ES2296844T3 - Metodo de control para un accionador electromagnetico para el control de una valvula de un motor despues de una posicion de retencion. - Google Patents
Metodo de control para un accionador electromagnetico para el control de una valvula de un motor despues de una posicion de retencion. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2296844T3 ES2296844T3 ES02013307T ES02013307T ES2296844T3 ES 2296844 T3 ES2296844 T3 ES 2296844T3 ES 02013307 T ES02013307 T ES 02013307T ES 02013307 T ES02013307 T ES 02013307T ES 2296844 T3 ES2296844 T3 ES 2296844T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- electromagnet
- force
- actuator body
- value
- actuator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 title 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 21
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 3
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000009495 transient activation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
- H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
- F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
- F01L2009/2105—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids comprising two or more coils
- F01L2009/2109—The armature being articulated perpendicularly to the coils axes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
Abstract
Un método de control para un accionador electromagnético (1) para el control de una válvula (2) de un cilindro de un motor a partir de una condición de contacto, condición de contacto en la que un cuerpo de accionador (4) que acciona la válvula (2) y dispuesto para moverse entre dos electroimanes (8) se mantiene en contacto contra un primer electroimán excitado (8) y contra la acción de al menos un cuerpo elástico (9); el método de control incluye el paso de poner el cuerpo de accionador (4) en contacto contra un segundo electroimán (8) desexcitando el primer electroimán (8) y excitando posteriormente el segundo electroimán (8); caracterizándose el método por incluir el paso de: medir, durante la desexcitación del primer electroimán (8), el valor medio de una fuerza de perturbación (Fd) que actúa en la válvula (2) como resultado de la acción de los gases en el cilindro; y controlar la corriente de excitación (i) suministrada al segundo electroimán (8) como una función del valor medio de la fuerza de perturbación (F d) que actúa durante la desexcitación del primer electroimán (8).
Description
Método de control para un accionador
electromagnético para el control de una válvula de un motor después
de una posición de retención.
La presente invención se refiere a un método de
control para un accionador electromagnético para el control de una
válvula de un motor.
Como es conocido, se están comprobando
actualmente motores de combustión interna del tipo descrito en la
solicitud de patente italiana BO99A000443 presentada el 4 de agosto
de 1999, en los que las válvulas de admisión y escape son movidas
por accionadores electromagnéticos. Estos accionadores
electromagnéticos tienen ventajas indudables, puesto que hacen
posible controlar cada válvula según una ley optimizada para
cualquier condición operativa del motor, mientras que los
accionadores mecánicos convencionales (típicamente árboles de levas)
hacen necesario definir un perfil de elevación de las válvulas que
representa un compromiso aceptable para todas las posibles
condiciones operativas del motor.
Un accionador electromagnético para una válvula
de un motor de combustión interna del tipo descrito anteriormente
incluye normalmente un cuerpo de accionador, que está conectado al
vástago de la válvula y, en condiciones de reposo, es mantenido por
al menos un muelle en una posición intermedia entre dos
electroimanes desexcitados; en la operación, los electroimanes son
controlados de manera que ejerzan alternativamente una fuerza de
atracción de origen magnético en el cuerpo de accionador con el fin
de desplazar este cuerpo de accionador entre las dos posiciones de
contacto límite, que corresponden a una posición de abertura máxima
y una posición de cierre de la válvula respectiva.
Con el fin de desplazar la válvula de la
posición de abertura máxima a la posición cerrada o viceversa, el
cuerpo de accionador tiene que ser desplazado de una posición de
contacto contra un primer electroimán a una posición de contacto
contra un segundo electroimán; para realizar este desplazamiento, el
primer electroimán es desexcitado y el segundo electroimán es
excitado posteriormente con los parámetros de excitación, es decir
con valores de intensidad, duración e instante de comienzo de la
corriente de excitación, dependiendo del punto del motor.
Se ha observado, sin embargo, que en los
accionadores electromagnéticos conocidos del tipo descrito
anteriormente, la posición de contacto contra el segundo
electroimán se alcanza normalmente con una velocidad de impacto
relativamente alta del cuerpo de accionador contra el segundo
electroimán, que produce esfuerzos mecánicos sustanciales en el
accionador electromagnético y un nivel alto de ruido generado por el
accionador electromagnético.
Con el fin de intentar remediar los
inconvenientes antes descritos, se ha propuesto usar un sensor de
posición externo, que proporciona, instante a instante, la posición
exacta del cuerpo de accionador y hace posible controlar
exactamente la posición real del cuerpo de accionador; sin embargo,
los sensores de posición capaces de proporcionar la precisión y
duración de servicio necesarias para uso aprovechable para esta
finalidad no están disponibles en el mercado.
US5905625 A1 describe un método de operar un
accionador electromagnético que tiene un electroimán provisto de
una cara de polo, un inducido que se puede aproximar y alejar de la
cara de polo y un muelle de reposición que ejerce en el inducido
una fuerza de reposición que aleja el inducido de la cara de polo;
el suministro de corriente es controlado de tal manera que al menos
a lo largo de una porción terminal del recorrido de desplazamiento
del inducido durante su acercamiento hacia dicha cara de polo, la
curva de fuerza/tiempo de la fuerza magnética se extienda paralela
y esté por encima de la curva de fuerza/desplazamiento del muelle de
reposición.
US6141201 A1 describe un método de regular la
velocidad de impacto del inducido en un accionador electromagnético
estimando la energía requerida por extrapolación.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un método de control para un accionador
electromagnético para el control de una válvula de un motor, que
carece de dichos inconvenientes y, en particular, es fácil y
económico de realizar.
Por lo tanto, la presente invención se refiere a
un método de control para un accionador electromagnético para el
control de una válvula de un motor según la reivindicación 1.
La presente invención se describirá a
continuación con referencia a los dibujos acompañantes, que muestran
una realización no limitadora de la misma, en los que:
La figura 1 es una vista diagramática, en alzado
lateral y en sección transversal parcial, de una válvula de un motor
y un accionador electromagnético relativo que operan según el método
de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama de un circuito
electromagnético del accionador de la figura 1.
La figura 3 representa gráficos de la curva de
tiempo de algunas magnitudes características del accionador
electromagnético de la figura 1.
En la figura 1, un accionador electromagnético
(del tipo descrito en la solicitud de patente europea EP1087110) se
representa en general por 1 y está acoplado a una válvula de
admisión o escape 2 de un motor de combustión interna de tipo
conocido con el fin de desplazar la válvula 2 a lo largo de un eje
longitudinal 3 de la válvula entre una posición cerrada (conocida y
no representada) y una posición de abertura máxima (conocida y no
representada).
El accionador electromagnético 1 incluye un
brazo oscilante 4 hecho al menos parcialmente de material
ferromagnético, que tiene un primer extremo articulado en un
soporte 5 de manera que sea capaz de oscilar alrededor de un eje de
rotación 6 transversal al eje longitudinal 3 de la válvula 2, y un
segundo extremo conectado por una bisagra 7 a un extremo superior
de la válvula 2. El accionador electromagnético 1 incluye además dos
electroimanes 8 soportados en una posición fija por el soporte 5 de
modo que estén dispuestos en lados opuestos del brazo oscilante 4,
y un muelle 9 acoplado a la válvula 2 y adaptado para mantener el
brazo oscilante 4 en una posición intermedia (representada en la
figura 1) en la que este brazo oscilante 4 está equidistante de las
expansiones polares 10 de los dos electroimanes 8. Según una
realización diferente que no se representa, el muelle 9 acoplado a
la válvula 2 está flanqueado por un muelle de barra de torsión
acoplado a la bisagra dispuesta entre el soporte 5 y el brazo
oscilante 4.
En la operación, una unidad de control 11
controla la posición del brazo oscilante 4, es decir la posición de
la válvula 2, en realimentación y de manera sustancialmente
conocida, en base a las condiciones operativas del motor; la unidad
de control 11 excita en particular los electroimanes 8 por orden
alternativa o simultáneamente para ejercer una fuerza de atracción
de origen magnético en el brazo oscilante 4 con el fin de hacerlo
girar alrededor del eje de rotación 6, desplazando por ello la
válvula 2 a lo largo del eje longitudinal respectivo 3 y entre
dichas posiciones de máxima abertura y cierre (no
representadas).
Como se representa en la figura 1, la válvula 2
está en dicha posición cerrada (no representada) cuando el brazo
oscilante 4 está en contacto en el electroimán superior excitado 8,
está en dicha posición de abertura máxima (no representada) cuando
el brazo oscilante 4 está en contacto en el electroimán inferior
excitado 8, y está en una posición parcialmente abierta cuando
ambos electroimanes están desexcitados y el brazo oscilante 4 está
en dicha posición intermedia (representada en la figura 1) como
resultado de la fuerza ejercida por el muelle 9.
Como se representa en la figura 2, cada
electroimán 8 incluye un núcleo magnético respectivo 12 acoplado a
una bobina correspondiente 13, que recibe de la unidad de control 11
una corriente i(t) que es variable en el tiempo con el fin
de generar un flujo \varphi(t) mediante un circuito
magnético respectivo 14 acoplado a la bobina 13. Cada circuito
magnético 14 está formado en particular por el núcleo relativo 12 de
material ferromagnético, el brazo oscilante 4 de material
ferromagnético y el entrehierro 15 entre el núcleo relativo 12 y el
brazo oscilante 4.
Cada circuito magnético 14 tiene una reluctancia
general R definida por la suma de la reluctancia del hierro R_{fe}
y la reluctancia del entrehierro R_{0} (ecuación [2]); el valor
del flujo \varphi(t) que circula en el circuito magnético
14 está relacionado con el valor de la corriente i(t) que
circula en la bobina relativa 13 por la ecuación [1], en la que N es
el número de vueltas de la bobina 13:
\vskip1.000000\baselineskip
En general, el valor de la reluctancia general R
depende de la posición x(t) del brazo oscilante 4 (es decir,
de la amplitud del entrehierro 15, que es igual, menos una
constante, a la posición x(t) del brazo oscilante 4), y del
valor asumido por el flujo \varphi(t). Dejando aparte
errores despreciables, es decir como una primera aproximación, se
puede considerar que el valor de reluctancia del hierro R_{fe}
depende solamente del valor asumido por el flujo
\varphi(t), mientras que el valor de la reluctancia del
entrehierro R_{0} depende solamente de la posición x(t), es
decir:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Resulta claro por la ecuación [7] que es posible
calcular el valor asumido por la reluctancia del entrehierro
R_{0}, y por lo tanto la posición x(t) del brazo oscilante
4, cuando el valor asumido por el flujo \varphi(t) y el
valor asumido por la corriente i(t) son conocidos; en
particular, una vez que el valor asumido por la reluctancia del
entrehierro R_{0} ha sido calculado, es relativamente simple
obtener la posición x(t) del brazo oscilante 4 cuando las
propiedades estructurales de los circuitos magnéticos 14 son
conocidas.
La relación entre la reluctancia entrehierro
R_{0} y la posición x se puede obtener de forma relativamente
simple analizando las características del circuito magnético 14 (un
ejemplo de un modelo behaviorista del entrehierro 15 se muestra en
la ecuación [9] siguiente). Una vez que la relación entre la
reluctancia entrehierro R_{0} y la posición x es conocida, la
posición x puede ser obtenida a partir de la reluctancia entrehierro
R_{0} aplicando la relación inversa (aplicable usando la ecuación
exacta o un método aproximado de cálculo digital). Las ecuaciones
siguientes resumen lo anterior:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las constantes K_{0}, K_{1}, K_{2},
K_{3} son constantes que se pueden obtener experimentalmente por
medio de una serie de mediciones del circuito magnético 14.
Se apreciará por lo anterior que la posición
x(t) del brazo oscilante 4 puede ser calculada exactamente
solamente cuando el valor asumido por el flujo \varphi(t)
es significativamente no cero, es decir cuando al menos uno de los
electroimanes 8 está excitado; cuando ambos electroimanes 8 están
desexcitados, no es posible calcular la posición x(t) del
brazo oscilante 4.
Como se representa en la figura 3, en el
instante de tiempo en que el electroimán superior 8 es excitado, el
electroimán inferior 8 es desexcitado, y el brazo oscilante 4 está
inmóvil en una posición de contacto contra el electroimán superior
8, posición de contacto que corresponde convencionalmente a un valor
X_{1} de la posición x(t) del brazo oscilante 4; dicha
posición intermedia de reposo corresponde a un valor cero de la
posición x(t) del brazo oscilante 4, y la posición de
contacto contra el electroimán inferior 8 corresponde a un valor
X_{2} de la posición x(t) del brazo oscilante 4. Con el fin
de desplazar el brazo oscilante 4 de la posición de contacto contra
el electroimán superior 8 a la posición de contacto contra el
electroimán inferior 8, es decir con el fin de pasar la válvula 2
de la posición cerrada a la posición de abertura máxima, el
electroimán superior 8 es desexcitado y el electroimán inferior 8 es
excitado posteriormente.
Desde el instante de tiempo to, el electroimán
superior 8 es parcialmente desexcitado por la unidad de control 11
variando la corriente de excitación i(t) suministrada al
electroimán superior 8, tan rápidamente para reducir el flujo
magnético \varphi(t) generado por el electroimán superior 8
de un valor operativo \Phi_{1} a un valor estimado \Phi_{S},
para mantener el flujo \varphi(t) al valor estimado
\Phi_{S} durante un intervalo de tiempo de estimación (incluido
entre los instantes de tiempo t_{2} y t_{3}), y por último
rápidamente para poner a cero el flujo \varphi(t). El valor
estimado \Phi_{S} es más bajo que el valor \Phi_{R} que hace que
el brazo oscilante 4 se separe del electroimán superior 8; por esta
razón, del instante de tiempo t_{1}, en que el flujo
\varphi(t) es más bajo que el valor \Phi_{R}, el brazo
oscilante 4 se separa del electroimán superior 8 y empieza a moverse
hacia el electroimán inferior 8 como resultado de la fuerza elástica
ejercida por el muelle 9.
\newpage
Durante el intervalo de tiempo de estimación, la
unidad de control 11 estima el valor medio de la fuerza de
perturbación F_{d} que actúa en la válvula 2 como resultado de la
acción de los gases en el cilindro (no representado); en particular,
se estima el valor instantáneo de la fuerza de perturbación F_{d}
en una secuencia de N intervalos de tiempo incluidos en el intervalo
de tiempo de estimación (es decir entre los instantes de tiempo
t_{2} y t_{3}), y la media de los N valores instantáneos se
calcula aplicando la ecuación [11];
Con el fin de estimar el valor instantáneo de la
fuerza de perturbación F_{d} en el k-ésimo instante en que el
brazo oscilante 4 está en la posición x_{k}, se aplica la ecuación
[12], en que L_{d} es el trabajo realizado por la fuerza de
perturbación F_{d}:
El trabajo L_{d} realizado por la fuerza de
perturbación F_{d} durante un intervalo predeterminado de tiempo
en que el brazo oscilante 4 se mueve de una posición inicial a una
posición final se calcula aplicando la ecuación [13]:
donde:
- L_{d}
- es el trabajo realizado por la fuerza de perturbación F_{d};
- E_{E}
- es la energía elástica almacenada por el muelle 9;
- E_{k}
- es la energía cinética poseída por el brazo oscilante 4;
- L_{m}
- es el valor logrado por la fuerza electromagnética generada por el electroimán superior 8;
- L_{v}
- es el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento viscoso;
- m
-
\vtcortauna
- k
- es la constante elástica del muelle 9;
- x
-
\vtcortauna
- x_{i}
- es la posición inicial del brazo oscilante 4;
- x_{f}
- es la posición final del brazo oscilante 4;
- v
-
\vtcortauna
- v_{i}
- es la velocidad inicial del brazo oscilante 4;
- v_{f}
- es la velocidad final del brazo oscilante 4;
- F_{m}
- es la fuerza electromagnética generada por el electroimán superior 8;
- F_{b}
- es la fuerza de rozamiento viscoso que actúa en el brazo oscilante 4.
En particular, el valor de la fuerza de
rozamiento viscoso F_{b} que actúa en el brazo oscilante 4 se
calcula como el producto de la velocidad instantánea v(t) del
brazo oscilante 4 y un coeficiente de rozamiento viscoso que es
constante o depende de la temperatura. Durante el intervalo de
tiempo de estimación, el valor del flujo \varphi(t) es
constante e igual al valor de estimación \varphi_{S}; durante el
intervalo de tiempo de estimación, por lo tanto, la fuerza
electromagnética F_{m} generada por el electroimán superior 8 se
calcula con la ecuación [14]:
Se apreciará que el valor de la posición
x(t) del brazo oscilante 4 durante el intervalo de tiempo de
estimación se calcula aplicando la ecuación [10], mientras que el
valor de la velocidad v(t) del brazo oscilante 4 durante el
intervalo de tiempo de estimación se calcula derivando el valor de
la posición x(t) en el tiempo.
Al final del intervalo de tiempo de estimación,
el electroimán superior 8 es desexcitado y, hasta que el electroimán
inferior 8 es activado, la unidad de control 11 calcula el valor de
la posición x(t) del brazo oscilante 4 aplicando la ecuación
[10]; además, la unidad de control 11 también tiene que conocer el
desarrollo en el tiempo de la posición
x(t) del brazo oscilante 4 después de la desexcitación del electroimán superior 8 con el fin de determinar exactamente los parámetros de excitación del electroimán inferior 8 (intensidad, duración e instante de comienzo de la corriente de excitación relativa i(t)) con el fin de hacer que el brazo oscilante 4 impacte contra el electroimán inferior 8 a una velocidad sustancialmente cero.
x(t) del brazo oscilante 4 después de la desexcitación del electroimán superior 8 con el fin de determinar exactamente los parámetros de excitación del electroimán inferior 8 (intensidad, duración e instante de comienzo de la corriente de excitación relativa i(t)) con el fin de hacer que el brazo oscilante 4 impacte contra el electroimán inferior 8 a una velocidad sustancialmente cero.
Para estimar también el desarrollo en el tiempo
de la posición x(t) del brazo oscilante 4 después de la
desexcitación del electroimán superior 8, la unidad de control 11
usa un modelo matemático del sistema mecánico SM incluyendo el brazo
oscilante 4 y el muelle 9, modelo matemático que se resume en la
ecuación [15]:
donde:
- m
-
\vtcortauna
- m(t)
- es la velocidad del brazo oscilante 4;
- x(t)
- es la posición del brazo oscilante 4;
- k
- es la constante elástica del muelle 9;
- x_{0}
- es la posición del brazo oscilante 4 correspondiente a la posición de reposo del muelle 9;
- F_{d}(t)
- Es la fuerza de perturbación;
- F_{b}(t)
- Es la fuerza de rozamiento viscoso.
Con el fin de aplicar la ecuación [15], la
unidad de control 11 tiene que estimar el valor instantáneo de la
fuerza de perturbación F_{d} que actúa en la válvula 2 de la
desexcitación del electroimán superior 8 hasta la excitación del
electroimán inferior 8 usando el valor medio de la fuerza de
perturbación F_{d} calculado durante el intervalo de tiempo de
estimación; en particular, la unidad de control 11 asume que la
fuerza de perturbación F_{d} tiene un recorrido lineal que
disminuye desde el valor medio estimado al valor cero
respectivamente entre el instante en que el electroimán superior 8
está sustancialmente interrumpido y el instante en que el brazo
oscilante 4 entra en contacto contra el electroimán inferior 8.
Dichos parámetros de excitación del electroimán
inferior 8 se calculan con el fin de suministrar al brazo oscilante
4 la energía mecánica de la que carece para llegar a la posición de
contacto deseada con una velocidad de impacto sustancialmente cero
v(t), es decir, para proporcionar al brazo oscilante 4 la
energía disipada durante el desplazamiento en-
tre la posición de contacto contra el electroimán superior 8 y la posición de contacto contra el electroimán inferior 8.
tre la posición de contacto contra el electroimán superior 8 y la posición de contacto contra el electroimán inferior 8.
\global\parskip0.930000\baselineskip
En particular, los parámetros de excitación del
electroimán inferior 8 se calculan como una función de la
estimación de la fuerza de perturbación media F_{dmedia} obtenida
con la ecuación [11]; cuando el valor inicial de la fuerza de
perturbación media F_{dmedia} es conocido y el modelo de
desarrollo de la fuerza de perturbación F_{d} se define (como se
ha mencionado anteriormente, la unidad de control 11 asume que la
fuerza de perturbación F_{d} tiene un recorrido lineal que
disminuye desde el valor medio estimado al valor cero
respectivamente entre el instante en que el electroimán superior 8
está sustancialmente interrumpido y el instante en que el brazo
oscilante 4 entra en contacto contra el electroimán inferior 8), el
trabajo L_{d} realizado por la fuerza de perturbación F_{d} se
puede obtener fácilmente con la ecuación [16] (en la que X_{i} es
la posición inicial y X_{f} es la posición final de acción de la
fuerza de perturbación F_{d}):
Suponiendo que el trabajo realizado por el
electroimán inferior 8 desfasa el trabajo L_{d} realizado por la
fuerza de perturbación F_{d} se obtiene la ecuación [17]:
donde:
- F_{m}
- es la fuerza generada por el electroimán inferior 8 (véase, para referencia, la ecuación [14]);
- \alpha
-
\vtcortauna
- \Phi_{2}
- es el valor constante de flujo magnético \varphi_{2} con el que el electroimán inferior 8 opera normalmente;
- X_{on}
- es la posición del brazo oscilante 4, en la que el electroimán inferior 8 está activado;
- X_{2}
- es la posición final del brazo oscilante 4, en la que el brazo oscilante 4 apoya contra el electroimán inferior 8;
- X_{cost}
- es la posición del brazo oscilante 4, en la que el electroimán inferior 8 alcanza y mantiene el valor de flujo magnético \varphi_{2}.
Resolviendo la ecuación [17] es posible obtener
los valores de los parámetros X_{on} y \varphi_{2} que
caracterizan la excitación del electroimán inferior 8.
El parámetro de control \alpha es necesario
para optimizar la fase sucesiva de control en bucle cerrado del
electroimán inferior 8, de modo que cuando el brazo oscilante 4
llega a la posición de contacto contra el electroimán inferior 8,
tiene lugar el equilibrio de energía definido por ecuación [18] (en
que m es la masa del brazo oscilante 4 y L_{i} son los trabajos
de las fuerzas que actúan en el brazo oscilante 4), es decir el
brazo oscilante 4 impacta en el electroimán inferior 8 con una
velocidad deseada V_{f}:
Según otra realización, los parámetros de
excitación del electroimán inferior 8 se calculan como una función
de la diferencia existente entre una energía elástica E_{E}
estáticamente almacenada por el muelle 9 en la posición de contacto
contra el electroimán inferior 8 (es decir en la posición deseada) y
la energía mecánica E_{M} dinámicamente almacenada en el sistema
mecánico SM; esta energía mecánica E_{M} se calcula aplicando la
ecuación [19] y usando los valores de la posición x(t) y la
velocidad v(t) del brazo oscilante 4 proporcionados por la
resolución de la ecuación [15]:
donde:
- m
-
\vtcortauna
- v(t)
- es la velocidad del brazo oscilante 4;
- k
- es la constante elástica del muelle 9;
- X_{0}
- es la posición del brazo oscilante 4 correspondiente a la posición de reposo del muelle 9.
\global\parskip1.000000\baselineskip
\newpage
Obviamente, cuando el electroimán inferior 8
está excitado y en operación estable (es decir, al final de una
activación transitoria) es posible calcular exactamente, aplicando
la ecuación [10], la posición x(t) del brazo oscilante 4 y,
por lo tanto, controlar en realimentación la posición x(t) y
la velocidad v(t) del brazo oscilante 4 con el fin de
intentar obtener una velocidad de impacto sustancialmente cero
contra el electroimán inferior 8; sin embargo, las posibilidades de
corrección final por medio del control de realimentación son
relativamente modestas y, para que sea realmente eficiente, se tiene
que combinar con el control previo de la excitación del electroimán
inferior 8 descrito anteriormente.
Claims (19)
1. Un método de control para un accionador
electromagnético (1) para el control de una válvula (2) de un
cilindro de un motor a partir de una condición de contacto,
condición de contacto en la que un cuerpo de accionador (4) que
acciona la válvula (2) y dispuesto para moverse entre dos
electroimanes (8) se mantiene en contacto contra un primer
electroimán excitado (8) y contra la acción de al menos un cuerpo
elástico (9);
el método de control incluye el paso de poner el
cuerpo de accionador (4) en contacto contra un segundo electroimán
(8) desexcitando el primer electroimán (8) y excitando
posteriormente el segundo electroimán (8); caracterizándose
el método por incluir el paso de:
- medir, durante la desexcitación del primer electroimán (8), el valor medio de una fuerza de perturbación (F_{d}) que actúa en la válvula (2) como resultado de la acción de los gases en el cilindro; y
- controlar la corriente de excitación (i) suministrada al segundo electroimán (8) como una función del valor medio de la fuerza de perturbación (F_{d}) que actúa durante la desexcitación del primer electroimán (8).
2. Un método según la reivindicación 1, donde,
en base al valor medio de la fuerza de perturbación (F_{d}) que
actúa en la válvula (2) durante la etapa de desexcitación del primer
electroimán (8), el valor de la fuerza de perturbación (F_{d}) se
estima hasta la excitación del segundo electroimán (8).
3. Un método según la reivindicación 2, donde se
supone que la fuerza de perturbación (F_{d}) tiene un recorrido
lineal que disminuye desde el valor medio estimado al valor
respectivamente entre el instante en que el primer electroimán (8)
está sustancialmente interrumpido y el instante en que el cuerpo de
accionador (4) entra en contacto contra el segundo electroimán
(8).
4. Un método según la reivindicación 2 ó 3,
donde los parámetros de excitación del segundo electroimán (8) se
calculan con el fin de proporcionar al cuerpo de accionador (4) la
energía mecánica de la que carece para alcanzar la posición de
contacto contra el segundo electroimán (8) con una velocidad de
impacto sustancialmente cero (v), el cuerpo de accionador (4) está
provisto de la energía disipada durante el desplazamiento entre la
posición de contacto contra el primer electroimán (8) y la posición
de contacto contra el segundo electroimán (8).
5. Un método según la reivindicación 4, donde
los parámetros de excitación del segundo electroimán (8) se calculan
suponiendo que el trabajo realizado por el segundo electroimán (8)
desfasa el trabajo (L_{d}) realizado por la fuerza de perturbación
(F_{d}) según la ecuación siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
- L_{d}
- es el trabajo realizado por la fuerza de perturbación (F_{d});
- F_{m}
- es la fuerza generada por el segundo electroimán (8);
- \alpha
-
\vtcortauna
- x
-
\vtcortauna
- \varphi_{2}
-
\vtcortauna
- \Phi_{2}
- es el valor constante de flujo magnético con el que el segundo electroimán (8) opera normalmente;
- X_{on}
- es la posición del cuerpo de accionador (4), en la que el segundo electroimán (8) está activado;
- X_{2}
- es la posición final del cuerpo de accionador (4), en la que el cuerpo de accionador (4) apoya contra el segundo electroimán (8);
- X_{cost}
- es la posición del cuerpo de accionador (4), en la que el electroimán inferior (8) llega y mantiene el valor de flujo magnético \Phi_{2}.
\newpage
6. Un método según la reivindicación 5, donde el
parámetro de control (\alpha) se calcula suponiendo que el cuerpo
de accionador (4) impacta contra el segundo electroimán (8) a una
velocidad deseada (V_{t}) de tal manera que la suma de los
trabajos de las fuerzas que actúan en el cuerpo de accionador (4)
sea igual a la energía cinética poseída por el cuerpo oscilante
(4).
7. Un método según la reivindicación 2 ó 3,
donde una energía mecánica (E_{M}) dinámicamente almacenada en el
sistema mecánico (SM) formado por el cuerpo de accionador (4) y el
cuerpo elástico (9) es estimada como una función de la fuerza de
perturbación (F_{d}) y los parámetros de excitación del segundo
electroimán (8) se calculan como una función de la diferencia entre
una energía elástica (EE) estáticamente almacenada por el cuerpo
elástico (9) en la posición de contacto y la energía mecánica
(E_{M}) dinámicamente almacenada en el sistema mecánico (SM).
8. Un método según la reivindicación 7, donde,
como una función de la fuerza de perturbación (F_{d}), se estima
una ley de desplazamiento del cuerpo de accionador (4) durante la
etapa entre la desexcitación del primer electroimán (8) y la
excitación del segundo electroimán (8), y la energía mecánica
(E_{M}) dinámicamente almacenada en el sistema mecánico (SM) se
estima como una función de la ley de desplazamiento del cuerpo de
accionador (4).
9. Un método según la reivindicación 8, donde la
ley de desplazamiento es estimada por medio de un modelo matemático
del sistema mecánico, modelo matemático que tiene en cuenta la
acción de la fuerza de perturbación (F_{d}).
10. Un método según la reivindicación 9, donde
el modelo matemático tiene en cuenta la acción de un rozamiento
viscoso que actúa en el cuerpo de accionador (4).
11. Un método según la reivindicación 10, donde
el modelo matemático se define por la ecuación siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
- m
-
\vtcortauna
- v(t)
- es la velocidad del cuerpo de accionador (4);
- x(t)
- es la posición del cuerpo de accionador (4);
- K
- es la constante elástica del cuerpo elástico (9);
- x_{0}
- es la posición del cuerpo de accionador (4) correspondiente a la posición de reposo del cuerpo elástico (9);
- F_{d}(t)
- es la fuerza de perturbación;
- F_{b}(t)
- es la fuerza de rozamiento viscoso.
12. Un método según una de las reivindicaciones
1 a 11, donde el valor medio de la fuerza de perturbación (F_{d})
se calcula durante un intervalo de tiempo de estimación
predeterminado de la etapa de desexcitación del primer electroimán
(8).
13. Un método según la reivindicación 12, donde
un flujo magnético (\varphi) generado por el primer electroimán
(8) se mantiene constante a un valor estimado (\Phi_{S}) calculado
durante el intervalo de tiempo de estimación, siendo este valor
estimado (\Phi_{S}) inferior a un valor (\Phi_{R}) que provoca
la separación del cuerpo de accionador (4) del primer electroimán
(8).
14. Un método según la reivindicación 13, donde
el flujo magnético (\varphi) generado por el primer electroimán
(8) es disminuido rápidamente al valor estimado (\Phi_{S}), se
mantiene constante e igual al valor estimado (\Phi_{S}) durante el
intervalo de tiempo de estimación y por último es disminuido
rápidamente a un valor cero.
15. Un método según una de las reivindicaciones
12 a 14, donde el valor medio de la fuerza de perturbación (F_{d})
se calcula dividiendo el trabajo (L_{d}) realizado por la fuerza
de perturbación durante un período de tiempo predeterminado por el
desplazamiento realizado por el cuerpo de accionador (4) durante
este mismo período de tiempo.
16. Un método según una de las reivindicaciones
12 a 14, donde el valor medio de la fuerza de perturbación (F_{d})
se calcula determinando la media de una serie de valores
instantáneos de la fuerza de perturbación (F_{d}), determinándose
cada valor instantáneo de la fuerza de perturbación (F_{d})
dividiendo el trabajo (L_{d}) realizado por la fuerza de
perturbación durante un intervalo predeterminado de tiempo por el
desplazamiento realizado por el cuerpo de accionador (4) en el mismo
intervalo de tiempo.
17. Un método según la reivindicación 15 ó 16,
donde el trabajo (L_{d}) realizado por la fuerza de perturbación
(F_{d}) durante un intervalo predeterminado de tiempo en que el
cuerpo de accionador (4) se mueve de una posición inicial a otra
final se calcula aplicando la ecuación siguiente:
donde:
- L_{d}
- es el trabajo realizado por la fuerza de perturbación;
- E_{E}
- es la energía elástica almacenada por el cuerpo elástico (9);
- E_{k}
- es la energía cinética poseída por el cuerpo de accionador (4);
- L_{m}
- es el valor logrado por la fuerza electromagnética generada por el primer electroimán (8);
- L_{v}
- es el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento viscoso;
- m
-
\vtcortauna
- k
- es la constante elástica del cuerpo elástico (9);
- x
-
\vtcortauna
- x_{i}
- es la posición inicial del cuerpo de accionador (4);
- x_{f}
- es la posición final del cuerpo de accionador (4);
- v
-
\vtcortauna
- v_{i}
- es la velocidad inicial del cuerpo de accionador (4);
- v_{f}
- es la velocidad final del cuerpo de accionador (4);
- F_{m}
- es la fuerza electromagnética generada por el primer electroimán (8);
- F_{b}
- es la fuerza de rozamiento viscoso.
18. Un método según la reivindicación 17, donde
la fuerza de rozamiento viscoso se calcula como el producto de la
velocidad instantánea del cuerpo de accionador (4) y un coeficiente
constante de rozamiento viscoso.
19. Un método según la reivindicación 17 y la
reivindicación 13, donde la fuerza electromagnética se calcula por
medio de la ecuación siguiente:
donde:
- F_{m}
- es la fuerza electromagnética;
- \Phi_{S}
- es el valor estimado del flujo magnético;
- R_{0}
- es la reluctancia entrehierro del circuito magnético asociado con el primer electroimán (8);
- x
-
\vtcortauna
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ITBO01A0390 | 2001-06-19 | ||
| IT2001BO000390A ITBO20010390A1 (it) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | Metodo di controllo di un attuatore elettromagnetico per il comando di una valvola di un motore a partire da una condizione di battuta |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2296844T3 true ES2296844T3 (es) | 2008-05-01 |
Family
ID=11439435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES02013307T Expired - Lifetime ES2296844T3 (es) | 2001-06-19 | 2002-06-18 | Metodo de control para un accionador electromagnetico para el control de una valvula de un motor despues de una posicion de retencion. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6920029B2 (es) |
| EP (1) | EP1271570B1 (es) |
| BR (1) | BR0202533A (es) |
| DE (1) | DE60223627T2 (es) |
| ES (1) | ES2296844T3 (es) |
| IT (1) | ITBO20010390A1 (es) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10053596A1 (de) * | 2000-10-28 | 2002-05-02 | Daimler Chrysler Ag | Elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes |
| FR2934413B1 (fr) * | 2008-07-24 | 2015-01-02 | Schneider Electric Ind Sas | Actionneur electromagnetique comportant des moyens de controle de fonctionnement autoadaptatifs et procede utilisant un tel actionneur |
| JP5513677B2 (ja) * | 2010-04-20 | 2014-06-04 | アンヤン・アンケ・エレクトリック・カンパニー・リミテッド | パルス電流センサー及び該センサーを有するサージ波記録型雷防護キャビネット |
| US11181052B2 (en) | 2019-09-26 | 2021-11-23 | Setaysha Technical Solutions, Llc | Air-fuel metering for internal combustion reciprocating engines |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3307070C2 (de) | 1983-03-01 | 1985-11-28 | FEV Forschungsgesellschaft für Energietechnik und Verbrennungsmotoren mbH, 5100 Aachen | Stelleinrichtung für ein zwischen zwei Endstellungen verstellbares Schaltelement |
| DE3307683C1 (de) | 1983-03-04 | 1984-07-26 | Klöckner, Wolfgang, Dr., 8033 Krailling | Verfahren zum Aktivieren einer elektromagnetisch arbeitenden Stelleinrichtung sowie Vorrichtung zum Durchfuehren des Verfahrens |
| DE19544207C2 (de) | 1995-11-28 | 2001-03-01 | Univ Dresden Tech | Verfahren zur modellbasierten Messung und Regelung von Bewegungen an elektromagnetischen Aktoren |
| DE19640659B4 (de) * | 1996-10-02 | 2005-02-24 | Fev Motorentechnik Gmbh | Verfahren zur Betätigung eines elektromagnetischen Aktuators mit Beeinflussung des Spulenstroms während der Ankerbewegung |
| DE19807875A1 (de) * | 1998-02-25 | 1999-08-26 | Fev Motorentech Gmbh | Verfahren zur Regelung der Ankerauftreffgeschwindigkeit an einem elektromagnetischen Aktuator durch extrapolierende Abschätzung der Energieeinspeisung |
| WO2000031384A1 (de) * | 1998-11-26 | 2000-06-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum steuern eines elektromechanischen stellantriebs für ein gaswechselventil einer brennkraftmaschine |
| DE19960796C5 (de) * | 1998-12-17 | 2009-09-10 | Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama-shi | Elektromagnetisch betätigbare Ventilsteuervorrichtung und Verfahren zum Steuern eines elektromagnetisch betätigbaren Ventils |
| DE19954416A1 (de) | 1999-11-12 | 2001-05-17 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zum Anschwingen eines elektromagnetischen Aktuators |
| IT1311411B1 (it) * | 1999-11-30 | 2002-03-12 | Magneti Marelli Spa | Metodo per il controllo di attuatori elettromagnetici perazionamento di valvole di aspirazione e scarico in motori a |
| IT1311434B1 (it) * | 1999-12-17 | 2002-03-12 | Magneti Marelli Powertain Spa | Metodo per il controllo di attuatori elettromagnetici perl'azionamento di valvole di aspirazione e scarico in motori a |
| IT1321161B1 (it) * | 2000-03-24 | 2003-12-30 | Magneti Marelli Spa | Metodo per la regolazione di correnti durante fasi di stazionamento inattuatori elettromagnetici per l'azionamento di valvole di |
-
2001
- 2001-06-19 IT IT2001BO000390A patent/ITBO20010390A1/it unknown
-
2002
- 2002-06-18 BR BR0202533-7A patent/BR0202533A/pt not_active IP Right Cessation
- 2002-06-18 US US10/174,323 patent/US6920029B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-06-18 ES ES02013307T patent/ES2296844T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2002-06-18 EP EP02013307A patent/EP1271570B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-06-18 DE DE60223627T patent/DE60223627T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1271570B1 (en) | 2007-11-21 |
| DE60223627T2 (de) | 2008-10-23 |
| US6920029B2 (en) | 2005-07-19 |
| ITBO20010390A0 (it) | 2001-06-19 |
| EP1271570A1 (en) | 2003-01-02 |
| ITBO20010390A1 (it) | 2002-12-19 |
| BR0202533A (pt) | 2003-04-01 |
| US20030052763A1 (en) | 2003-03-20 |
| DE60223627D1 (de) | 2008-01-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3508636B2 (ja) | 電磁駆動吸排気弁の制御装置 | |
| US6681728B2 (en) | Method for controlling an electromechanical actuator for a fuel air charge valve | |
| ES2274834T3 (es) | Metodo y dispositivo para estimular la posicion del cuerpo impulsor en un impulsor electromagnetico para controlar una valvula de un motor. | |
| JP2000049012A (ja) | 電磁アクチュエ―タのア―マチュアの運動制御方法 | |
| US20020158218A1 (en) | Control apparatus and method of electromagnetic valve | |
| ES2296844T3 (es) | Metodo de control para un accionador electromagnetico para el control de una valvula de un motor despues de una posicion de retencion. | |
| EP1098072A1 (en) | A method for the control of electromagnetic actuators for the actuation of intake and exhaust valves in internal combustion engines | |
| US7255074B2 (en) | Linear EMV actuator using permanent magnet and electromagnet | |
| JPH02176285A (ja) | 電磁力バルブ駆動装置 | |
| JP2001313209A (ja) | 電磁アクチュエータの作動方法 | |
| Haskara et al. | Control of an electro‐mechanical valve actuator for a camless engine | |
| US6659422B2 (en) | Control method for an electromagnetic actuator for the control of a valve of an engine from a rest condition | |
| US20020100439A1 (en) | Control method for an electromagnetic actuator for the control of an engine valve | |
| US6497205B2 (en) | Valve control system for electromagnetic valve | |
| EP1152251A2 (en) | Method and device for estimating magnetic flux in an electromagnetic actuator for controlling an engine valve | |
| JPH02176284A (ja) | 電磁力バルブ駆動装置 | |
| JP2002506504A (ja) | 電気機械式調整機器の制御のための方法および装置 | |
| EP1132580A1 (en) | A method for estimating the end-of-stroke positions of moving members of electromagnetic actuators for the actuation of intake and exhaust valves in internal combustion engines | |
| BRPI0205562B1 (pt) | método para estimar a posição e a velocidade de um corpo acionador em um acionador eletromagnético para o controle da válvula de um motor | |
| JP2012219689A (ja) | 内燃機関の動弁装置 | |
| JP2002544434A (ja) | ピストン式内燃機関のガス交換弁を操作する電磁式動弁機構を運転する方法 | |
| JP2003284369A (ja) | Ｅｍｖａアマチュアの位置および速度を推定する方法 | |
| JP2005201087A (ja) | 電磁駆動弁の制御システム | |
| JPH09222005A (ja) | 内燃機関の電磁弁駆動装置 | |
| BRPI0202533B1 (pt) | Method of control of an electromagnetic actuator of a motor valve |