegung zum Zeitpunkt des Bewegungs­ beginnes und der zugehörige Verlauf der Spannung,

Fig. 4 eine Schaltung zur Auswertung zur Erfassung des Maximums bzw. Minimums der Spannung,

Fig. 5 die zeitliche Zuordnung der einzelnen Signalverläufe an den Schaltelemente der Schaltungsanordnung gem. Fig. 4,

Fig. 6 eine abgewandelte Form der Schaltung gem. Fig. 4,

Fig. 7 ein Prinzipschaltbild zur Ansteuerung einer elektromagnetischen Schaltanordnung mit zwei Haltemagneten.

In Fig. 1 ist ein elektromagnetisch betätigbares Gaswechsel­ ventil üblicher Bauart dargestellt und zwar in der Position A in Schließstellung und in Position B in Offenstellung. Dieses Gaswechselventil wird im wesentlichen gebildet durch einen Ventilkörper 1, der mit einem Anker 2 verbunden ist, dem zu beiden Seiten Federn 3 und 4 als Rückstellmittel zugeordnet sind. Dem Anker 2 sind ferner zwei Haltemagneten 5 und 6 zugeordnet, wobei der Haltemagnet 5 bei eingeschaltetem Spulenstrom über den Anker 2 das Ventil 1 in Schließstellung hält, wie in Position A dargestellt. Wird der Haltemagnet 5 stromlos gesetzt und der Haltemagnet 6 mit Strom beauf­ schlagt, dann wird unter Einwirkung der vorgespannten Feder 4 und des sich aufbauenden Magnetfeldes des Halte­ magneten 6 der Anker 2 in Richtung auf den Haltemagneten 6 bewegt, so daß der Ventilkörper 1 in die in Position B dargestellte Offenstellung geführt wird.

Bei einer Brennkraftmaschine sind nun jeweils mindestens ein Einlaßventil und ein Auslaßventil dem betreffenden Kolben zugeordnet, so daß das jeweils als Gaseinlaßventil bzw. als Gasauslaßventil fungierende Gaswechselventil in der vor stehend beschriebenen Weise entsprechend dem durch die Kolbenbewegung vorgegebenen Arbeitstakt bewegt wird. Dem in Fig. 1 in Schließstellung und in der Offenstellung dargestellten Gaswechselventil ist darunter in der zugehörigen Zeitachse der Verlauf der Spulenströme dargestellt. In der Schließstellung wird der Haltemagnet 5 durch den Haltestrom 5i beaufschlagt, so daß der Ventilkörper 1 am Ventilsitz gehalten wird. Um nun den Ventilkörper 1 in die Offenstellung zu über­ führen, wird der Haltestrom 5i abgeschaltet. Bedingt durch die Federkraft der vorgespannten Feder 4 beginnt der Anker mitsamt dem Ventil nach einer gewissen Kleb­ zeit T1 sich zu bewegen. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit T2 nach dem Beginn der Bewegung wird auf den Halte­ magneten 6 ein Fangstrom 6i aufgegeben, der dafür sorgt, daß der sich auf den Haltemagneten 6 zubewegende Anker 2 in seine untere Endlage gezogen wird, bis die in Position B dargestellten Offenstellung erreicht ist. Sobald der Anker 2 an der Polfläche des Haltemagneten 6 anliegt, die Prellvorgange sind hierbei beendet, kann der Fang­ strom 6i reduziert werden auf ein kleineres Niveau, das sogenannte Haltestromniveau. Dies erfolgt zum Zeit­ punkt T3. Der Haltestrom wird hierbei, wie aus dem Verlauf des Stroms ersichtlich, zwischen einem unteren und einem oberen Niveau getaktet, um den Stromverbrauch zu reduzieren. Soll nun das Ventil wieder geschlossen werden, wird der Haltestrom durch die Spule des Halte­ magneten 6 abgeschaltet, so daß der vorstehend beschrie­ bene Bewegungsvorgang in umgekehrter Reihenfolge abläuft, d. h. das Ventil setzt sich nach einer erneuten Klebzeit wiederum in Bewegung und wird in entsprechender Weise von dem oberen Haltemagneten 5 gefangen und wiederum nach dem Absenken des Fangstroms vom Haltestrom 5i in der Schließstellung gehalten. Die Bewegung des Ankers 2 bzw. des Ventilkörpers 1 ist unter den beiden Stromkur­ ven 5i und 6i dargestellt.

In Fig. 2 ist nun in entsprechender Zuordnung und in vergrößerter Darstellung der Verlauf der Spannung 5v nach dem Abschalten des Haltestroms für die Spule 5 dargestellt. Darunter ist in Abhängigkeit von der Zeit die Bewegung des Ankers 2s dargestellt.

Wie die Darstellung des Spannungsverlaufs 5v erkennen läßt, fällt unmittelbar nach dem Abschalten des Halte­ stroms die Spannung an der Spule ab, wie das Teil­ stück 7 zeigt. Würde der Anker in seiner Lage verbleiben, würde sich ein Spannungsverlauf ergeben, wie er in der Fortsetzung an das Teilstück 7 der Kurve gestrichelt dargestellt ist.

Da nun, wie eingangs bereits dargestellt, durch die Bewegung des Ankers eine gravierende Änderung im Magnet­ kreis stattfindet und zwar vor allem dadurch, daß sich der Luftspalt gegenüber dem Restluftspalt plötzlich stark vergrößert, wird eine Änderung des magnetischen Flusses bewirkt, die wiederum eine induzierte Spannung zur Folge hat, so daß die Spannung wieder ansteigt (Teilbereich 8 der Kurve). Der Umkehrpunkt 9 ergibt somit eine sehr gute Aussage über den tatsächlichen Bewegungsbeginn des Ankers. Da der Anstieg der Spannung von der Ankerbewegung abhängig ist, steigt diese bis zu einem Maximum (Punkt 10) an, um dann anschließend auf Null abzufallen.

In Fig. 3 ist stark vergrößert die Zuordnung des Bewe­ gungsbeginns des Ankers zum Minimumpunkt 9 des Spannungs­ verlaufes 5v dargestellt. Durchgeführte Messungen haben ergeben, daß der Punkt 9 des Spannungsverlaufs 5v eine sehr gute Aussage über den tatsächlichen Bewegungsbeginn des Ankers ergibt.

Bei größeren Schwankungen der Klebzeit, die insbesondere bei Anwendungen ohne Luftspalt auftreten können, oder Änderung der äußeren Bedingungen, zum Beispiel Änderungen des Gasgegendruckes, wird die maximale Spannung nach ihrem Wiederanstieg im Punkt 10 festgestellt, da das Gesamtniveau des verbleibenden magnetischen Flusses von der Größenordnung der Klebzeit abhängt, so daß auch hier über die Erfassung der Spannung 5v an der Spule der Bewegungsbeginn mit hinreichender Genauigkeit erkannt werden kann.

In Fig. 4 ist eine Auswerteschaltung beispielhaft darge­ stellt. Die zugehörigen Signalverläufe sind in Fig. 5 wiedergegeben und jeweils durch den Index des zugehörigen Bauelements der Schaltung gekennzeichnet. Die am Eingang 11 anliegende Spannung 5v wird zunächst in einem Differen­ zierer 12 differenziert, so daß Maximum und Minimum am Eingang 11 jeweils an dessen Ausgang 13 einen Null- Durchgang 14, 15 bewirken. In einem nachfolgenden Kompara­ tor 16 wird dieser Null-Durchgang in eine Flanke 17, 18 eines Digitalsignals umgewandelt. Je nach Anwendungsfall soll entweder der Null-Durchgang von minus nach plus (Minimumdetektion) oder derjenige von plus nach minus (Maximumdetektion) ausgewertet werden. Um die Flanke an die Anforderungen anzupassen, kann ein Inverter 19 hinter den Komparator 16 geschaltet werden. Die in der Flanke enthaltene Zeitinformation wird in der nachfol­ genden Stufe in ein Spannungssignal umgewandelt.

Am Schaltungseingang 20 wird mit der Steuerflanke 21, die das Abschalten des Haltestroms durch die Spule bewirkt, ein Monoflop 21 getriggert, der einen kurzen Impuls 22 erzeugt, der zum einen ein Flip-Flop 23 setzt und zum anderen mit seiner Rückflanke seinerseits ein weiteres Monoflop 24 triggert. Das Monoflop 24 erzeugt nun ein Gate-Signal 25, das über ein UND-Gatter 26 das Signals des Komparators 16 bzw. des Inverters 19 freischaltet. Über die durch die Monoflops 21 und 24 vorgegebenen Zeiten kann das Auswertefenster für die Spannungsauswertung festgelegt werden, d. h. der Zeitraum, in dem ein Minimum und/oder Maximum wirksam detektiert wird.

Das Ausgangssignal des UND-Gatters 26 wird mit dem Rücksetzeingang des Flip-Flops 23 verbunden. Bei einem detektierten Maximum und/oder Minimum wird also das Flip-Flop 23 wieder zurückgesetzt. Ein dem Flip-Flop 23 nachgeschalteter Integrator 27 integriert die Ausgangs­ spannung des Flip-Flops 23 auf. Somit wächst die Spannung am Ausgang 28 des Integrators 27 mit konstanter Steige­ rung solange an, bis das Flip-Flop 23 zurückgesetzt wird, also bis ein Minimum oder Maximum detektiert ist. Somit ist die am Ausgang 28 erreichte Spannung proportional zu der Zeit, die vom Abschalten des Halte­ stroms, also dem Setzen des Flip-Flops 23 bis zur Detek­ tion des Minimums, also dem Bewegungsbeginn des Ankers, was durch das Rücksetzen des Flip-Flops 23 festgestellt wird, vergeht. Dies ist aus der zeitgleichen Zuordnung der einzelnen Signalverläufe in Fig. 5 erkennbar. In dem den Verlauf der Spannung wiedergebenden Signal­ verlauf 5.11 in Fig. 5 ist der Minimumpunkt 9 sowie der Maximumpunkt 10 entsprechend gekennzeichnet.

Der Rücksetzvorgang des Integrators erfolgt durch das Ausgangssignal des Monoflops 21 gleichzeitig mit dem Setzen des Flip-Flops 23. Die hier beschriebene schal­ tungstechnische Realisierung stellt jedoch nur ein Beispiel dar. Andere Realisierungen auch mit Hilfe der Digitaltechnik sind denkbar.

Die Auswertung des Verlaufs der Spannung ist jedoch nicht auf die vorstehend anhand von Fig. 4 und 5 beschrie­ benen Methoden der Maximum-Minimum-Erkennung beschränkt, sondern kann vielmehr auch nach anderen Kriterien durch­ geführt werden, je nach dem, was für die entsprechende Anwendung günstiger erscheint. So kann beispielsweise auch ein Mittelwert aus lokalem Maximum und lokalem Minimum des Spannungsverlaufs bestimmt werden und der Schnittpunkt des Verlaufs zwischen den beiden Extrem­ werten mit diesem Mittelwert bestimmt werden.

Eine weitere Möglichkeit der Auswertung besteht darin, die Abweichung vom erwarteten exponentiellen Verlauf festzustellen. In Fig. 6 ist ein derartiges Verfahren beispielhaft dargestellt. Der größte Teil der in Fig. 6 wiedergegebenen Schaltung ist identisch mit der in Fig. 4 gezeigten Schaltung. Lediglich der Teil zur Erzeugung der Flanke in Abhängigkeit von der Spulen­ spannung ist geändert. Beim Auftreten des Impulses am Monoflop 21 wird ein Schalter 29 geschlossen und bringt damit den Kondensator eines Kurzzeitintegrators 30 auf denselben Pegel wie die Eingangsspannung. Nach dem Öffnen dieses Schalters 29 entlädt sich der Kondensa­ tor des Kurzzeitintegrators 30 über einen Widerstand gemäß einer e-Funktion. Die Zeitkonstante dieser e-Funktion und damit der R-C-Kombination muß so gewählt werden, daß die Spannung am Kondensator bei anliegendem Anker 2 immer etwas größer ist als die Eingangsspannung. Beginnt der Anker 2 nun seine Bewegung, so wird die am Eingang 11 erfaßte Spannung größer als die Spannung am Kondensator und der Komparator 31 wechselt seinen Ausgang auf hohem Pegel. Die restlichen Vorgänge ent­ sprechen der Beschreibung zu Fig. 4.

In Fig. 7 ist ein Prinzipschaltbild wiedergegeben, das die Ansteuerung der beiden Spulen 5 und 6 des in Fig. 1 angegebenen Ausführungsbeispiels eines Gaswechsel­ ventils verdeutlichen soll. Am Eingang 33 liegt ein Signal 34 an, bei dessen Vorderflanke das Öffnen und bei dessen Rückflanke das Schließen des Ventils eingelei­ tet werden soll. Mit diesem Signal werden drei positiv flankengesteuerte Monoflops 35, 36, 37 getriggert. Die positive Flanke am Eingang 33 bewirkt das Einschalten des Monoflops 35, das für die Zeit T₁ auf Halbpegel bleibt und dann im Anschluß eine Rückflanke erzeugt. Diese Rückflanke triggert ihrerseits ein sich daran anschließendes Monoflop 38, das einen sehr kurzen Impuls erzeugt. Mit diesem kurzen Impuls wird ein Flip-Flop 39 zurückgesetzt. Die Ausgänge der Flip-Flops 39, 40, 41, 42 werden dazu verwendet, für die jeweilige Öffner- bzw. Schließerspule des zu betätigenden Gaswechselventils, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in Fig. 1, die beiden Spulen 6 bzw. 5 ein Fangstrom- bzw. ein Haltestromniveau vorzugeben. Die Höhe dieses Stromniveaus wird bestimmt durch die Widerstände 43 bis 48, die jeweils einen Spannungsteiler bilden. Das Rücksetzen des Flip-Flops 39 bewirkt das Abschalten des Haltestromes durch die Schließerspule, da die Sollvorgabe für den nachfolgenden Stromregler 49 auf Null gesetzt wird.

Weiterhin wird durch die Vorderflanke am Eingang 33 das Setzen des Monoflops 36 mit der Zeitkonstante T₂ bewirkt. Nach Ablauf dieser Zeit T₂ wird das nachgeschal­ tete Monoflop 50 ausgelöst, das einen kurzen Impuls erzeugt, der wiederum das Flip-Flop 40 setzt. Hierdurch wird die Sollvorgabe für den Öffnerstrom auf Fangstrom­ niveau gesetzt. Dieses Flip-Flop 40 wird mittels der Monoflops 37 und 51 zu einem Zeitpunkt T₃ nach der Vorderflanke des Signals am Eingang 33 wieder rückgesetzt. Gleichzeitig wird das Flip-Flop 41 gesetzt. Damit wird bewirkt, daß von der Fangstromvorgabe auf die Haltestrom­ vorgabe umgeschaltet wird.

Die im unteren Teil der Schaltungsanordnung dargestellten Monoflops 52 bis 57 wirken nun im Prinzip gleichartig auf der Schließerseite. Das Eingangssignal wird hierbei jedoch zunächst über einen Inverter 58 geführt, der dafür sorgt, daß die Rückflanke des Signals am Eingang 33 als zeitbestimmende Flanke verwendet wird. Zu einem Zeitpunkt T′₁ nach der Rückflanke des Eingangsignals (Schließerflanke) wird über die Monoflops 52 und 55 das Flip-Flop 41 zurückgesetzt und damit der Strom durch die Öffnerspule 6 abgeschaltet. Durch das Abschalten des Stromes in der Öffnerspule 6 wird der Bewegungsvorgang des Ankers und somit die Bewegung des Ventils ausgelöst.

In einem Detektor 59, in dem beispielsweise eine Schaltung gem. Fig. 4 enthalten ist, wird eine Spannung erzeugt, die proportional zur Klebzeit des Ventils ist, d. h. der Verzögerungszeit zwischen dem Abschalten des Halte­ stroms und des Bewegungsbeginns. Dieser Wert muß nun zur Korrektur der Verzögerungszeiten der Monoflops verwendet werden. Bei einer hohen Klebzeit muß die Zeit T′₁ reduziert werden, damit im nächsten Zyklus das Abschalten des Haltestroms früher stattfindet. Dazu wird die Ausgangsspannung des Detektors 59 korri­ giert, die umso größer ist, je größer die Klebzeit war, von einem zunächst vorgegebenen Sollwert in einer Summierschaltung subtrahiert und dem Monoflop 52 aufge­ geben. Die Zeitkonstante T′₁ dieses Monoflops 52 ist proportional zu der angelegten Spannung, so daß im nächsten Zyklus die Abschaltung des Haltestroms über das Flip-Flop 41 exakt soviel früher erfolgt, wie die Klebzeit des Ventils betragen hat. Hierdurch erzielt man eine Regelung auf einen konstanten Zeitverzug zwischen Auftreten der Signalflanke am Eingang 33 und dem tatsächli­ chen Bewegungsbeginn. Über die Spannungsvorgabe U_T1soll kann man den gewünschten Wert der Verzögerung vorgeben.

Die Ausgangsspannung des Detektors 59 wird außerdem verwendet, um die Zeitkonstanten T′₂ und T′₃, die für das Einschalten des Fang- bzw. Haltestroms auf der Gegenseite maßgeblich sind zu korrigieren. Je später der Bewegungsbeginn an der Öffnerspule 6 liegt umso größer ist die Ausgangsspannung des Detektors 59. Diese Spannung wird addiert zu einer Sollwertvorgabe U_T2′ soll bzw. U_T3′soll und jeweils den Monoflops 53, 54 als zeitbestimmende Spannungen aufgegeben. Dies hat zur Folge, daß bei einem späteren Bewegungsbeginn auch die Zeitkonstanten T′₂ und T′₃ verlängert werden und somit auch das Einschalten des Fangstroms und das Um­ schalten auf Haltestrom entsprechend später erfolgt, genau passend also zur Bewegung des Ankers. Die Spannun­ gen U_T1soll bis U_T3soll können nun entweder fest vorgegeben oder nach Bedarf abhängig vom Betriebspunkt, beispielsweise über ein Motorsteuergerät vorgegeben werden.

Andere Ausführungsformen des gesamten Verfahrens sind ebenfalls denkbar, bei denen beispielsweise nach der Abschaltphase des Stroms, wenn die Spannung an der Spule unter einen bestimmten Wert gefallen ist, der Spule ein Strom aufgeprägt wird. Dieser muß naturgemäß kleiner sein als der Haltestrom, der zum Halten des Ankers erforderlich ist. Wählt man einen negativen Strom, kann man als besonderen Vorteil auch einen schnelleren Abbau des magnetischen Feldes erzielen und so die Klebzeit verringern. Diesem Effekt sind allerdings durch die Erzeugung zusätzliche Wirbelströme Grenzen gesetzt.

Der aufgeprägte Strom bewirkt einen zusätzlichen magneti­ schen Fluß, wodurch Bewegungsvorgänge des Ankers auch noch längere Zeit nach dem Abfallen des Ankers registriert werden können. Bei entsprechender Ausgestaltung des magnetischen Kreises und der bewegten Teile lassen sich so auch Bewegungen erkennen, die in der Phase der höchsten Ankergeschwindigkeit liegen und somit eine sehr genaue zeitliche Zuordnung zulassen.

Das erfindungsgemäße System ist nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel der elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils an einer Brennkraftmaschine beschränkt, sondern kann sinngemäß auch auf elektromagne­ tische Schaltanordnungen angewendet werden, bei denen nur ein Haltemagnet vorhanden ist. So beispielsweise auch bei Gaswechselventilen, bei denen beispielsweise eine Feder die Schließfunktion und ein Haltemagnet die Öffnungsfunktion übernimmt. Auch hier ist die Klebzeit von Bedeutung, da zum Einleiten der Schließfunktion für die Abschaltung des Haltestroms die Erfassung der Klebzeit von Bedeutung ist, um ein zeitgerechtes Schließen des Ventils zu bewirken.

Das Verfahren erlaubt auch eine Funktionskontrolle, da eine stark verzögerte oder ausbleibende Ankerbewegung ebenfalls erkennbar wird und so ein entsprechendes Stellsignal erzeugt werden kann.

Claims (4)

1. Verfahren zur Steuerung der Ankerbewegung einer elektromagnetischen Schaltanordnung, mit wenigstens einem auf den Anker einwirkenden Haltemagneten und wenigstens einem auf den Anker einwirkenden Rück­ stellmittel, insbesondere zur Steuerung einer Schalt­ anordnung zur Betätigung eines Stellgliedes an einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung des Beginns der Ankerbewegung nach dem Ab­ schalten des die Spule durchfließenden Haltestroms die Spannung an der Spule in ihrer sich durch die Anker­ bewegung verursachten Änderung im Spannungsverlauf erfaßt und hieraus ein Steuersignal abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der durch die Ankerbewegung verursachten Ände­ rung im Spannungsverlauf wenigstens ein Extremwert erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei der Anordnung von zwei jeweils eine Endstellung des Ankers definierenden Haltemagneten der Zeitpunkt des Einschaltens des Stroms für die jeweils nicht haltende Spule in Abhängigkeit von der Erkennung der Ankerbewegung am anderen Haltemagneten festgelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der jeweils nicht haltenden Spule der Strom für die Erregung dieser Spule zunächst mit hohem Niveau eingeschaltet, danach auf ein niedrigeres Stromniveau umgeschaltet wird, wobei der Umschaltzeitpunkt in Abhängigkeit vom Zeitpunkt der Erkennung des Beginns der Ankerbewegung bestimmt wird.