CN105736085A - 在换气阀上具有传感器的往复式活塞内燃机 - Google Patents

Abstract

本发明建议一种在换气阀(16)上具有传感器的往复式活塞内燃机(10)，换气阀(16)具有阀头(30)，阀头设在阀杆(34)的第一端部(32)上。往复式活塞内燃机(10)还具有作用在阀杆(34)的第二端部(38)上的杠杆元件(36)，其实施用于使换气阀(16)通过阀头(30)的移位被操纵。往复式活塞内燃机(10)还具有：探测元件(64)，其在操纵换气阀(16)时沿移位路径(52)移动；和传感器装置(18)，其实施用于求取探测元件(64)的位置。往复式活塞内燃机(10)尤其特征在于，传感器装置(18)设置为使得探测元件(64)在沿移位路径(52)的一子区域(53a)移动时主要以朝向或背离传感器装置(18)的运动进行移动。由此可提供用于测量换气阀(16)的阀控制时间的传感器。

Description

在换气阀上具有传感器的往复式活塞内燃机

发明领域

本发明涉及往复式活塞内燃机。本发明尤其涉及具有传感器装置的往复式活塞内燃机，所述传感器装置用于至少间接地求取换气阀的气门开度(Ventilhub)。

发明背景

在带有往复式活塞内燃机的机动车中，通常在每个气缸上装有换气阀，例如两个进气门和两个排气门，用于送入空气和/或空气-燃料混合物，和/或用于排出废气。在此，换气阀可通过杠杆元件(例如摇转杆、摇摆式杠杆、拉杆和/或拖杆)以及作用到其上的凸轮轴的凸轮件来操纵。

换气阀的操纵度大多通过凸轮轴的和/或设置在从属的气缸上的曲轴的位置检测或角度检测来求取。在此，曲轴的位置检测可借助传感轮、例如60-2传感轮，以及借助位置传感器和/或转速传感器实现。同样，凸轮轴的位置检测通常由传感轮、例如具有三齿或四齿的传感轮实现。针对气缸换气过程，也就是气缸中工作介质的交换过程的适当的打开和关闭时间点，也就是各换气阀的适当的控制时间，例如通过动机控制器由瞬时确定的发动机状态和/或由特性图和/或由计算求取，并通过例如凸轮轴的凸轮轴调节器和/或相位调节器进行调节。在此，还涉及凸轮轴和/或曲轴的位置检测值。由此，凸轮轴相对于曲轴的相位角的位置确定的精确性限制了换气阀的打开和关闭时间点的精确性，也就是控制时间的精确性。此外，诸如换气阀的气门机构和/或用于检测曲轴和/或凸轮轴位置的传感器的机械公差，以及传感器中的电子公差只能部分地被补偿。

诸如米勒循环和阿特金森循环的减少节流设计可提供一种方案，用于满足内燃机的燃料消耗的以后的预定值。这类减少节流可通过换气阀(比如进气门)的关闭时间来控制气缸内的新鲜空气量，使得可记录少的换气损失，并且可运行具有提高效率的内燃机或往复式活塞内燃机。在两个循环中，换气阀的关闭时间点位于最大活塞速度的范围内，并且由此在每单位曲轴转角变化的最大气缸容积改变的范围内。这导致就凸轮轴和/或曲轴的位置检测中由公差引起的误差而言，新鲜空气量的计算的高度敏感性。换言之，凸轮轴和/或曲轴的位置检测中的由公差引起的误差会导致在气缸的充气量计算中的误差，所谓的充气误差。根据充气误差的程度又可导致燃烧失火、排放增加以及机动车的行驶性能降低或者说功率降低。

凸轮轴和/或曲轴的位置检测中的公差可通过例如直接确定换气阀的操纵度和/或位置的至少部分地进行补偿。通常，为此会应用凸轮轴相对于曲轴的可变相位驱动，即凸轮轴调节器，所述凸轮轴调节器可用作补偿求取到的位置偏差的元件。

由DE19944698A1已知一种用于确定换气阀的气门开度的传感器，其中，气门开度通过一个设置在摇转杆上的永磁体以及一个磁场传感器来确定。

发明内容

本发明的实施方式能以有利的方式实现，提供一种往复式活塞内燃机，其中，能确定具有提高精确度的换气阀的操纵度或者位置，由此，尤其可实现内燃机工作效率的提高。

根据本发明的一个方面，建议一种往复式活塞内燃机，其具有带阀头的换气阀，所述阀头设置在阀杆的第一端部上。该往复式活塞内燃机还具有杠杆元件，所述杠杆元件作用在阀杆的第二端部上并且实施用于使换气阀通过阀头的移位被操纵。该往复式活塞内燃机还具有：探测元件，所述探测元件在操纵换气阀时沿着移位路径移动；以及传感器装置，所述传感器装置实施用于求取所述探测元件的位置。根据发明的往复式活塞内燃机尤其特征在于，传感器装置被设置为使得探测元件在沿着所述移位路径的一个子区域移动时主要以朝向传感器装置的运动或者背离传感器装置的运动进行移动，探测元件在该子区域中比在移位路径的其他子区域中处于离所述传感器装置更近的位置。

表述“主要以朝向传感器装置的运动或者背离传感器装置的运动进行移动”可按下文这么理解。探测元件沿着移位路径的运动和/或移位可具有第一运动分量，该第一运动分量可根据杠杆元件的转动方向大致沿着传感器装置的朝向杠杆元件的外表面的法向量的方向或相反方向定向。探测元件的运动或移位的第二运动分量可与第一运动分量正交。在根据发明的传感器装置相对于杠杆元件和/或相对于探测元件的布置中，第一运动分量大于第二运动分量，使得探测元件主要朝向传感器装置或者背离传感器装置运动。换言之，探测元件沿着所述移位路径不是切向地在传感器装置旁移动经过，而是移位路径的方向朝向传感器装置。

本发明的实施方式的构思可尤其被看成是下文表述的想法和认知的基础。如上文所述，换气阀的操纵度和/或方位和/或位置和/或打开角度通常通过凸轮轴的和/或设在所属气缸上的曲轴的位置或角度检测来求取。适用于气缸换气过程、也即气缸中工作介质的交换的打开和关闭时间点，或者说对应换气阀的合适的控制时间，例如通过发动机控制器由瞬时求取的发动机状态和/或由特性图和/或由计算来求得，并通过例如凸轮轴调节器和/或凸轮轴的相位调节器进行调节。在此，涉及凸轮轴的和/或曲轴的位置检测值。在具有传统曲轴传感器和/或凸轮轴传感器的传统发动机中，换气阀的打开和关闭时间点或者说控制时间的精度为此最好要与凸轮轴相对于曲轴的相位角的位置确定的精度相同。此外，例如在换气阀的气门机构和/或用于检测曲轴和/或凸轮轴位置的传感器中的机械公差，以及在传感器中的电子公差仅部分地被补偿，并且，在凸轮轴和/或曲轴位置检测中的由公差引起的误差可能导致气缸充气中的误差、也即充气误差。在由气缸的机械上止点直至换气阀上一位置的公差链的位置检测中的常见公差可相应于往复式活塞内燃机的总公差，该公差可大约在+/-4°曲轴角度的范围内。在传统的控制时间中，由此可导致+/-10％的充气误差。由于例如在诸如米勒循环和/或阿特金森循环的减少节流设计中，换气阀的控制时间的适配相对于凸轮轴和/或曲轴的位置检测中公差而言可为敏感的，所以可要求，往复式活塞内燃机的总公差大致减半，以使在这种减少节流设计中也使充气误差不超过大约+/-10％。

凸轮轴的位置通常在凸轮轴调节器上或者临近凸轮轴调节器被检测。凸轮轴的位置也可在凸轮轴的一个端部上被检测，所述一个端部能够与凸轮轴的可设置有凸轮轴调节器和/或凸轮轴驱动器的另一端部相对置。换言之，凸轮轴的位置也可在凸轮轴的不设有凸轮轴调节器和/或凸轮轴驱动器的那个端部上被检测。现今的减少节流设计可需要至少一个两点气门开度转换。气门开度转换和另一气门传动机构可存在有公差，并由此导致控制时间的偏差。这一偏差在至今的用于确定换气阀位置的方案中不能够被感测并且因此也不能被补偿。在往复式活塞内燃机的位置检测或角度检测的精度方面的当前要求仅借助大量花费来满足，例如更精确地制造气门传动装置(传感器和机械机构)的部件或者在装配之前精确测量各部件。在运行中由磨损造成的偏差也仅仅可部分地被发现和补偿，并且不可核查在生产或在工厂维修之后气缸盖中的气门传动装置是否正确装配。在工作类型转换时的充气误差也可导致燃烧中断。

通过根据本发明的往复式活塞内燃机，其具有用于确定换气阀位置的传感器装置，所述传感器装置例如可相应于在一个或多个换气阀上的位置传感器，可借助附加的适配算法来适配和/或补偿凸轮轴和/或曲轴的位置检测。由此，凸轮轴和/或曲轴的位置检测的不能补偿的公差的一大部分都可被补偿。这又可实现：满足了特别是如米勒循环和/或阿特金森循环的减少节流设计中对凸轮轴和/或曲轴的位置检测的精度性的高要求。另外，根据本发明的传感器装置可实现，探测诸如“换气阀打开或关闭”的事件，由此也发现在换气阀的控制时间和/或打开角度中的误差，并且例如在发动机控制中可采取相应的措施或者说校正。

综上所述，通过根据本发明的具有用于求取换气阀位置的传感器装置的往复式活塞内燃机尤其可获得以下优点。可满足诸如米勒循环和/或阿特金森循环的减少节流设计的高精度要求，在工作类型转换时由于充气误差导致的点火中断的风险可以是小的，可实现简单且可靠的气门开度转换的诊断，因为换气阀的打开角度显著改变并且通过检测事件“换气阀打开和关闭”可明确感知。此外，可实现在生产之后或者在车间中简单且快速地执行装配检测判断汽缸盖中的气门传动装置是否恰当地装配。在应用中例如在气门机构中由于磨损所致的机械公差的扩散可维持在小的公差带中。在每个气缸上有一个传感器或传感器装置的情况下每个气缸的、换气阀的控制时间和/或打开角度的偏差可被检测，并由此按照每个气缸的充气差异进行关闭。由于换气阀的控制时间和/或打开角度可明显地改变，所以可发现损坏的液压气门间隙补偿元件(HVA)。在所有气门传动装置中可安装该传感器装置，而不依赖于凸轮轴调节器的种类和/或气门开度转换的种类。

杠杆元件可以例如是摇转杆、摇摆式杠杆、拉杆和/或拖杆。

根据本发明的一个实施方式，探测元件与杠杆元件整体地构造。换言之，探测元件不需要被设置为分立的构件，而是可以是杠杆元件的一部分。探测元件例如可以是杠杆元件的一个区域，例如杠杆元件的一个端部和/或一个外表面。这在往复式活塞内燃机中或上有限的可供使用的安装空间方面可为有利的。此外，常规使用的杠杆元件不是必须被修改。

根据本发明的一个实施方式，探测元件设置在杠杆元件的一个端部上，所述端部在杠杆元件的纵向延伸方向上与杠杆元件的转轴的端部相对置。换言之，杠杆元件可偏转地支承在转轴上，探测元件设置在杠杆元件的与转轴相对置的端部附近的区域中。

根据本发明的一个实施方式，探测元件设置在阀杆上。该构型在往复式活塞内燃机中或上有限的可供使用的安装空间方面也可为有利地。此处，探测元件可实施为与杠杆元件分立的构件。

例如，根据本发明的一个实施方式，探测元件可与设置在阀杆上的阀盘整体地构造。换言之，探测元件可以是阀盘的至少一部分或一个子区域。这可有利地允许确定换气阀的位置，而不改变例如换气阀的质量分布和/或重心和/或惯性特性。

根据本发明的一个实施方式，传感器装置实施用于以无接触的方式求取探测元件的位置。传感器装置可具有例如光学的、声学的、电容式的和/或感应式的传感器元件和/或磁场传感器元件，例如霍尔元件或磁阻元件。以无接触的方式求取探测元件的位置可将磨损以及保养维持在小的程度。由此也可减轻传感器装置的安装和/或翻新和/或维修的负担。

根据本发明的一个实施方式，传感器装置具有用于求取探测元件位置的霍尔传感器。霍尔传感器在小的结构尺寸、高的敏感度以及可靠性方面可尤其为有利的。

根据本发明的一个实施方式，传感器装置具有：带集成转换电路的霍尔传感器、用于输出模拟传感器信号的模拟接口、和/或用于输出数字传感器信号的数字接口。以此方式，可提供智能化的传感器装置，其例如不依赖于控制器可允许处理测量参数，例如磁场强度和/或磁通量和/或磁场变化。此外，通过模拟和/或数字接口，模拟和/或数字传感器信号可被传递到其他车辆部件、例如发动机控制器上，并且例如与凸轮轴和/或曲轴的位置检测一起用于补偿。这又可实现或简化在凸轮轴和/或曲轴的位置检测中的公差补偿。

根据本发明的一个实施方式，传感器装置实施用于，当换气阀的阀头的气门开度大于2％、优选大于5％时，输出数字传感器信号。此处，气门开度可例如按照最大气门开度进行标称。数字传感器信号可输送到例如发动机控制器并由发动机控制器处理，使得例如控制时间的求取精确表达和/或可例如在往复式活塞内燃机的效率方面改进发动机控制。

根据本发明的一个实施方式，传感器装置实施用于，当换气阀的阀头的气门开度大于0.3mm、优选大于0.5mm时，输出数字传感器信号。自该气门开度起，例如用于换气过程的气门打开截面是足够大的，或者说自该气门开度起，可进行换气过程相关的流动。自该气门开度起，数字传感器信号输出和/或传递到例如发动机控制器可改进发动机控制。

需要指出，在此本发明的一些可行的特征和优点参见不同的实施方式进行描述。本领域技术人员而言要理解，这些特征可适当地相结合、相适配或相交换，以获得本发明的其他实施方式。

附图说明

下文将参照附图描述发明的实施方式，其中，本发明并不局限于附图和说明。

图1示出根据本发明的一个实施方式的往复式活塞内燃机。

图2A示出由现有技术已知的往复式活塞内燃机的传感器的一部分。

图2B示出图2A中的传感器的永磁体的移位。

图3A示出根据本发明的一个实施方式的用于往复式活塞内燃机的传感器的一部分。

图3B示出图3A中的传感器的探测元件的移位。

图4示出根据本发明的一个实施方式的用于往复式活塞内燃机的杠杆元件和传感器装置的一部分。

图5示出根据本发明的一个实施方式的用于往复式活塞内燃机的杠杆元件、换气阀以及传感器装置的一部分。

图6示出根据本发明的一个实施方式的往复式活塞内燃机而言的传感器装置的模拟传感器信号和数字传感器信号以及换气阀的气门开度分别随凸轮轴位置变化的函数图像。

所述附图仅仅示意性的，并且不按照比例。附图中相同的附图标记代表相同的或者作用相同的特征。

具体实施方式

图1示出根据发明的一个实施方式的往复式活塞内燃机10。

往复式活塞内燃机10具有一个气缸12，气缸具有能在气缸内移位的活塞14。往复式活塞内燃机10可具有多个这样的气缸12，所述气缸各具有一个活塞14。活塞14可与曲轴作用连接并且与曲轴一同移位。

另外，往复式活塞内燃机10具有换气阀16。换气阀16例如可以是用于将空气-燃料混合物引入到气缸12中的进气门，或者是用于将废气从气缸12中排出的排气门。往复式活塞内燃机10可具有多个这样的换气阀16，例如每个气缸12可设有两个换气阀16、例如进气门和排气门。

此外，往复式活塞内燃机10具有传感器装置18，所述传感器装置实施用于求取换气阀16的操纵度和/或打开角度和/或至少一部分的位置，如上文和下文中详细阐释的那样。为此，传感器装置18具有实施为霍尔传感器的传感器元件20。传感器装置18和/或传感器元件20还具有集成转换电路22用于处理由传感器元件20测得的测量参数、例如测得的磁场强度和/或磁场变化和/或磁通量。此外，集成转换电路22可具有例如微控制器和/或用于储存测量数据的储存装置。另外，传感器装置18具有用于输出模拟传感器信号的模拟接口24和/或用于输出数字传感器信号的数字接口26。模拟传感器信号和/或数字传感器信号可例如通过相应的电路传输和/或传递到控制器28、例如发动机控制器，用于传感器信号进行进一步的加工和/或处理。

传感器装置18也可仅仅具有用于输出数字传感器信号的数字接口26，其例如可用于发动机控制。在这种情况下，模拟传感器信号的准备例如可由集成转换电路22进行。这样，传感器装置18可更为简单并且更加成本有利地构型。

图2A示出由现有技术已知的活塞往复式发动机16的传感器的一部分。

活塞往复式发动机10具有带有阀头30的换气阀16，所述阀头设置在杆状构造的阀杆34的第一端部32上。

另外，活塞往复式发动机10具有杠杆元件36，所述杠杆元件贴靠在沿阀杆34的纵向延伸方向与阀杆34的第一端部32相对置的阀杆34的第二端部38上。杠杆元件36实施为拉杆。杠杆元件36在杠杆元件36的第一端部37上在转轴39上可转动地和/或可摆动地被支承。在沿杠杆元件36的纵向延伸方向与杠杆元件36的第一端部37相对置的杠杆元件36的第二端部40上设置有永磁体42作为信号发送器，用于确定杠杆元件36的位置和/或方位。

邻接和/或贴靠杠杆元件36的第二端部40，与阀杆34的第二端部38相对置地设置有凸轮轴44，所述凸轮轴具有至少一个凸轮件46或者说凸轮，用于使杠杆元件36移位。

另外，往复式活塞内燃机10具有传感器装置18，用于求取永磁体42的位置和/或方位并由此间接地求取杠杆元件36的和/或换气阀16的位置和/或方位。传感器装置18具有例如实施为霍尔传感器或者实施为GMR传感器的传感器元件20。

当凸轮轴44转动时，凸轮件46压到杠杆元件36的第二端部40上，由此杠杆元件36由初始位置48围绕转轴39摆动至末端位置50。当杠杆元件36转动时，杠杆元件36的第二端40又紧压阀杆34的第二端38，由此阀杆34和阀头30在阀杆34的纵向延伸方向上移位。在杠杆元件36的初始位置上，换气阀16例如可以是关闭的，在末端位置50上，换气阀可以是打开的，或者反之亦然。如果凸轮轴44继续转动直至凸轮件46离开杠杆元件36的第二端部40，则由此杠杆元件36又由末端位置50摆动到初始位置48。为此，杠杆元件36和/或阀杆34可例如通过合适的弹簧装置朝向初始位置48的方向被预紧。

当杠杆元件36在初始位置48和末端位置50之间摆动时，永磁体42沿移位路径52移动，其中，永磁体42的移位借助传感器装置18和/或传感器元件20通过磁场变化来探测，使得可求取永磁体42的位置和/或方位以及间接求取换气阀16的位置和/或方位和/或打开角度。

图2B示出图2A中的传感器52的永磁体42沿着移位路径52的移位。当杠杆元件36由初始位置48摆动到末端位置50时，永磁体42由初始点54沿移位路径52移动到末端点56。在此，永磁体42的移动可通过运动向量58表示。永磁体42的移动或者说运动向量58可分解为第一运动分量60和与第一运动分量60正交的第二运动分量62。基于传感器装置18的参考点17和/或基于传感器装置18的至少在杠杆元件位于初始位置48时朝向杠杆元件36的外表面19，第一运动分量60背离传感器装置18和/或参考点17和/或外表面19指向，或者说第一运动分量60与外表面19的法向量平行地定向。反相对地，第二运动分量62与外表面19的法向量正交。

参考点17可例如为传感器装置18的外表面19的中心点，例如外表面19的几何中心点。参考点17也可表示传感器20的几何中点和/或传感器元件20的重心。参考点17也例如沿着穿过传感器装置18的中心线(其可平行于传感器装置18的纵向延伸方向延伸)例如设置在传感器装置18的一个端部上。

当永磁体42由末端位置50移位到初始位置48时，运动向量58、第一运动分量60以及第二运动分量62分别朝向相反方向指向。

在由现有技术已知的且在图2A和2B中示出的构型中，当永磁体42沿移位路径52移动时，第一运动分量60在数值上总是小于第二运动分量62。相应地，永磁体42比起沿第一运动分量60平行或反向平行于外表面19的法向量朝向或者说背离传感器装置18和/或参考点17和/或外表面19移动而言，永磁体42沿第二运动分量62正交于外表面19的法向量更远地在传感器装置18和/或参考点17和/或外表面19旁经过地移动。也就是说，永磁体42沿移位路径52，与朝向或者背离传感器装置18移动相比，主要地在传感器装置18旁经过地移动。

由现有技术已知的传感器装置18相对于杠杆元件36的布置可基于杠杆元件沿移位路径52的摆动或转动运动被描述为径向探测。感测方向——也就是传感器装置18的传感器元件20探测和/或求取由永磁体42产生的磁场的主要方向——至少在杠杆元件36的初始位置48上与杠杆元件36的纵向延伸方向平行地延伸。

图3A示出根据发明的一个实施方式的往复式活塞内燃机10的传感器的一部分。若没有其他说明，图3A中示出的往复式活塞内燃机的传感器的部分具有与图2A中所示部分相同的部件和特征。

与图2A类似，杠杆元件36实施为拖杆，当凸轮轴44转动时杠杆元件通过凸轮件46从初始位置48摆动和/或移位，其中，设置在杠杆元件36的第二端部40上的探测元件64沿移位路径52移动。探测元件64沿移位路径52的运动和/或移位又借助传感器装置18被检测和/或求取和/或探测，所述传感器装置具有集成的磁铁元件和实施为霍尔传感器的传感器元件20，使得能间接地求取换气阀16的和/或阀头30的位置和/或方位和/或打开角度。图3A中示出的探测元件64与杠杆元件36整体地构造，至少作为杠杆元件36的第二端部40的部分和/或区域。

探测元件64可例如为一棱边、一外表面、一个尖端和/或杠杆元件36的第二端部40的其他区域。由此探测元件64可通过传感器装置18被精确地探测到，杠杆元件36可例如由铁磁材料制成，和/或，探测元件64可实施为集成到杠杆元件36中的磁元件。传感器装置18的朝向杠杆元件36和/或朝向探测元件64的外表面19可与探测元件64和/或与杠杆元件36的朝向外表面19的外表面的距离至少0.2mm，例如至少0.5mm，优选地至少1.0mm。

图3B示出探测元件64沿图3A中的传感器的移位路径52的移位。当杠杆元件36由初始位置48摆动到末端位置52时，探测元件64从初始点54沿移位路径52移动到末端点56。在此，探测元件64的移动可通过运动向量58表示。探测元件64的运动或运动向量58可分解为第一运动分量60和与第一运动分量60正交的第二运动分量62。基于传感器装置18的参考点17和/或基于杠杆元件36和/或其第二端40和/或传感器装置18的至少在杠杆元件36的初始位置48时朝向探测元件64的外表面19，第一运动分量60背离传感器装置18和/或参考点17和/或外表面19指向，或者说第一运动分量60与外表面19的法向量平行地定向。相对地，第二运动分量62与外表面19的法向量正交地延伸。图3A的参考点17可类似于图2A的参考点17进行选择。

当探测元件64由末端位置50移位到初始位置48时，运动向量58、第一运动分量60和第二运动分量62分别沿相反方向指向。

在根据发明的且图3A和3B中示出的构型中，当探测元件64沿移位路径52移动时，第一运动分量60在数值上大于第二运动分量62。这一条件至少适用于探测元件64沿移位路径52的一子区域53a移动的情况，比起移位路径52的另一子区域53b，探测元件64在该子区域53a中处于更靠近传感器装置18的位置，尤其是移位路径52的一如下子区域，在该子区域中与另外的子区域相比探测元件64处于最靠近传感器装置18的位置。在此，移位路径52的子区域53a可描述杠杆元件36在结构限度内可运动的区域，子区域53b可描述子区域53a的假想延伸部分，而实际上杠杆元件36由于机械结构限制不能在该子区域53b中摆动。在子区域53a内，比起沿第二运动分量62正交于外表面19的法向量在传感器装置18和/或参考点17和/或外表面19旁经过的移动而言，探测元件64沿第一运动分量60平行或反向平行于外表面19的法向量朝向或者背离传感器装置18和/或参考点17和/或外表面19更远地移动。也就是说，探测元件64沿移位路径52移动时，主要地朝向或背离传感器装置18移动。

根据发明的传感器装置18相对于杠杆元件36的布置可基于杠杆元件36沿移位路径52的摆动或转动运动被描述为周向探测。传感方向——也就是传感器装置18的传感器元件20探测和/或求取探测元件64的主要方向——至少在杠杆元件36的初始位置48中横向于杠杆元件36的纵向延伸方向地延伸。通过传感器装置18的这样的布置，以及探测元件64在周向上的这种探测，能以有利的方式实现探测元件64和/或杠杆元件36的位置求取的精确性。另外，与径向探测相比，可以有利的方式实现通过传感器装置18求取的每单移位位的测量信号的更大改变值，使得探测元件64和/或杠杆元件的位置和/或方位以及由此换气阀16的位置和/或方位和/或打开角度能够被更精确地确定。

另外，因为在径向探测中传感器装置18与换气阀16的其他部件可能存在干涉风险，所以周向探测比径向探测在结构上能更简单地实现。同时，传感器装置的装配公差或安装公差在径向探测的情况下直接影响信号精确性，使得周向探测对于安装或装配公差的敏感度可明显更小。

本发明的一个方面可如下得以总结。探测元件64沿移位路径52的子区域53a的运动和/或移位可由在探测元件64沿移位路径52的移位的初始点54和末端点之间的向量或运动向量58描述，或者说该运动可通过向量58表示。该运动可由此同样地表示探测元件64由初始点54至末端点56的净移动。如果初始点54比末端点56距离传感器装置18更远，则由此探测元件64向传感器装置18运动，这可导致例如换气阀16的关闭。相对地，如果初始点54比末端点56距离传感器装置18更近，则探测元件64背离传感器装置18运动，这可导致例如换气阀16的打开。探测元件64沿移位路径52的运动和/或移位可具有沿传感器装置18方向或沿相反方向的第一运动分量60和与第一运动分量60正交的第二运动分量62，和/或被分解为第一和第二运动分量60，62。第一运动分量60的方向可与传感器装置18的朝向杠杆元件36的外表面19的法向量平行或反向平行地延伸。若探测元件64从初始点54向末端点56移动，则在根据发明的传感器装置18相对于探测元件64和/或杠杆元件36的布置情况下，沿传感器装置18方向和/或沿传感器装置18的外表面19方向(或沿相反方向)的第一运动分量60在数量上大于第二运动分量62。相应地和/或相同地，探测元件64在其移动时主要朝向或者背离传感器装置18运动。

图4示出根据发明的一个实施方式的用于往复式活塞内燃机10的实施为拖杆的杠杆元件36的一部分和传感器装置18的一部分。若无其他描述，图4中示出的杠杆元件36以及传感器装置18具有与2A至图3B中示出的相应构件相同的特征和元件。

传感器装置18和/或实施为霍尔传感器的传感器元件20可例如通过磁通量探测与杠杆元件36边缘之间的距离。当传感单元20相对于杠杆元件36有侧向偏移时，磁通量会相应地强烈改变，这又会影响信号质量。为提高信号质量，杠杆元件36的第二端部40由此可扁平地构造和/或具有扁平区域，该扁平区域用作探测元件64。在该扁平区域中，杠杆元件36的外表面至少在杠杆元件36位于初始位置48时可例如与传感器装置的外表面平行的延伸。探测元件64也可构造为杠杆元件64的扁平顶端。由此传感单元20和/或传感器装置18相对杠杆元件36的侧向偏移可仅对信号质量产生小的影响，或者说可提高探测元件64的位置求取的可靠性和/或精确性。

图5示出根据发明的一个实施方式的用于往复式活塞内燃机10的换气阀16的杠杆元件36的一部分以及传感器装置18的一部分。杠杆元件36实施为拖杆。若无其他描述，则图5中所示构件与图2A至图4中示出的相应构件具有相同的特征和元件。

如图5中所示，替代于或附加于图3A至图4的构型，可使用阀盘66的至少一个子区域作为探测元件64。阀盘66可例如构造用于止动阀弹簧，并且在阀杆34的第二端部38的区域中沿阀杆34的外周缘环状地包围阀杆34。例如，阀盘66的边缘区域可用作探测元件64。阀盘66为此目的可由铁磁材料制成。

也可考虑，探测元件64作为分立的、由铁磁材料制成的构件设置在阀盘66、阀杆34和/或杠杆元件36上，其沿移位路径52的移位可被传感器装置18检测到。例如，探测元件64可构造为整平部(Abragung)。

图6示出根据发明的一个实施方式的用于往复式活塞内燃机10的传感器装置18的模拟传感器信号68和数字传感器信号70以及换气阀16的气门开度72分别随凸轮轴44位置变化的函数图像。图6可由此看作换气阀16的控制时间的图示。模拟传感器信号68和气门开度72在此分别在图6左边的y轴上按照最大值以％标称给出。数字传感器信号70在图6右边的y轴上以伏特给出，凸轮轴44的位置以凸轮轴44的角度为单位或者说在x轴上以凸轮轴转角角度给出。图6中所示的所有给出值都仅为示例性的，不视为局限性的。

杠杆元件36的静止位置或者说初始位置48与换气阀16的相应的静止位置可相应于关闭的换气阀16和/或位于0度和/或150度时的凸轮轴位置。在换气阀16的静止位置中，传感器装置18或者说传感器装置18的在杠杆元件36位于初始位置48时朝向杠杆元件36的外表面19例如与传感器装置64的间距为大约1.0mm。换言之，传感器装置可构造有与探测元件64大约为1.0mm的额定气隙。

模拟传感器信号68具有最大斜率的区域可设置在换气阀16的机械气门开度或者说传感器装置18的外表面19相对于探测元件64和/或相对于杠杆元件36的距离大约为0.5mm至1.0mm的位置处。模拟传感器信号68具有最大斜率的区域可有针对性地被选作数字传感器信号70的开关阈值，以便能够达到最大精度。其原因主要在于，在模拟传感器信号68的最大斜率的区域中，凸轮轴44位置的小变化引起模拟传感器信号68的大变化，使得换气阀16的位置和/或方位和/或打开角度能以高精确性被确定。数字传感器信号70的开关阈值例如可位于模拟传感器信号68的90％与30％之间。优选地，不仅在下降的一侧(这可相应于事件“换气阀16打开”)，而且在上升的一侧(这可相应于事件“换气阀16关闭”)，开关阈值处在模拟传感器信号68的大约70％。传感器装置18的数字传感器信号70可例如通过数字接口26传递到控制器、例如发动机控制器传输，并由控制器处理。数字传感器信号70的开关阈值可有利地设置在换气阀16的机械气门开度或者说换气阀16的阀头30的气门开度为0.5mm，因为自该气门开度起，换气阀16的相应于气门开度的打开横截面和/或打开角度可足够大，使得能开始或者说引入用于气缸12换气过程的相关流动。

最后，需要指出，术语诸如“具有”“包括”等不排除其他元件或步骤，并且术语诸如“一个”或“一”不排除多个。此外，需要指出，参考上文所述的实施例描述的特征也可与上述的其他实施例的特征相结合地被应用。权利要求中的附图标记不视为限制性的。

Claims (10)

1.往复式活塞内燃机(10)，其具有：

一个具有阀头(30)的换气阀(16)，所述阀头设置在阀杆(34)的第一端部(32)上；

一个杠杆元件(36)，所述杠杆元件作用在阀杆(34)的第二端部(38)上并且实施用于使所述换气阀(16)通过阀头(30)的移位被操纵；

一个探测元件(64)，所述探测元件在操纵所述换气阀(16)时沿着移位路径(52)移动；以及

一个传感器装置(18)，所述传感器装置实施用于求取探测元件(64)的位置，

其特征在于，

所述传感器装置(18)被设置为使得探测元件(64)在沿着所述移位路径(52)的一个子区域(53a)移动时主要以朝向所述传感器装置(18)的运动或者背离所述传感器装置(18)的运动进行移动，所述探测元件(64)在该子区域中比在移位路径(52)的其他子区域(53b)中处于离所述传感器装置(18)更近的位置。

2.根据权利要求1的往复式活塞内燃机(10)，其中，所述探测元件(64)与所述杠杆元件(36)整体地构造。

3.根据权利要求1或2的往复式活塞内燃机(10)，其中，所述探测元件(64)设置在所述杠杆元件(36)的一个端部(40)上，所述端部(40)在杠杆元件(36)的纵向延伸方向上与所述杠杆元件(36)的转轴(19)相对置。

4.根据上述权利要求中任一项的往复式活塞内燃机(10)，其中，所述探测元件(64)设置在所述阀杆(34)上。

5.根据上述权利要求中任一项的往复式活塞内燃机(10)，其中，所述探测元件(64)与设置在所述阀杆(34)上的阀盘(66)整体地构造。

6.根据上述权利要求中任一项的往复式活塞内燃机(10)，其中，所述传感器装置(18)实施用于以无接触的方式求取所述探测元件(64)的位置。

7.根据上述权利要求中任一项的往复式活塞内燃机(10)，其中，所述传感器装置(18)具有霍尔传感器，用于求取所述探测元件(64)的位置。

8.根据上述权利要求中任一项的往复式活塞内燃机(10)，其中，所述传感器装置(18)具有：带集成转换电路(22)的霍尔传感器、用于输出模拟传感器信号(68)的模拟接口(24)、和/或用于输出数字传感器信号(70)的数字接口(26)。

9.根据上述权利要求8的往复式活塞内燃机(10)，其中，所述传感器装置(18)实施用于在所述换气阀(16)的阀头(30)的气门开度大于2％时输出所述数字传感器信号(70)。

10.根据上述权利要求8或9的往复式活塞内燃机(10)，其中，所述传感器装置(18)实施用于在所述换气阀(16)的阀头(30)的气门开度大于0.3mm时输出所述数字传感器信号(70)。