CN102171420B - 气门机构 - Google Patents

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Abstract

本发明基于一种特别是用于发动机的气门机构，所述气门机构具有控制单元(10a；10b)，所述控制单元设置成，监测切换单元(11a；11b)的切换过程，所述切换单元被设置成借助切换滑槽(13a；13b)切换能轴向移位的凸轮件(12；12b)。本发明提出，控制单元(11a；11b)设置成，考虑电压积分(14a；14b)的至少一个特征量。

Description

气门机构
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的气门机构(Ventiltriebvorrichtung)。
背景技术
由DE 10 2004 030 779 A1已知特别是用于发动机的、具有控制单元的气门机构，所述气门机构设置成监测切换单元的切换过程，所述切换单元设置成借助切换滑槽(Schaltkulisse)来切换能轴向移位的凸轮件。
发明内容
本发明的目的特别是在于，降低切换过程监测的错误可能。根据本发明，所述目的通过独立权利要求的特征来实现。其它设计方案由从属权利要求给出。
本发明基于特别是用于发动机的气门机构，所述气门机构具有切换单元和一控制单元，所述切换单元包括带有电磁单元的致动器，所述控制单元设置成监测切换单元的切换过程，所述切换单元设置成借助切换滑槽来切换能轴向移位的凸轮件。
(本发明)提出：控制单元为监测切换单元的而设置成考虑切换过程中在切换单元的线圈中感生的电压的电压积分的至少一个特征量，并参照一存储在控制单元中的特征量限值来设定所述特征量。通过根据本发明的设计方案，使得由控制单元对切换过程的监测与单独的电压值无关，由此能降低所述监测的错误可能。特别是通过求得电压积分的特征量而使监测仅与初始状态和结束状态相关，与在初始状态和结束状态之间的历程无关，由此，例如干扰电压尖峰引起错误的可能性很小。“控制单元”特别是应理解成具有存储器和存储在存储器中的工作程序的处理单元。
“设置”特别是应理解成专门地进行设计、配置和/或编程。此外，“电压积分”特别是应理解成对在切换过程中由切换单元产生的电压的积分。“监测切换过程”特别是应理解成，监测所设置的切换过程的无错误实施。控制单元特别是应设置成，监测一切换过程，在所述切换过程中切换销由切换销移出的切换位置移动到切换销移回的基位置。
此外，“特征量”应理解成一能通过控制单元确定的量，电压积分的值直接或间接地与所述量相关，例如借助电容器确定的流动电荷量或者由电压曲线计算出的特征量。在此，特征量特别是可以近似地确定，例如在数学上通过求和来近似电压积分。“监测切换单元”应特别是理解成，通过控制单元监测切换单元的不希望的切换过程，如不希望的移出和/或移入。
此外(本发明)提出：控制单元设置成，对至少两个在时间上分开的电压值求和以用于特征量。通过对至少两个值求和，能特别简单地确定电压积分的特征量。在此，原则上可以仅借助加法来计算特征量。而原则上也可以结合加法和乘法，例如为各个加法项加权。
优选地，被求和的电压值的数量明显多于两个，因为精度随着电压值的数量而提高。在此，“电压值”特别是应理解成与切换单元在特定时刻产生的电压相对应的参数。
优选地，控制单元设置成，监测移回切换过程。由此能避免由于错误的返回切换过程引起的故障。此外，基于错误的移回切换过程能推断出错误的移出切换过程，所以控制单元还能识别出错误的移出切换过程。在此，“移回切换过程”特别是应理解成一切换过程，其中使所述切换单元从切换位置切换到中性位置(非作用位置)。在此，特别是通过切换滑槽来对切换单元进行切换。移出切换过程特别是应理解成从基位置到切换位置的主动切换过程。
在本发明的一种有利设计方案中提出：控制单元在至少一个工作模式中设置成，与时间相关地确定特征量。与时间相关地进行确定使得特征量的确定特别简单。由此，特别是在测量时间足够长时，特征量的值与切换过程的随时间变化的历程无关。在此，“与时间相关地确定”特别是应理解成，所述控制单元设置成以预定的时间间隔确定电压值。
在本发明的一种有利设计方案中提出：控制单元在至少一个工作模式中设置成，与角度相关地确定特征量。在此，“与角度相关地确定”特别是应理解成，控制单元设置成，以凸轮件和/或凸轮轴的预定转角间距来确定电压值。由此能避免复杂地执行与时间相关的确定，从而能进一步降低错误可能。原则上还可以考虑与角度相关和与时间相关地进行确定，例如在低于凸轮轴和/或凸轮件的一界限转速时与角度相关地进行确定，而在高于该极限转速时与时间相关地进行确定。
优选地，控制单元设置成，确定一规定的区间(周期)。由此，能简单地规定所述确定的结束点。在此“规定的区间”应理解成如下的区间，在该区间开始时便规定该区间的结束点。
特别有利的是，区间长度与时间相关。由此能避免不必要的长度的确定，所述确定例如可能会由于接下来的切换过程而存在错误。
同样有利的是，所述区间具有与角度相关的区间长度。由此，使区间长度能有利地与滑槽道的构型相协调。原则上，区间长度也可以与时间相关和与角度相关，例如一区间覆盖一预定的角度范围和一预定的时间范围，该预定的时间范围例如紧随在该角度范围后。
在本发明的一种有利设计方案中，控制单元设置成，参照一特征量限值来设定特征量，所述特征量限值与切换速度无关。由此可以不必复杂地确定特征量限值。与切换速度无关的“特征量限值”特别是应理解成一与凸轮件的转速无关和/或与润滑剂温度无关的特征量限值。在此，切换速度特别是与转速和润滑剂温度相关。
此外(本发明)提出：控制单元设置成，监测所述切换单元。“监测切换单元”特别是应理解成，关于不非预定的切换过程、例如无意的移出和/或移回，控制单元监测所述切换单元。由此，能避免由非预定的切换过程引起的故障。
在本发明的一种有利设计方案中提出：所述控制单元具有至少一个积分电路。在此，“积分电路”特别是应理解成一电路，借助所述电路能利用硬件确定所述特征量，例如具有电容器的电路，所述电容器被充电从而提供所述特征量。通过这种实施方式，可以使用具有特别简单的硬件的控制单元。
附图说明
其它优点由下面对附图的描述给出。本发明的两个实施例在附图中示出。附图、说明书和权利要求书包含组合的多个特征。本领域技术人员也可以有目的地单独考虑这些特征、以及将这些特征组合成合适的其它组合。
在附图中，
图1示出具有切换单元和控制单元的气门机构，
图2示出一图表，所述图表示出切换单元的特性以及通过切换单元产生的电压关于时间的曲线，
图3示出一图表，所述图表示出对于第一转速，通过切换单元产生的电压关于时间的曲线，
图4示出一图表，所述图表示出对于第二转速，通过切换单元产生的电压关于时间的曲线，和
图5示出具有切换单元和可选的控制单元的气门机构。
具体实施方式
图1示出了用于发动机的气门机构。该气门机构具有一凸轮件12a，该凸轮件12a以能轴向移位但不能相对转动的方式设置在凸轮轴15a上。借助切换单元11a和切换滑槽13a使凸轮件12a移位。该切换滑槽13a具有一设计成槽的滑槽道(Kulissenbahn)16a。
切换单元11a具有致动器17a和切换部件18a。切换部件18a部分设计成切换销19a，该切换销19a在切换部件18a的切换位置中移出。在该切换位置中，切换销19a接合到切换滑槽13a的滑槽道16a中。
使切换部件18a移动的致动器17a具有一电磁单元20a。电磁单元20a包括一设置在电磁单元的定子22a中的线圈21a。借助该线圈21a能产生一磁场，该磁场与设置在切换部件18a中的永磁体23a相互作用。由此能使具有切换销19a的切换部件18a移出。一芯24a增强通过电磁单元20a产生的磁场。
如果线圈21a不通电，则永磁体23a与周围材料相互作用。在中性位置中，永磁体23a特别是与电磁单元20a的芯24a相互作用，该芯24a由可磁化的材料制成。在切换位置中，永磁体23a与致动器17a的定子22a相互作用。在不通电的工作状态下，永磁体23a使切换部件18a稳定在切换位置或中性位置中。切换单元11a设计成双稳系统，该双稳系统在不通电的状态下朝向切换位置或中性位置偏移。
在给电磁单元20a通电的工作状态下，永磁体23a与电磁单元20a的场相互作用。在此，根据永磁体23a和电磁单元20a的极性/极化，能实现吸引力和互斥力。电磁单元20a的极性能借助给电磁单元20a通电的电流方向来改变。为了使切换部件18a从其中性位置移出到切换位置，沿着使电磁单元20a和永磁体23a之间形成互斥力的电流方向给电磁单元20a通电。
此外，在致动器17a中设置一弹簧单元25a，所述弹簧单元25a同样对切换部件18a施加力。弹簧单元25a的力在与在电磁单元20a和永磁体23a之间的互斥力的方向相应的方向上，由此加速切换部件18a的移出过程。
滑槽道16a具有轴向的方向分量。如果切换部件18a位于切换位置中，则在凸轮件12a旋转运动时该轴向方向分量对凸轮件12a施加力，借助所述力使凸轮件12a移位。为了在凸轮件12a移位后使切换部件18a移动到其基位置，滑槽道16a具有脱开段26a，在该脱开段26a中槽底27a升高至基圆水平28a。脱开段26a对切换部件18a施加一使切换部件18a返回的力。
在移回切换过程中切换部件18a借助脱开段26a从其切换位置移动到中性位置，在该过程中切换部件18a在第一阶段29a中通过永磁体23a与定子22a的相互作用而向切换位置偏移。通过脱开段26a和凸轮件12a的旋转运动使切换部件18a朝向其基位置运动。通过脱开段26a使切换部件18a与通过永磁体23a与定子22a的相互作用形成的力相反地运动。
在第二阶段30a中，切换部件18a脱离槽底27a并通过永磁体23a与芯24a的相互作用而朝向中性位置偏移。通过永磁体23a与芯24a的相互作用使切换部件18a与凸轮件12a的旋转运动无关地移动到其中性位置。
在电磁单元20a不通电的移回切换过程中，通过永磁体23a的运动在线圈21a中感应出电压31a。借助控制单元10a来确定感生的电压31a。控制单元10a借助该感生的电压31a来监测移回切换过程。在此，控制单元10a特别是监测切换过程是否无错误以及切换部件18a是否从切换位置切换到中性位置。
为了监测移回切换过程，控制单元10a考虑电压积分14a的特征量。在此，电压积分14a基于通过切换过程在线圈21a中感生出、进而由切换单元11a产生的电压31a。
电压积分14a的值仅与切换部件18a在测定开始和测定结束时的冲程32a相关。对于在足够长的区间上进行的测量，电压积分14a的值与切换过程的参数、例如切换部件运动的切换速度33a无关。
为了确定电压积分14a的特征量，控制单元10a在时间上相继地确定线圈中感生的电压31a的电压值。该特征量通过时间上相继的电压值的和来确定。
在第一工作模式中，控制单元10a与时间相关地确定特征量。在此，以预定的、恒定的时间间隔来确定电压值。在此，以约10毫秒的间隔来确定两个电压值。因此，将所述电压值相加便足以确定特征量。原则上也可以考虑，根据参数来规定时间间隔以及为每个电压值加权一因数。
控制单元10a确定一规定的区间。该区间的时间长度对应于切换过程的期望长度。该长度在控制单元10a中预先规定并且可以与其它参数相关。
特征量在区间结束时具有的特征量值与切换速度33a无关，切换部件18a以该切换速度33a从其切换位置切换到中性位置。特别是在通过槽底27a使切换部件18a运动的第一阶段29a中，切换速度33a与凸轮件12a的转速相关。在通过永磁体23a的相互作用使切换部件运动的第二阶段30a中，切换速度33a进而电压31a与凸轮轴的转速无关。在第二阶段30a中，切换速度33a仅与切换单元11a的参数、如特别是切换单元的润滑剂温度相关(参见图2)。对于与时间相关的确定，特征量值与凸轮件12a的转速无关。
为了能识别出无错误的切换过程，在控制单元10a中存储特征量限值，参照该特征量限值设定特征量。如果特征量超过特征量限值，则移回切换过程是无错误的。在此，特征量限值与切换部件的期望切换速度无关，该期望切换速度特别是与凸轮轴转速和润滑剂温度相关。
在第二工作模式中，控制单元10a与角度相关地确定特征量。与第一工作模式不同，控制单元10a在这个工作模式中对根据凸轮件12a的转动位置确定的电压值求和。在此，控制单元10a使用现有的传感器装置(未详细示出)。
因为在以这种方式进行确定时确定一与凸轮件12a的转速相关的特征量值，所以通过使特征量值除以转速来获得一与转速无关的值。从而避免了必须以复杂方法确定的复杂关系。
在凸轮件12a的转速高于一界限转速时，选择第一工作模式(参见图3)。在此，在两个相继的电压值之间的时间间隔相当于控制单元10a确定电压值所需的工作时间。在凸轮件12a的转速低于该界限转速时，选择第二工作模式(参见图4)。
此外，控制单元10a设置成，在电磁单元20a不通电时监测切换单元11a。在此，特别是当切换部件18a位于切换位置并且原则上切换部件18a可能实施非预定的移回切换过程时，监测切换单元11a。
在图5中示出本发明的另一实施例。为了区分各实施例，在图1至图4的实施例的附图标记中的字母a在图5的实施例的附图标记中替换为字母b。下面的描述基本上局限于与图1至图4中的实施例的不同之处，其中，保持不变部件、特征和功能可参照对图1至图4实施例的描述。
图5示意性示出气门机构的一种可选实施例。气门机构具有一带积分电路34b的控制单元10b。积分电路34b借助与电磁单元20b的线圈21b连接的电容器35b实现。控制单元10b设置成，确定电容器35b的电压值。
在切换单元的切换部件18b的切换过程中，在未通电的电磁单元20b的线圈21b中感生出电压，在该切换过程中电容器35b被充电。在此，流动到电容器35b上的电荷量形成感生电压的电压积分14b。电容器35b的能借助控制单元10b确定的电压值与流动电荷量成比例。因此，该电压值直接形成特征量，借助所述特征量能确定电压积分14b。
原则上可以考虑另外的电路(在图5中未示出)，该电路用于补充和/或优化积分电路34b。例如可以考虑，为积分电路34b补充一放大电路，该放大电路增强感生电压进而降低由电容器35b引起的误差。

Claims (11)

1.一种用于发动机的气门机构，所述气门机构具有切换单元(11a；11b)和一控制单元(10a；10b)，所述切换单元(11a；11b)包括带有电磁单元(20a；20b)的致动器(17a；17b)和切换部件(18a；18b)，所述电磁单元(20a；20b)具有线圈(21a；21b)，所述控制单元设置成，通过所述切换部件(18a；18b)的运动来监测所述切换单元(11a；11b)的切换过程，所述切换单元用于借助切换滑槽(13a；13b)切换能轴向移位的凸轮件(12；12b)，切换部件(18a；18b)部分设计成切换销(19a；19b)，该切换销(19a；19b)在切换部件(18a；18b)的切换位置中移出，在该切换位置中切换销(19a；19b)接合到切换滑槽(13a；13b)的滑槽道(16a；16b)中，其特征在于，所述控制单元(10a；10b)为监测所述切换单元(11a；11b)而设置成，为了监测移回切换过程考虑切换过程中在切换单元(11a；11b)的线圈(21a；21b)中感生出的电压(31a；31b)的电压积分(14a；14b)的至少一个特征量，并参照一存储在所述控制单元(10a；10b)中的特征量限值来设定所述特征量，所述移回切换过程是使切换单元从切换位置切换到中性位置的切换过程，在所述移回切换过程中切换销(19a；19b)由切换销(19a；19b)移出的切换位置移动到切换销(19a；19b)移回的基位置。
2.根据权利要求1所述的气门机构，其特征在于，所述控制单元(10a)设置成，对至少两个在时间上分开的电压值求和以用于特征量。
3.根据权利要求1或2所述的气门机构，其特征在于，所述控制单元(10a；10b)设置成，监测移回切换过程。
4.根据权利要求1或2所述的气门机构，其特征在于，所述控制单元(10a)在至少一个工作模式中设置成，与时间相关地确定所述特征量。
5.根据权利要求1或2所述的气门机构，其特征在于，所述控制单元(10a)在至少一个工作模式中设置成，与角度相关地确定特征量。
6.根据权利要求1或2所述的气门机构，其特征在于，所述控制单元(10a；10b)设置成，确定一用于确定所述特征量的规定的区间，在该区间开始时便规定该区间的结束点。
7.根据权利要求6所述的气门机构，其特征在于，所述区间具有与时间相关的区间长度。
8.根据权利要求6所述的气门机构，其特征在于，所述区间具有与角度相关的区间长度。
9.根据权利要求1或2所述的气门机构，其特征在于，所述控制单元(10a；10b)设置成，参照一特征量限值来设定特征量，所述特征量限值与切换速度无关。
10.根据权利要求1或2所述的气门机构，其特征在于，所述控制单元(10b)具有至少一个积分电路(34b)。
11.一种用于对根据权利要求1-10中任一项所述的气门机构的切换单元(11a；11b)的切换过程进行监测的方法，所述气门机构用于发动机，所述切换单元(11a；11b)包括带有电磁单元(20a；20b)的致动器(17a；17b)，所述切换单元用于借助切换滑槽(13a；13b)切换能轴向移位的凸轮件(12a；12b)，其特征在于，为所述监测所述切换单元(11a；11b)考虑切换过程中在切换单元(11a；11b)的线圈(21a；21b)中感生的电压(31a；31b)的电压积分(14a；14b)的至少一个特征量，并参照一存储在所述控制单元(10a；10b)中的特征量限值来设定所述特征量。
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