DE102006058210A1 - Ventilsteuerung mit magnetoresistiven Sensoren - Google Patents

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Stellung mindestens eines Ventils einer Brennkraftmaschine mit einem Synchronmotor, dessen Rotor Bereiche unterschiedlicher Magnetisierung aufweist. Um kostengünstig eine genauere Steuerung der Stellung eines Einlassventils im Rahmen einer variablen Ventilsteuerung mit einem variablen Ventilhub zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Drehwinkel des Rotors durch mindestens einen Sensor oder Schalter ermittelt wird, der den magnetoresistiven Effekt sensiert und der Sensor oder Schalter in der Nähe der Bereiche unterschiedlicher Magnetisierung angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Stellung mindestens eines Ventils einer Brennkraftmaschine mit einem Synchronmotor, dessen Rotor Bereiche unterschiedlicher Magnetisierung aufweist.
  • Bei Gleichstrom-Synchronmotoren als Stellantrieb ist die Verwendung von Hall-Schaltern für die Kommutierung des Motors bekannt. Diese Hall-Schalter werden bei der bekannten Lösung auch zur Positionserfassung genutzt. Hieran ist nachteilig, dass die Position zur Steuerung der Stellung der Einlassventile einer Verbrennungskraftmaschine im Rahmen einer Laststeuerung mit vollvariablem Ventilhub nicht mit hinreichender Genauigkeit aufgelöst werden kann. Um die Position genauer einstellen bzw. genauer erfassen zu können, ist es möglich, die Anzahl der Polpaare des Rotors zu erhöhen. Dies führt jedoch zu unvertretbar hohen Kosten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, kostengünstige Maßnahmen zur genaueren Steuerung der Stellung eines Einlassventils im Rahmen einer variablen Ventilsteuerung mit einem variablen Ventilhub anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, bei einer Vorrichtung zur Steuerung der Stellung mindestens eines Ventils einer Brennkraftmaschine mit einem Synchronmotor, dessen Rotor Bereiche unterschiedlicher Magnetisierung aufweist, den Drehwinkel des Läufers durch mindestens einen Sensor zu ermitteln, der den magnetoresistiven Effekt sensiert. Der Sensor wird in der Nähe der Bereiche unterschiedlicher Magnetisierung bzw. am Rotor des Synchronmotors angeordnet.
  • Hall-Schalter erfassen Betrags- und Richtungsänderungen eines Magnetfelds. Magnetoresistive Sensoren bzw. magnetoresistive Schalter erfassen bzw. sensieren lediglich Betragsänderungen. Beim Überstreichen einer Folge von magnetischen Nord- und Südpolen sensiert ein magnetoresistiver Sensor bzw. Schalter jeden Übergang von einem Nord- zum Südpol und umgekehrt. Ein magnetoresistiver Sensor bzw. Schalter schaltet daher doppelt so oft wie ein Hall-Schalter. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ggü. der Verwendung eines Hall-Schalters eine Verdoppelung der Auflösung bei gleicher Bandbreite erreicht.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Synchronmotor mit drei Phasenspannungen betrieben und drei magnetoresistive Sensoren oder Schalter werden jeweils um ca. 120° zueinander versetzt um den Rotor des Synchronmotors angeordnet.
  • Die drei magnetoresistiven Sensoren bzw. Schalter weisen sechs unterschiedliche Schaltzustände auf. Es gibt keine eindeutige Zuordnung zwischen Sensorsignal und Kommutierungszustand. Es gibt genau zwei Kommutierungszustände zu jedem Sensorsignal. Diese unterscheiden sich dadurch, dass genau zwei Phasen vertauscht sind. Das bedeutet, dass bei gleicher Bestromung in den beiden Zuständen die jeweils entgegengesetzte Drehrichtung auftritt. Mit einer Drehrichtungserkennung bei der Motorinitialisierung ist also eine eindeutige Zuordnung möglich.
  • Somit wird die Position des Rotors genau mit der doppelten Auflösung der bisherigen Lösung erfasst.
  • Im Vergleich zur Verwendung von Hall-Schaltern ergibt sich also eine doppelte Auflösung bei der Erfassung der Rotorposition bei ansonsten vergleichbaren Eigenschaften.
  • Im Vergleich zur Verwendung von zusätzlichen Positionssensoren zusätzlich zu Hall-Schaltern, ergibt sich kein zusätzliches Gewicht, kein zusätzlicher Bauraumbedarf für die Sensorik und die elektromagnetische Abschirmung der Sensoren. Da keine zusätzliche temperaturempfindliche Elektronik im kritischen Bauraum nötig ist, bedeutet dies weniger lebensdauerkritische Komponenten und insgesamt damit ein robusteres System.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sensor ein anisotroper magnetoresistiver Sensor, ein sog. AMR-Sensor, ist. Diese sind zuverlässig und preisgünstig.
  • Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bereiche des Rotors der Gleichstrom-Synchronmaschine mit unterschiedlicher Magnetisierung durch Permanentmagnete gebildet werden. Solche Elektromotoren sind ebenfalls zuverlässig und preisgünstig verfügbar.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, handelt es sich bei den Ventilen der Brennkraftmaschine um Einlassventile, deren Position und/oder Hub durch die erfindungsgemäße Lösung präzisiere vorgegeben werden kann. Alternativ oder ergänzend werden bei einem anderen Ausführungsbeispiel die Positionen und/oder Hube der Auslassventile der Brennkraftmaschine vorgegeben.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Synchronmotor das Ventil über ein dazwischen befindliches Getriebe betätigt. Hierdurch lässt sich der Stellweg präzise vorgeben.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Steuerung der Stellung mindestens eines Ventils einer Brennkraftmaschine mit einem Synchronmotor, dessen Rotor Bereiche unterschiedlicher Magnetisierung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel des Rotors durch mindestens einen Sensor oder Schalter ermittelt wird, der den magnetoresistiven Effekt sensiert und der Sensor oder Schalter in der Nähe der Bereiche unterschiedlicher Magnetisierung angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein anisotroper magnetoresistiver Sensor, ein sog. AMR-Sensor, ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche unterschiedlicher Magnetisierung durch Permanentmagnete gebildet werden.
  4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil der Brennkraftmaschine ein Einlass- oder ein Auslassventil ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor das Ventil über ein dazwischen befindliches Getriebe betätigt.
  6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor mit drei Phasenspannungen betrieben wird und drei magnetoresistive Sensoren oder Schalter jeweils um ca. 120° zueinander versetzt um den Rotor des Synchronmotors angeordnet sind.
  7. Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine mit variablem Ventilhub, kennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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