[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewegungssteuerung eines Ankers eines elektromagnetischen
Aktuators, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechsel-Hubventiles einer Brennkraftmaschine,
wobei der Anker oszillierend zwischen zwei Elektromagnet-Spulen jeweils gegen die
Kraft zumindest einer Rückstellfeder durch alternierende Bestromung der Elektromagnet-Spulen
bewegt wird, und wobei mit einer Annäherung des Ankers an die zunächst bestromte Spule
während des sogenannten Fangvorganges die an der den Anker einfangenden Spule anliegende
elektrische Spannung reduziert wird. Zum technischen Umfeld wird auf die DE 195 30
121 A1 verwiesen.
[0002] Ein bevorzugter Anwendungsfall für einen elektromagnetischen Aktuator mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 ist der elektromagnetisch betätigte Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen,
d.h. die Gaswechsel-Hubventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine werden von deratigen
Aktuatoren in gewünschter Weise betätigt, d.h. oszillierend geöffnet und geschlossen.
Bei einem derartigen elektromechanischen Ventiltrieb werden die Hubventile einzeln
oder auch in Gruppen über elektromechanische Stellglieder, die sog. Aktuatoren bewegt,
wobei der Zeitpunkt für das Öffnen und das Schließen jedes Hubventiles im wesentlichen
völlig frei gewählt werden kann. Hierdurch können die Ventilsteuerzeiten der Brennkraftmaschine
optimal an den aktuellen Betriebszustand (dieser ist durch Drehzahl und Last definiert)
sowie an die jeweiligen Anforderungen hinsichtlich Verbrauch, Drehmoment, Emissionen,
Komfort und Ansprechverhalten eines von der Brennkraftmaschine angtriebenen Fahrzeuges
angepaßt werden.
[0003] Die wesentlichen Bestandteile eines bekannten Aktuators zur Betätigung der Hubventile
einer Brennkraftmaschine sind ein Anker sowie zwei Elektromagnete für das Halten des
Ankers in der Position "Hubventil offen", bzw. "Hubventil geschlossen" mit den zugehörigen
Elektormagnet-Spulen, und ferner Rückstellfedern für die Bewegung des Ankers zwischen
den Positionen "Hubventil offen" und "Hubventil geschlossen". Hierzu wird auch auf
die beigefügte
Figur 1 verwiesen, die einen derartigen Aktuator mit zugeordnetem Hubventil in den beiden
möglichen Endlagen des Hubventiles und Aktuator-Ankers zeigt, und wobei zwischen den
beiden gezeigten Zuständen bzw. Positionen der Aktuator-Hubventil-Einheit der Verlauf
des Ankerhubes z bzw. Ankerweges zwischen den beiden Elektromagnet-Spulen und ferner
der Verlauf des Stromflusses I in den beiden Elektromagnet-Spulen jeweils über der
Zeit t entsprechend einem (gegenüber der eingangs genannten DE 195 30 121 A1 einfacheren)
bekannten Stand der Technik dargestellt ist.
[0004] Wie ersichtlich ist in
Figur 1 der Schließvorgang eines Brennkraftmaschinen-Hubventiles dargestellt, welches mit
der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist und welches sich hierbei in Richtung auf seinen
Ventilsitz 30 bewegt. Wie üblich greift an diesem Hubventil 1 eine Ventilschließfeder
2a an, ferner wirkt auf den Schaft des Hubventiles 1 - hier unter Zwischenschaltung
eines (nicht unbedingt erforderlichen) hydraulischen Ventilspielausgleichselementes
3 - der in seiner Gesamtheit mit 4 bezeichnete Aktuator ein. Dieser besteht neben
zwei Elektromagnet-Spulen 4a, 4b aus einer auf den Schaft des Hubventiles 1 einwirkenden
Stößelstange 4c, die einen Anker 4d trägt, der zwischen den Elektromagnet-Spulen 4a,
4b oszillierend längsverschiebbar geführt ist. Am dem Schaft des Hubventiles 1 abgewandten
Ende der Stößelstange 4c greift ferner eine Ventilöffnungsfeder 2b an.
[0005] Hierbei handelt es sich somit um ein schwingungsfähiges System, für welches die Ventilschließfeder
2a und die Ventilöffnungsfeder 2b eine erste sowie eine zweite Rückstellfeder bilden,
für welche folglich im weiteren ebenfalls die Bezugsziffern 2a, 2b verwendet werden.
Linksseitig ist in Figur 1 die erste Endposition dieses schwingungsfähigen Systemes
dargestellt, in welcher das Hubventil 1 vollständig geöffnet ist und der Anker 4d
an der unteren Elektromagnet-Spule 4b anliegt, die im folgenden auch als Öffner-Spule
4b bezeichnet wird, nachdem diese Spule 4b das Hubventil 1 in seiner geöffneten Position
hält. Rechtsseitig ist in Figur 1 die zweite Endposition des schwingungsfähigen Systemes
dargestellt, in welcher das Hubventil 1 vollständig geschlossen ist und der Anker
4d an der oberen Elektromagnet-Spule 4a anliegt, die im folgenden auch als Schließer-Spule
4a bezeichnet wird, nachdem diese Spule 4a das Hubventil 1 in seiner geschlossenen
Position hält.
[0006] Im folgenden wird nun kurz der Schließvorgang des Hubventils 1 beschrieben, d.h.
in Figur 1 der Übergang vom linksseitigen Zustand in den rechtsseitig dargestellten
Zustand; dazwischen sind die entsprechenden Verläufe der in den Spulen 4a, 4b fließenden
elektrischen Ströme I sowie der Hubverlauf bzw. die Wegkoordinate z des Ankers 4d
jeweils über der Zeit t aufgetragen. Bezüglich der Wegkordinate z entspricht dabei
der Wert z
0 einem vollständig geöffnetem Hubventil 1, d.h. der Anker 4d liegt an der Öffner-Spule
4b an, während bei

der Anker 4d an der Schließerspule 4a anliegt.
[0007] Ausgehend von der linksseitigen Position "Hubventil offen" wird zunächst die Öffner-Spule
4b bestromt, um den Anker 4d in dieser Position gegen die gespannte Ventilschließfeder
2a (= untere erste Rückstellfeder 2a) zu halten, wobei der Strom I in dieser Spule
4b im I-t-Diagramm gestrichelt dargestellt ist. Wird nun der Strom I der Öffner-Spule
4b für einen gewünschten Übergang nach "Hubventil geschlossen" ausgeschaltet, so löst
sich der Anker 4d von dieser Spule 4b und das Hubventil 1 wird durch die gespannte
Ventilschließfeder 2a in etwa bis zu seiner Mittellage (nach oben hin) beschleunigt,
bewegt sich jedoch aufgrund seiner Massenträgheit weiter und spannt dabei die Ventilöffnungsfeder
2b, so daß das Hubventil 1 (und der Anker 4d) dadurch abgebremst werden. Daraufhin
wird die Schließer-Spule 4a zu einem geeigneten Zeitpunkt bestromt (der Strom I für
die Spule 4a ist im I-t-Diagramm in durchgezogener Linie dargestellt), wodurch diese
Spule 4a den Anker 4d einfängt - hierbei handelt es sich um den sog. Fangvorgang -,
und ihn schließlich in der rechtsseitig dargestellten Position "Hubventil geschlossen"
hält. Nachdem der Anker 4d sicher von der Spule 4a gefangen ist, wird in dieser im
übrigen auf ein niedrigeres Haltestrom-Niveau umgeschaltet (vgl. I-t-Diagramm).
[0008] Der umgekehrte Übergang von "Hubventil geschlossen" zu "Hubventil offen" geschieht
ausgehend von der in Figur 1 rechtsseitig dargestellten Position analog durch Ausschalten
des Stromes I in der Schließer-Spule 4a und zeitversetztes Einschalten des Stromes
für die Öffner-Spule 4b. Generell wird dabei für das Bestromen der Spulen 4a, 4b an
diese eine ausreichende elektrische Spannung gelegt, während das Abschalten des elektrischen
Stromes I durch eine Herabsetzung der elektrischen Spannung auf den Wert

Null" initiiert wird. Die notwendige elektrische Energie für den Betrieb jedes Aktuators
4 wird dabei entweder dem Bordnetz des von der zugehörigen Brennkraftmaschine angetriebenen
Fahrzeuges entnommen oder über eine separate, dem Ventiltrieb der Brennkraftmaschine
angepaßte Energieversorgung bereitgestellt. Dabei wird die elektrische Spannung durch
die Energieversorgung konstant gehalten, und der Spulenstrom I der den Brennkraftmaschinen-Hubventilen
1 zugeordneten Aktuatoren 4 durch ein Steuergerät derart gesteuert, daß sich die notwendigen
Kräfte für das Öffnen, Schließen und Halten des bzw. der Hubventile 1 in der jeweils
gewünschter Position ergeben.
[0009] Beim soeben erläuterten Stand der Technik wird der Spulenstrom I während des sogenannten
Fangvorganges, in welchem eine der beiden Spulen 4a, 4b danach trachtet, den Anker
4d einzufangen, vom genannten Steuergerät bzw. von einer Steuereinheit durch Taktung
auf einen konstanten Wert geregelt, der groß genug ist um den Anker 4d unter allen
Bedingungen sicher einzufangen. Nun ist die Kraft der fangenden Elektromagnet-Spule
4a bzw. 4b auf den Anker 4d näherungsweise proportional zum Strom I und umgekehrt
proportional zum Abstand zwischen Spule und Anker. Wird nun - wie im bekannten Stand
der Technik - ein konstanter Strom I eingestellt, so steigt die auf den Anker 4d einwirkende
Magnet-Kraft mit seiner Annäherung an die jeweilige ihn einfangende Spule 4a bzw.
4b umgekehrt proportional zum verbleibenden Spalt, wodurch die Ankerbeschleunigung
und Ankergeschwindigkeit ansteigen. Hieraus resultiert eine hohe Auftreffgeschwindigkeit
des Ankers 4d auf die jeweilige Elektromagent-Spule 4a bzw. 4b, was zum einen einen
hohen Verschleiß im Aktuator 4, zum anderen aber auch eine hohe Geräuschentwicklung
zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil sind die bei der kurz beschriebenen getakteten
Stromregelung auftretenden Umschaltverluste der Transistoren, die eine erhöhte Leistungsaufnahme
und Temperaturbelastung des verwendeten Steuergerätes sowie eine erhöhte elektromagnetische
Abstrahlung in den Zuleitungen der Aktuatoren zur Folge haben.
[0010] Verbesserungen insbesondere im Hinblick auf die Geräuschentwicklung sowie den Aktuatorverschleiß
bringt der aus der eingangs genannten DE 195 30 121 A1 bekannte Stand der Technik.
Hierin ist ein Verfahren zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit eines Ankers
an einem elektromagnetischen Aktuator vorgeschlagen, wobei mit einer Annäherung des
Ankers an die Polfläche der den Anker einfangenden Spule die an dieser anliegende
Spannung auf einen vorgebbaren Maximalwert begrenzt (d.h. im wesentlichen reduziert)
wird, so daß der durch die Spule fließende Strom während eines Teils der Zeit der
Spannungsbegrenzung abfällt. In dieser besagten Schrift ist ferner noch davon die
Rede, daß das Ausmaß der Spannungsbegrenzung bzw. Spannungsreduzierung in einem Kennfeld
festgelegt sein kann, wobei zu vermuten ist, daß die entsprechenden Werte und insbesondere
auch der jeweilige Zeitpunkt, zu welchem diese Spannungsreduzierung einsetzen soll,
auf experimentellem Wege bestimmt werden müssen.
[0011] Demgegenüber weitere Verbesserungen aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
d.h. es soll ein einfach praktikables und dabei effizientes Verfahren zur Reduzierung
der Auftreffgeschwindigkeit eines Ankers eines elektromagnetischen Aktuators nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Fangphase des
Fangvorganges eine Bremsphase anschließt, in welcher bis zum Auftreffen des Ankers
auf die Spule an diese eine getaktete elektrische Spannung angelegt wird, wobei die
jeweiligen Schalt-Zeitpunkte und das Spannungs-Taktverhältnis von einem Regler anhand
einer die Anker-Sollbewegung beschreibenden Solltrajektorie bestimmt werden. Vorteilhafte
Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche, dabei wird in einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung vom Regler zusätzlich zum Spannungs-Taktverhältnis auch
das Vorzeichen des betragsmäßig konstanten Spannungswertes bestimmt, d.h. es wird
getaktet entweder ein positiver oder ein negativer Spannungswert oder der Spannungswert

Null" an die den Anker einfangende Spule angelegt.
[0012] Allgemein wird nach der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die bekannte Stromregelung
oder die ebenfalls bekannte (empirisch festzulegende) Spannungsreduzierung während
des Fangvorganges durch eine Regelung zu ersetzen, welche während der sog. Bremsphase
des Fangvorganges kurz vor einem Auftreffen des Ankers auf der ihn einfangenden Magnetspule
an diese Spule geregelt elektrische Spannung anlegt, und zwar getaktet, wobei die
jeweiligen Schalt-Zeitpunkte für das Abschalten und Zuschalten der elektrischen Spannung
(sowie ggf. zusätzlich deren Vorzeichen) anhand einer die Anker-Sollbewegung beschreibenden
Solltrajektorie bestimmt werden.
[0013] Der Begriff

Trajektorie" ist dem Fachmann für Regelungstechnik bekannt und beschreibt eine Bahnkurve
eines mittels eines Reglers gesteuert zu bewegenden Objektes in einem Zustandsraum,
im vorliegenden Fall also die Bahnkurve des Ankers zwischen den beiden Elektromagnetspulen.
Bevorzugt enthält dabei diese Soll-Trajektorie über bzw. in Abhängigkeit von der Zeit
(wie üblich mit

t" bezeichnet) Werte für die Position des Ankers (im folgenden auch als

Wegkordinate" bezeichnet), für dessen Geschwindigkeit und für die Beschleunigung des
Ankers, d.h. es handelt es sich quasi um eine einfache Wertetabelle, die entweder
fix in einem geeigneten Steuergerät abgelegt sein kann oder in Abhängigkeit von aktuellen
Randbedingungen auf später noch näher erläuterte Weise jeweils individuell berechnet
werden kann. Dabei hat sich sowohl durch Versuche als auch durch Berechnungen gezeigt,
daß es ausreicht, eine derartige Soll-Trajektorie für die Regelung nur in der genannten
Bremsphase vorzusehen, da sich zum Zeitpunkt der Aktivierung der Regelung der sich
noch in der Fangphase bewegende Anker stets in einem derartigen Zustand befindet,
in welchem dessen Position (d.h. die Wegkoordinate), dessen Geschwindigkeit sowie
die Beschleunigung des Ankers in einem im wesentlichen konstanten Verhältnis zueinander
stehen (zumindest im Rahmen der für den beschriebenen Anwendungsfall geforderten Bedingungen).
[0014] In
Figur 2 ist das entsprechende Regelungskonzept als Blockschaltbild dargestellt, wobei der
Regler die Bezugsziffer 10 trägt, und die Regelung anhand der Signale einer die Anker-Sollbewegung
beschreibenden Solltrajektorie 20 erfolgt, und wobei der Regler 10 ferner Signale
eines der Solltrajektorie 20 nebengeordneten Beobachters 11 verarbeitet. Die Ausgangsgröße
des Regelungskonzeptes bzw. des Reglers 10 ist die an der jeweils den Anker 4d (vgl.
hierzu Figur 1) einfangenden Spule 4a bzw. 4b angelegte bzw. anliegende elektrische
Spannung U. Diese Spannung U hat bevorzugt einen betragsmäßig konstanten Wert und
wird vom Regler 10 zeitlich getaktet an die jeweilige Spule 4a bzw. 4b angelegt, wobei
der Regler 10 weiterhin das Vorzeichen der elektrischen Spannung bestimmen kann, d.h.
es wird getaktet entweder ein positiver oder ein negativer Spannungswert oder der
Spannungswert

Null" an die den Anker 4d einfangende Spule 4a oder 4b angelegt.
[0015] Dabei ist die dem Hubverlauf des Hubventiles 1 bzw. Ankers 4d entsprechende Position
des Ankers 4d zwischen den Spulen 4a, 4b durch die Wegkoordinate z - diese wird auf
geeignete Weise gemessen - eine Eingangsgröße des hier beschriebenen Regelungskonzeptes,
welche vom Beobachter 11 weiter verarbeitet wird. Der Einfachheit halber wird dabei
im folgenden die Position des Ankers direkt mit

z" bezeichnet, ohne den erklärenden Begriff

Wegkoordinate" zu verwenden.
Aus dieser Wegkoordinate bzw. Anker-Position z ist im übrigen durch einmalige bzw.
zweimalige Ableitung über der Zeit t die Bewegungsgeschwindigkeit ż des Ankers sowie
die Anker-Beschleunigung z̈ schätzbar bzw. ermittelbar. Der Wert z sowie die daraus
abgeleiteten Großen ż, z̈ werden dabei vom Beobachter 11 ermittelt und als sog. Schätzwerte
21 dem Regler 10 mitgeteilt.
[0016] Im übrigen ist eine weitere Eingangsgröße des hier beschriebenen Regelungskonzeptes,
die vom Beobachter 11 bei der Ermittlung der Schätzwerte 21 verarbeitet wird, der
in den jeweiligen Spulen 4a, 4b (vgl. Fig. 1) ermittelte Stromfluß I (und zwar als
Folge der angelegten Spannung U).
[0017] Die im folgenden erläuterte
Figurenfolge 3a, 3b, 3c, 3d zeigt die einzelnen Phasen der erfindungsgemäßen Regelung während der Fangvorganges
des Ankers 4d durch eine der beiden Spulen 4a, 4b bei einem System nach Figur 1:
Jeweils über der Zeit t ist dabei im oberen Diagramm (Fig.3a) die an die den Anker
einfangende Elektromagnet-Spule angelegte elektrische Spannung U aufgetragen, während
im zweiten Diagramm (Fig.3b) die zugehörige Wegkoordinate z des Ankers 4d (d.h. die
Ankerposition z, die Werte zwischen z = 0 und

annimt) dargestellt ist. In Fig.3a sind dabei die einzelnen erfindungsgemäßen Phasen,
nämlich die Fangphase FP, die Bremsphase BP und die nach dem Auftreffen des Ankers
auf der Spule folgende Haltephase HP gekennzeichnet.
[0018] Was nun den Start der Fangphase FP zum Zeitpunkt t
1 betrifft, zu welchem die den Anker einfangende Spule mit elektrischer Spannung U
beaufschlagt wird, so kann dieser Einschaltzeitpunkt t
1 grundsätzlich innerhalb gewisser Grenzen frei gewählt werden; es muß hierbei lediglich
sichergestellt sein, daß der Anker 4d überhaupt noch eingefangen werden kann. Der
Einfachheit halber wird hier vorgeschlagen, daß die Spannung U dann eingeschaltet
wird, wenn die Ankerposition z einen bestimmten wählbaren Schwellwert überschreitet.
Grundsätzlich kann dieser Schwellwert auch variabel sein, wodurch zusätzliche Randbedingungen
wie z.B. unterschiedliche auf das zu bewegende Hubventil 1 einwirkende äußere Kräfte
(wie insbesondere Gaskräfte) in unterschiedlichen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine
berücksichtigt werden können.
[0019] Erfindungsgemäß und wie in Fig. 3a dargestellt unterteilt der Regler 10 den gesamten
Fangvorgang des Ankers 4d in zwei Phasen, nämlich:
- erstens eine Fangphase FP, und
- zweitens eine sich daran anschließende Bremsphase BP.
An die letzgenannte schließt sich (nach dem Auftreffen des Ankers 4d auf der jeweiligen
Spule 4a bzw. 4b) als drittes die übliche Haltephase HP an, in welcher der Anker 4d,
nachdem er sicher auf die jeweilige Elektromagnet-Spule 4a bzw. 4b aufgetroffen ist,
an dieser gehalten wird. Hierzu wird auf Haltestromregelung umgeschaltet, was wie
dargestellt durch eine getaktete Beaufschlagung der jeweiligen Spule 4a, 4b mit der
(gleichwertigen) elektrischen Spannung U erfolgt.
[0020] Zurückkommend zur erfindungswesentlichen Bremsphase BP wird in dieser nach der bekannten
Fangphase FP zum Zeitpunkt t
2 zunächst die Spannungsversorgung der jeweiligen, den Anker 4d einfangende Spule 4a
bzw. 4b unterbrochen, wodurch diese Bremsphase BP gestartet wird, in welcher dann
die betragsmäßig konstante elektrische Spannung U getaktet und bevorzugt vorzeichenvariabel
an die betreffende Spule 4a, 4b angelegt (und somit ein Stromfluß I initiiert) wird.
Die jeweiligen Zeitpunkte für das Abschalten und Zuschalten der betragsmäßig konstanten
Spannung U (d.h. das sog. Spannungs-Taktverhältnis) sowie hier zusätzlich das Vorzeichen
der Spannung U (d.h. die Auswahl zwischen einem negativen oder einem positiven Spannungswert)
werden dabei vom Regler 10 bestimmt.
[0021] Die Funktion des Reglers 10 läßt sich nun wie folgt beschreiben:
Zur Erzielung einer gewünschten Reduktion seiner Auftreffgeschwindigkeit auf der jeweiligen
ihn einfangenden Spule 4a bzw. 4b muß der Anker 4d (vgl. Fig.1) bereits in seiner
Flugphase, d.h. vor dem eigentlichen Auftreffen, geregelt abgebremst werden, und zwar
in der sog. Bremsphase BP. Allerdings sollte diese Bremsphase BP die Öffnungs- und
Schließzeit des vom Aktuator 4 betätigen Brennkraftmaschinen-Hubventiles 1 nicht mehr
als nötig verlängern.
[0022] Für den Entwurf eines diesen Anforderungen gerecht werdenden Reglers 10 sind nun
geeignete Zustandsgrößen für die Ankerbewegung auszuwählen. Bevorzugt wird hier neben
der Ankerposition z und der Anker-Geschwindigkeit ż, die durch sich grundsätzlich
durch zeitliche Differenzierung der Ankerposition z ermitteln laßt, die Ankerbeschleunigung
z̈ als dritte Zustandsgroße gewählt, da sie als direkte Ableitung der Ankergeschwindigkeit
ż ebenfalls eine leicht interpretierbare Größe darstellt. Prinzipiell kann die Regelung
aber auch mit anderen Zustandsgrößen aufgebaut werden.
[0023] Während der Bremsphase BP kann nun der Regler 10 zur Ausführung seiner gewünschten
Funktion, nämlich den Anker 4d möglichst weich und ruckfrei auf der jeweiligen ihn
einfangenden Elektromanet-Spule 4a, 4b aufsetzen zu lassen, auf eine sogenannte Solltrajektorie
20 zurückgreifen, welche in Abhängigkeit von der Zeit t miteinander korrelierende
Werte für die Position z, die Geschwindigkeit ż, sowie die Beschleunigung z̈ des
Ankers 4d enthält. Bei dieser Solltrajektorie 20 handelt es sich somit um nichts anderes
als um eine Wertetabelle von Soll-Werten, die in Fig.2 vereinfacht dargestellt ist.
[0024] Falls nun bei Betrieb des elektromagnetischen Aktuators 4 die tatsächlichen Ist-Werte
für die Position z, die Geschwindigkeit ż, sowie die Beschleunigung z̈ des Ankers
4d zu stark von den Soll-Werten abweichen, so korrigiert dies der Regler 10 durch
geeignetes Zu- oder Abschalten der Spannung U (inklusive einer ggf. erforderlichen
Variation von deren Vorzeichen). Die detaillierte Auslegung des Reglers 10 kann dabei
durch verschiedene Verfahren der linearen und nichtlinearen Regelungstheorie erfolgen
und soll hier nicht näher behandelt werden.
[0025] Was nun die Ermittlung dieser Wertetabelle bzw. der Solltrajektorie 20 betrifft,
so wird vorgeschlagen, diese unter anderem aus der Randbedingung, daß die Beschleunigung
z̈ des Ankers 4d zum Zeitpunkt des Auftreffens auf der jeweiligen Elektromagnet-Spule
4a bzw. 4b den Wert

Null" haben soll, zu berechnen. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß der
Anker 4d ruckfrei auf die Spule 4a bzw. 4b auftrifft. Weitere Randbedingen sind selbstverständlich
die definierte Position des Ankers 4d beim Auftreffen (nämlich

), sowie der dann geltende Wert der Anker-Geschwindigkeit ż= 0 (Null).
[0026] Für die weiteren Erläuterungen wird nun auf
Figuren 3b, 3c, 3d verwiesen. Hier sind abermals über der Zeit t die Position z (Fig.3b), die (gewünschte)
Anker-Geschwindigkeit ż (Fig.3c), sowie die (gewünschte) Anker-Beschleunigung z̈
(Fig.3d) jeweils in der Endphase der Ankerbewegung, d.h. vor dem Auftreffens des Ankers
4d auf der ihn einfangenden Spule 4a bzw. 4b aufgetragen. Dargestellt ist dabei im
wesentlichen der Zeitraum zwischen t
2 (dies ist der Endpunkt der Fangphase FP, zu welchem die Konstant-Spannung abgeschaltet
und der eigentliche Regelvorgang gestartet wird) und dem Aufsetzzeitpunkt t
4, d.h. dargestellt ist im wesentlichen die Bremsphase BP.
[0027] Linksseitig von t
2 liegt somit die Fangphase FP, in welcher sich der Anker 4d auf die ihn einfangende
Spule zubewegt, wobei - wie ersichtlich - die Beschleunigung z̈ in dieser Fangphase
FP nicht nur abnimmt, sondern sogar bereits negative Werte annimmt, da mit dieser
Annäherungsbewegung bspw. an die Spule 4a die zugehörige Rückstellfeder 2b (vgl. Fig.1)
gespannt wird, d.h. der Anker 4d wird in seiner Fluggeschwindigkeit ż durch diese
Rückstellfeder 2b bereits abgebremst.
[0028] Zum Zeitpunkt t
2 setzt nun der eigentliche Regelungsvorgang ein, d.h. die Bremsphase BP wird gestartet.
Diese Bremsphase BP soll nun durch den Regler 10 in idealer Weise derart gestalten
werden, daß ein sanftes Aufsetzen des Ankers 4d auf der Spule 4a (bzw. 4b) erfolgt,
d.h. im Aufsetzzeitpunkt t
4 muß die Beschleunigung z̈ wieder vom Wert

Null" sein.
[0029] Wie das z̈-t-Diagramm von Fig.3d zeigt, läßt sich dieser ideale und somit gewünschte
Beschleunigungsverlauf zwischen einem Zeitpunkt t
3 (dieser liegt später als t
2) und dem Aufsetzzeitpunkt t
4 sehr gut durch eine Gerade und zwischen den Zeitpunkten t
2 und t
3 durch eine Parabel annähern. Für t
3 < t
4 gelten daher die folgenden Zusammenhänge:

Die Formeln für ż(t) und für z(t) ergeben sich dabei aus einer zeitlichen Integration
der Beschleunigung z̈(t) unter Berücksichtigung der relevanten Randbedingungen, wobei

j" eine Konstante ist.
[0030] Weiterhin werden für t
2 < t < t
3 die folgenden Zusammenhänge angesetzt:

Die Konstanten z
0, ż
0, α
0, α
1 und α
2 sind dabei aus den Stetigkeitsbedingungen für z̈, ż und z zum Zeitpunkt t
3 zu bestimmen, wobei zwei von diesen Konstanten frei gewählt werden können. Bevorzugt
können die Werte für α
0 sowie die Lage des Scheitelpunktes der besagten Parabel (beim Zeitpunkt t
s) innerhalb gewisser Grenzen beliebig gewählt werden.
[0031] Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß es nicht unbedingt erforderlich ist,
die besagte Solltrajektorie so wie hier durch jeweils ein Stück einer Geraden sowie
einer Parabel darzustellen. Genausogut können andere mathematisch-geometrische Funktionen,
wie bspw. Polynome, eine Sinusfunktion oder ähnliches verwendet werden.
[0032] Wie sich aus der bisherigen Beschreibung ergibt, benötigt der Regler 10 für die Durchfuhrung
seiner Funktion drei Zustandsgrößen und zwar bevorzugt die Anker-Position z, die Bewegungsgeschwindigkeit
ż des Ankers 4d sowie die Anker-Beschleunigung z̈. Grundsätzlich ist es möglich,
diese Zustandsgrößen über geeignete Sensoren zu messen. Um jedoch Sensoren einzusparen
oder kostspielige Sensoren durch kostengünstige Sensoren zu ersetzen, können zumindest
zwei dieser Zustandsgrößen auch durch einen sog. Beobachter 11 rekonstruiert werden,
der in Zusammenhang mit Fig.2 bereits kurz angesprochen wurde.
[0033] In diesem Beobachter 11 ist dem Aktuator 4 ein Aktuatormodell parallel geschaltet,
das mit einer für den Aktuator 4 wesentlichen Ist-Größe, nämlich mit der Größe des
in der jeweilige Spule 4a, 4b festgestellten Stromflusses I gespeist wird. In diesem
Beobachter 11 kann die auf dieser Basis geschätzte Ankerposition mit der tatsächlichen
gemessenen und dem Beobachter 11 zusätzlich als Eingangsgröße übermittelten Ankerposition
z verglichen werden, und die Differenz hieraus kann dann über eine Korrekturfunktion
auf die Größen bzw. sog. Zustandsgrößen des Aktuatormodells zurückgekoppelt werden.
Bei einem Modellfehler oder bei einer fehlerhafter Schätzung der Anfangszustände gleicht
der Beobachter 11 aufgrund der darin enthaltenen Korrekturfunktion die geschätzten
Werte für (hier) die Anker-Position z, die Bewegungsgeschwindigkeit ż des Ankers
4d sowie die Anker-Beschleunigung z̈ den tatsachlichen Werten hierfür an. (Dabei sei
nochmals darauf hingewiesen, daß abweichend von der vorliegenden Erläuterung alternativ
zu den genannten Werten z, ż, z̈ auch andere geeignete Größen bzw. Zustandsgrößen
zur Charakterisierung des Aktuatorzustandes herangezogen werden können.)
Die Auslegung der soeben genannten Korrekturfunktion kann dabei durch verschiedene
Verfahren der linearen oder nichtlinearen Regelungstheorie erfolgen und soll hier
nicht näher behandelt werden.
[0034] Ehe vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben werden, werden zunächst
im folgenden die signifikanten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, resultierend
aus der Verwendung des auf eine Solltrajektorie zurückgreifenden Reglers 10, zusammengefaßt:
Die vorgeschlagene vollständige Zustandsrückführung ermöglicht prinzipiell die Darstellung
beliebig niedriger Auftreffgeschwindigkeiten des Ankers 4d auf der jeweiligen Elektromagnet-Spule
4a bzw. 4b.
Insbesondere ist es möglich, daß der Anker 4d ruckfrei (d.h. mit einer Beschleunigung
z̈ vom Wert

Null" auf die jeweilige Spule auftrifft, so daß die Geräuschbildung durch dieses Auftreffen
im Zeitpunkt t
4 minimiert wird.
Durch die vorab oder in einer geeigneten Steuerelektronik im Hintergrund berechnete
Solltrajektorie wird der Echtzeit-Rechenaufwand während des eigentlichen Regelungsvorganges
gering gehalten.
Dabei erlaubt die Berechnung der Solltrajektorie beim genannten bevorzugten Anwendungsfall
eine Adaption während des Betriebs der Brennkraftmaschine, und zwar in Abhängigkeit
von deren aktuellem Betriebszustand, wie bspw. Drehzahl, Lastmoment, Temperatur, Verschleiß
und mehr.
Ferner wird das Problem der Messung aller benötigten Größen durch den Einsatz des
Beobachters 11 basierend auf den Meßgrößen Ventilhub bzw. Ankerposition z und Spulenstrom
I gelöst.
[0035] Im folgenden wird nun ein derartiges Verfahren zur Bewegungssteuerung eines Aktuatorankers
für die Betätigung eines Brennkraftmaschinen-Hubventiles im Hinblick auf die Erzielung
weiterer Möglichkeiten ergänzt. Demzufolge sind verschiedene Solltrajektorien für
unterschiedliche Bewegungsabläufe des Ankers und/oder des Gaswechsel-Hubventiles vorgesehen.
Dabei wird für die weitere Beschreibung die sog. Solltrajektorie bildlich vereinfacht
alleine durch den gewünschten Bewegungsablauf des des Ankers 4d dargestellt und mit
der Bezugsziffer 20 bzw. 20a, 20b, 20c, .... bezeichnet.
[0036] Mit einer solchen Weiterbildung ist es somit möglich, den Anker 4d sowie das Hubventil
1 nicht nur in gewünschter Weise in deren jeweilige Endpositionen zu überführen, sondern
es sind daneben noch weitere Bewegungsabläufe der genannten Elemente umsetzbar. Beispiele
für mögliche weitere Bewegungsabläufe sind in Form von - wie bereits erwähnt vereinfacht
dargestellten - Solltrajektorien 20a, 20b, 20c in den
Figuren 4, 5 gezeigt, wobei jeweils über der Zeit t der Verlauf der Wegkoordinate z des Ankers
4d ähnlich der Darstellung der Solltrajektorie 20 in
Figur 1 abgebildet ist.
[0037] So kann neben einer das Hubventil 1 in seine vollständig geöffnete Position führenden
Solltrajektortie 20a (vgl.
Fig.4) zumindest eine in
Figur 5 gezeigte, das Hubventil 1 nur teilweise öffnende Solltrajektorie 20b vorgesehen sein.
Dabei unterscheidet sich die Darstellung nach
Figur 5 von derjenigen der
Figuren 1, 4 dadurch, daß in
Fig.5 eine Öffnungs- und eine Schließbewegung des Hubventiles 1 gezeigt ist, d.h. die Zeitachse
(t) erstreckt sich über eine längere Zeitspanne als in den
Figuren 1, 4. Bevorzugt kann dabei (wie dargestellt) das Hubventil 1 durch die dieses nur teilweise
öffnende Solltrajektorie 20b nahe seiner Schließposition gehalten werden, d.h. die
Wertänderung der Wegkoordinate z des das Hubventil 1 betätigenden Ankers 4d ist relativ
gering, so daß ausgehend vom geschlossenen Hubventil 1 bzw. ausgehend von

(d.h. der Anker 4d liegt an der Schließer-Spule 4a an) lediglich der geringe Anker-Hub

bzw. die Wegkoordinate z
3 erreicht wird.
[0038] Mit einer derartigen Solltrajektorie 20b kann seitens des genannten Reglers somit
eine Schwebeposition des Ankers 4d in einer quasi fiktiven Endlage eingestellt werden,
in welcher der Anker 4d zumindest geringfügig von der ihn zuvor freigebenden Schließer-Spule
4a beabstandet bleibt. Somit wird bspw. bei einer Öffnungsbewegung des Hubventiles
1 nicht die Öffner-Spule 4b (vgl. hierzu auch
Fig.1), sondern eine fiktive Endlage, nämlich

des Ankers 4d in der Nähe der Schließer-Spule 4a angefahren, die bspw. einem minimalen
Ventilhub des Hubventiles 1 von ca. 1 mm bis 2 mm entspricht. Wird der Anker 4d und
somit das Hubventil 1 in einer derartigen Position (bspw. z
3) in der Schwebe gehalten, so führt dies bei der dementsprechenden Betätigung eines
Brennkraftmaschinen-Einlaßventiles zu einer verbesserten Gemischaufbereitung und im
Falle einer Betätigung des Brennkraftmaschinen-Auslaßventiles zur Optimierung der
Ladungsbewegung, wie dies dem Fachmann für Brennkraftmaschinen grundsätzlich bekannt
ist.
[0039] Weiterhin kann insbesondere für den Schließvorgang des Hubventiles 1 eine den Anker
4d zumindest kurzfristig geringfügig von der entsprechenden Elektromagnetspule bzw.
Schließer-Spule 4a beabstandet haltende Solltrajektorie 20c vorgesehen sein. Wie
Figur 4 zeigt, soll hierbei wieder ausgehend von

zunächst ein Anfahren einer ersten Quasi-Endlage des Ankers 4d erfolgen, die durch

definiert ist und in welcher der Anker 4d zumindest geringfügig von der ihn einfangenden
Spule 4a beabstandet bleibt, wonach eine zweite Anker-Endlage angefahren wird, die
dessen mechanischer Endlage, nämlich

entspricht. Hiermit ist quasi ein elektronischer Ventilspielausgleich im Hubventiltrieb
der Brennkraftmaschine möglich. Demzufolge wird bei einem Schließvorgang des Brennkraftmaschinen-Hubventiles
1 der Ankers 4d zunächst zur Position z
2 hinbewegt, die dem Aufsetzen des Hubventils 1 auf seinem Ventilsitz 30 (vgl.
Fig.1) entspricht. Anschließend daran wird der Anker 4d in die Position z
1 bewegt, die seiner eigenen mechanischen Endlage entspricht, in welcher er also an
der Schließer-Spule 4a zum Anliegen kommt.
Im übrigen kann dann bei einem darauffolgenden Öffnen des Hubventils 1 zunächst eine
erste Quasi-Endlage des Ankers 4d entsprechend dem Ventilspiel (d.h. abermals die
Position

) angefahren werden und anschließend daran eine zweite Endlage, die der mechanischen
Endlage des Ankers 4d an der Öffner-Spule 4b entspricht (nämlich

), so daß der Anker 4d aufgrund bzw. nach Überwindung des Ventilspieles in der Position
z
2 möglichst sanft auf den Schaft des Hubventiles 1 auftrifft.
[0040] Statt der mechanischen Endlagen des Ankers 4d an den Elektromagnetspulen 4a, 4b können
im übrigen generell fiktive oder sog. Quasi-Endlagen des Ankers 4d (zwischen z
0 und z
1 liegend) angefahren werden, d.h. es sind hier figürlich nicht dargestellte Solltrajektorien
vorgesehen, die das Hubventil 1 bspw. in dessen Endpositionen bewegen und dabei den
Anker 4d von der jeweiligen Elektromagnetspule 4a oder 4b beabstandet halten. Hierdurch
wird somit eine sog. Schwebeposition des Ankers 4d in einer fiktiven oder Quasi-Endlage
eingestellt, in welcher der Anker 4d zumindest geringfügig von der ihn einfangenden
Spule 4a bzw. 4b beabstandet bleibt. Somit wird anstelle der mechanischen Endlage
des Ankers 4d beim Öffnen und/oder beim Schließen des Hubventiles 1 eine fiktive Endlage
vor der jeweiligen Elektromagnet-Spule 4a bzw. 4b angefahren, und der Anker in dieser
Zwischenposition durch den eingangs genannten, die entsprechende Solltrajektorie verarbeitenden
Regler in der Schwebe gehalten. Da dann kein Auftreffen des Ankers 4d auf der jeweiligen
Spule 4a bzw. 4b stattfindet, wird hierdurch die Geräuschentwicklung im Ventiltrieb
erheblich reduziert.
[0041] Wie bereits eingangs erläutert, werden diese verschiedenen Solltrajektorien 20, 20a,
20b, 20c, .... in einem elektronischen Regler verarbeitet, der eine dementsprechende
Beaufschlagung der jeweiligen Elektromagnetspule 4a und/oder 4b mit einem geeigneten
Spannungs-Taktverhältnis veranlaßt. Um eine hohe Robustheit dieses Reglers zu gewährleisten,
werden sämtliche vorgesehenen Solltrajektorien 20, ..... als eine Menge von Betriebszuständen
definiert, in denen das geregelte System, nämlich der elektromagnetische Ventiltrieb
für das Gaswechsel-Hubventil 1, das gewünschte Verhalten aufweist. Nun muß dafür gesorgt
werden, daß dieses betrachtete System entsprechend der jeweils gewünschten Solltrajektorie
in den gewünschten Betriebszustand gebracht wird und diesen bis zum Abschluß des jeweiligen
Bewegungsablaufes auch nicht mehr verläßt. Dies kann unter geeigneten Voraussetzungen
durch ein unstetiges Stellsignal analog zu einem Zweipunktregler erreicht werden.
Unter gewissen Voraussetzungen können die gewünschten Betriebszustände unabhängig
von Abweichungen oder Störungen gewählt werden, so daß das geregelte System weitgehend
unabhängig von Abweichungen und Störungen ist.
[0042] Im folgenden die signifikanten Vorteile dieses Verfahrens zusammengestellt, welches
einen auf verschiedene Solltrajektorien 20, 20a, 20b, 20c, .... zurückgreifenden Reglers
verwendet:
Die vorgeschlagene vollständige Zustandsrückführung ermöglicht bereits prinzipiell
die Darstellung beliebig niedriger Auftreffgeschwindigkeiten des Ankers 4d auf der
jeweiligen Elektromagnet-Spule 4a bzw. 4b. Wenn jedoch der Anker 4d überhaupt nicht
mehr auf den jeweiligen Spulen 4a, 4b aufsetzt, verschwindet das damit verbundene
Aufsetzgeräusch vollständig. Weiterhin werden die durch das Aufsetzen ansonsten verursachten
Verschleißerscheinungen weitgehend eliminiert.
Innerhalb gewisser Grenzen, die u.a. auch durch die Rückstellfedern 2a, 2b und durch
die magnetische Auslegung insgesamt bestimmt werden, kann der Hub des Aktuators 4
und somit auch des Hubventiles 1 beliebig eingestellt und für jeden einzelnen Öffnungs-
und Schließvorgang verändert werden.
[0043] Schließlich kann auf den ansonsten bei einem mechanischen Brennkraftmaschinen-Hubventiltrieb
erforderlichen hydraulischen Ventilspielausgleich verzichtet und das (vorhandene,
da stets erforderliche) Ventilspiel elektromagnetisch ausgeglichen werden.
[0044] Allgemein ausgedrückt wurde bisher beschrieben, daß der Anker des elektromagnetischen
Aktuators hinsichtlich seiner Bewegung derart gesteuert wird, daß die an der dem Anker
näherliegenden und folglich bestromten Spule anliegende elektrische Spannung getaktet
geregelt wird und das Spannungs-Taktverhältnis von einem Regler anhand einer die Anker-Sollbewegung
beschreibenden Solltrajektorie bestimmt wird. Dabei können der Regler und/oder die
Solltrajektorien an unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine angepaßt
sein. Es wurde auch bereits erwähnt, daß die Berechnung der Solltrajektorie eine Adaption
auch während des Betriebs der Brennkraftmaschine erlaubt, und zwar in Abhängigkeit
von deren aktuellen Betriebszustand, wie bspw. Drehzahl, Lastmoment, Temperatur, Verschleiß
und mehr. Tatsächlich hängt nämlich das dynamische Verhalten des Aktuators insbesondere
aufgrund der auf das Gaswechsel-Hubventil einwirkenden Gaskräfte wesentlich vom Lastzustand
und von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ab. Außerdem können Änderungen der Bauteil-Temperaturen
und insbesondere der Temperatur des Brennkraftmaschinen-Schmieröles sowie allgemein
Verschleißerscheinungen zu einer Veränderung der mechanischen Eigenschaften des Aktuators
führen.
[0045] Im folgenden wird nun aufgezeigt, wie zumindest eine der genannten Anpassungen auf
besonders effiziente Weise durchgeführt werden kann. Demnach kann insbesondere die
Anpassung an unterschiedliche Brennkraftmaschinen-Betriebszustände hinsichtlich ihrer
Art vorab anhand eines numerischen Optimierungsalgorithmus erfolgen und in einer elektronischen
Steuereinheit abgelegt sein. Ferner kann eine zusätzliche Anpassung des Reglers und/oder
der Solltrajektorien an sich ändernde äußere Randbedingungen bei Betrieb der Brennkraftmaschine
in einem zumindest zeitweise ablaufendem Hintergrundprozeß erfolgen.
[0046] Die Anpassung an unterschiedliche Brennkraftmaschinen-Betriebsbedingungen soll somit
vorab erfolgen, so daß das Ergebnis dieser Anpassung in einer elektronischen Steuereinheit
fix abgelegt werden kann. In Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine
arbeitet dann der Regler mit der entsprechenden Anpassung bzw. greift auf eine diesem
Betriebszustand angepaßte Solltrajektorie zurück. Die Tatsache der Vorab-Anpassung
besagt dabei, daß diese Anpassung anhand von Simulationen und/oder anhand von Prüfstands-Messungen
durchgeführt werden kann.
[0047] Grundsätzlich wird für diese Anpassung die Verwendung eines numerischen Optimierungsalgorithmus
vorgeschlagen. Insbesondere soll der gesamte Regelungsprozeß für die Anker-Bewegung
anhand zumindest eines geeigneten Gütekriteriums optimiert werden. Ein Beispiel für
ein derartiges Gütekriterium ist die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf die ihn
aktuell einfangende Elektromagnet-Spule, oder die Anker-Beschleunigung im Zeitpunkt
des Auftreffens.
[0048] Insbesondere die Anpassung an sich ändernde Randbedingungen soll jedoch bei Betrieb
der Brennkraftmaschine in einem zumindest zeitweise ablaufenden Hintergrundprozeß
erfolgen. Hierbei ist sicherzustellen, daß von der entsprechenden elektronischen Steuereinheit
eine ausreichende Rechenkapazität zur Verfügung gestellt wird um diese sog. laufende
Adaption zu ermöglichen.
[0049] Durch die zusätzlich vorgeschlagenen Maßnahmen wird somit ein Betrieb der Regelung
bzw. des Bewegungssteuerungs-Verfahrens für den Aktuator auch bei verschiedenen Betriebszuständen
der Brennkraftmaschine sichergestellt. Darüberhinaus wird eine Veränderung der mechanischen
Eigenschaffen aufgrund äußerer Einflüsse in der Regelung berücksichtigt. Jedoch kann
dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend von der obigen Beschreibung
gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste:
[0050]
- 1
- Hubventil
- 2a
- Ventilschließfeder = (erste) Rückstellfeder
- 2b
- Ventilöffnungsfeder = (zweite) Rückstellfeder
- 3
- Ventilspielausgleichselement
- 4
- Aktuator
- 4a
- Elektromagnet-Spule = Schließer-Spule
- 4b
- Elektromagnet-Spule = Öffner-Spule
- 4c
- Stößelstange
- 4d
- Anker
- 10
- Regler
- 11
- Beobachter
- 20
- Solltrajektorie
- 20a
- Solltrajektorie für 4d, die 1 in die Schließposition bewegt
- 20b
- Solltrajektorie für 4d, die an 1 nur geringen Hub erzeugt
- 20c
- Solltrajektorie für 4d, die das Ventilspiel berücksichtigt
- 21
- Beobachter
- 30
- Ventilsitz (von 1)
- BP
- Bremsphase
- FP
- Fangphase
- HP
- Haltephase
- I
- Stromfluß in 4a, 4b
- U
- elektrische Spannung an 4a, 4b
- t
- Zeit
- t1
- Anfangszeitpunkt der Fangphase FP
- t2
- Endzeitpunkt der Fangphase = Anfangszeitpunkt der Bremsphase BP
- t4
- Aufsetzzeitpunkt des Ankers auf der Spule
- z
- Position des Ankers 4d = Wegkoordinate der Anker-Position
- ż
- Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers 4d
- z̈
- Ankerbeschleunigung
1. Verfahren zur Bewegungssteuerung eines Ankers (4d) eines elektromagnetischen Aktuators
(4), insbesondere zur Betätigung eines Gaswechsel-Hubventiles (1) einer Brennkraftmaschine,
wobei der Anker (4d) oszillierend zwischen zwei Elektromagnet-Spulen (4a, 4b) jeweils
gegen die Kraft zumindest einer Rückstellfeder (2a, 2b) durch alternierende Bestromung
der Elektromagnet-Spulen (4a, 4b) bewegt wird, und wobei mit einer Annäherung des
Ankers (4d) an die zunächst bestromte Spule (4a oder 4b) während des sogenannten Fangvorganges
die an der den Anker (4d) einfangenden Spule (4a, 4b) anliegende elektrische Spannung
(U) reduziert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Fangphase (FP) des Fangvorganges eine Bremsphase
(BP) anschließt, in welcher bis zum Auftreffen des Ankers (4d) auf die Spule (4a,
4b) an diese getaktet elektrische Spannung (U) angelegt wird, wobei die jeweiligen
Schalt-Zeitpunkte und das Spannungs-Taktverhältnis von einem Regler (10) anhand einer
die Anker-Sollbewegung beschreibenden Solltrajektorie (20) bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß getaktet entweder ein betragsmäßig konstanter positiver
oder negativer Spannungswert oder der Spannungswert

Null" an die den Anker (4d) einfangende Spule (4a, 4b) angelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (10) parallel zur Ankerbewegung ermittelte
Schätzwerte (21) für diese mit der Solltrajektorie (20) vergleicht.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Solltrajektorie (20) über der Zeit Werte für den Hub
(z), für die Geschwindigkeit (ż) und für die Beschleunigung (z̈) des Ankers (4d)
enthält.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Solltrajektorie (20) unter anderem aus der Randbedingung,
daß die Beschleunigung (z̈) des Ankers (4d) zum Zeitpunkt des Auftreffens auf der
Elektromagnet-Spule (4a, 4b) den Wert

Null" haben soll, berechnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Solltrajektorien (20a, 20b, 20c, ....) für
unterschiedliche Bewegungsabläufe des Ankers (4d) und/oder des Gaswechsel-Hubventiles
(1) vorgesehen sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß neben einer das Hubventil (1) in seine vollständig geöffnete
Position führenden Solltrajektorie (20a) zumindest eine das Hubventil (1) nur teilweise
öffnende Solltrajektorie (20b) vorgesehen ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Hubventil (1) durch die dieses nur teilweise öffnende
Solltrajektorie (20b) nahe seiner Schließposition gehalten wird.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß für den Schließvorgang des Hubventiles (1) eine den Anker
(4d) zumindest kurzfristig geringfügig von der entsprechenden Elektromagnetspule (4a)
beabstandet haltende Solltrajektorie (20c) vorgesehen ist.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Solltrajektorien (20) vorgesehen sind, die das Hubventil
(1) in dessen Endpositionen bewegen und dabei den Anker (4d) von der jeweiligen Elektromagnetspule
(4a oder 4b) beabstandet halten.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Regler (10) und/oder
der Solltrajektorien (20a, 20b, 20c,...) an unterschiedliche Betriebszustände der
Brennkraftmaschine angepaßt ist/sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Art der Anpassung anhand eines numerischen Optimierungsalgorithmus
vorab erfolgt und in einer elektronischen Steuereinheit abgelegt ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei der Regler (10) und/oder die Solltrajektorien (20a, 20b, 20c) zusätzlich an
sich ändernde äußere Randbedingungen angepaßt wird/werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung bei Betrieb der Brennkraftmaschine in einem
zumindest zeitweise ablaufendem Hintergrundprozeß erfolgt.