DE102013210487A1

DE102013210487A1 - Schiebenockensystem mit Positionserkennung

Info

Publication number: DE102013210487A1
Application number: DE102013210487.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Nendel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2014-12-24

Abstract

Schiebenockensystem für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit zumindest einem Schiebenocken (4 bis 9), der drehfest aber axial verschiebbar auf einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Grundwelle (2 oder 3) angeordnet ist, zumindest zwei Nocken, zumindest eine gewindeförmige Verschiebenut (10 bis 15) und zumindest einen Hochkreisbereich (16 bis 27) neben der Verschiebenut (10 bis 15) aufweist, und mit zumindest einer Brennkraftmaschinenfesten Aktorvorrichtung (28 bis 33), die zumindest einen mit der Verschiebenut (10 bis 15) in Wirkverbindung stehenden Aktorstift aufweist, wobei dem Schiebenockensystem zur Positionserkennung des Schiebenockens (4 bis 9) zumindest ein Hall-Sensor oder ein Reed-Kontakt (36 bis 47) zugeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Schiebenockensystem für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit zumindest einem Schiebenocken, der drehfest aber axial verschiebbar auf einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Grundwelle angeordnet ist, zumindest zwei Nocken, zumindest eine gewindeförmige Verschiebenut und zumindest einen Hochkreisbereich neben der Verschiebenut aufweist, und mit zumindest einer Brennkraftmaschinenfesten Aktorvorrichtung, die zumindest einen mit der Verschiebenut in Wirkverbindung stehenden Aktorstift aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges gattungsbildendes Schiebenockensystem ist aus der WO-03/021612 A1 bekannt. Ausgehend von der eingezogenen inneren Lage des Aktorstiftes erfolgt eine Betätigung des Aktorstiftes durch Bestromung einer Spule, wodurch der Aktorstift aus der Aktorvorrichtung herausfährt, so dass er in die Verschiebenut des Schiebenockensystems eingreift und eine Verschiebung des Schiebenockens bewirkt. Die Rückwärtsbewegung des Aktorstiftes in seine innere Endlage wird durch eine Auswurframpe am Ende der Verschiebenut eingeleitet, die den Aktorstift in seine innere Lage zurück beschleunigt.
Im Bereich der inneren Lage des Aktorstiftes entsteht an der Spule ein Signal, das als Rückwurfsignal ausgewertet werden kann. Dabei wird das Signal jedes einzelnen Aktors ausgewertet und dadurch die Position des Schiebenockens ermittelt.
Diverse Einflüsse, wie niedrige Drehzahl des Schiebenockensystems, hohe Viskosität der Umgebungsflüssigkeit, insbesondere des Öls der Hubkolbenbrennkraftmaschine, hohe mechanische Reibung, Verschleiß, Verschmutzung usw. reduzieren bzw. verhindern die Entstehung des Rückwurfsignals.
Weiterhin ist es erforderlich, bei der ersten Inbetriebnahme und nach jedem nicht erzeugten Rückwurfsignal eine Initialisierung als eine Abfolge von Schaltungen, die zu einer definierten Nockenposition führen, durchzuführen.
Bei bestimmten Nutgeometrien, z.B. X-Nuten, müssen die Auswurframpen seitlich versetzte Signale erzeugen, um die Schaltrichtung bestimmen zu können.
Weiterhin verschlechtert die Funktionalität, dass jeder Aktorstift ein Rückwurfsignal erzeugen muss, bei den meisten Aktortypen die Ausfahrgeschwindigkeit und verursacht zusätzliche Kosten für die Aktorvorrichtung und das Steuergerät.
Schließlich definiert das Rückwurfsignal nicht tatsächlich die Position des Schiebenockens sondern nur die innere Position eines Aktorstiftes.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schiebenockensystem mit den eingangs beschriebenen Merkmalen so zu verbessern, dass die genannten Nachteile vermieden und eine kostengünstige Positionserkennung des/der Schiebenocken(s) zur Verfügung gestellt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird zum einen dadurch gelöst, dass dem Schiebenockensystem zur Positionserkennung des Schiebenockens zumindest ein Hall-Sensor zugeordnet ist.
Wird ein Hall-Sensor von einem Strom durchflossen und in ein senkrecht dazu verlaufendes Magnetfeld gebracht, liefert er eine Ausgangsspannung. Erreicht der Hochkreisbereich des Schiebenockens, der im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist, den Bereich des Hall-Sensors, so wird dessen Position durch den Hall-Sensor detektiert. Der Hall-Sensor wird daher dort räumlich angebracht, wo der Hochkreisbereich nach Verschieben des Schiebenockens positioniert sein soll.
Die Aufgabe der Erfindung wird zum anderen dadurch gelöst, dass statt des Hall-Sensors ein Reed-Relais eingebaut ist. Das Reed-Relais arbeitet mit einem Reed-Schalter, auch Reed-Kontakt genannt. Reed-Kontakte weisen Schaltzungen auf, die zugleich die Kontaktfeder und den Magnetanker bilden. Die Kontaktbetätigung erfolgt durch ein von außen einwirkendes Magnetfeld, das bei Sensoren oder Schaltkontakten von einem in die Nähe gebrachten Dauermagneten oder bei Reed-Relais in einer zugehörigen magnetischen Beeinflussung elektrisch erzeugt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der beidseits der Verschiebenut je ein Hochkreisbereich vorgesehen ist, wird vorgeschlagen, dass jedem Hochkreisbereich ein Hall-Sensor oder Reed-Kontakt zugeordnet ist. Dadurch können drei Positionen des Schiebenockens detektiert werden, weil zusätzlich zu der Einzeldetektion eines Hochkreisbereichs durch einen Hall-Sensor oder Reed-Kontakt eine zusätzliche Detektion dadurch erfolgt, dass beide Sensoren oder Kontakte zwischen beiden Hochkreisbereichen angeordnet sind und dadurch eine negativ Detektion anzeigen.
Es können aber auch mehrere, also weitere Positionen dadurch detektiert werden, dass nicht nur zwei sondern weitere Hall-Sensoren oder Reed-Kontakte vorgesehen sind.
Sind auf der Grundwelle mehrere Schiebenocken angeordnet, die Bestandteil einer mehrzylindrigen Hubkolbenbrennkraftmaschine sind, so werden vorzugsweise die Hall-Sensoren oder Reed-Kontakte in einem Stabgehäuse vorgesehen und das Stabgehäuse achsparallel zur Grundwelle angeordnet. Dadurch lassen sich der Anzahl und Lage der Schiebenocken entsprechend alle Positionen der einzelnen Schiebenocken detektieren.
In einer weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Stabgehäuse zweier benachbarter Grundwellen mittels zumindest einer Brücke zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, wobei die Baueinheit an oder in einem Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine eingebaut sein kann.
Zur sicheren Detektion der Lage der Schiebenocken wird weiterhin vorgeschlagen, dass in dem/den Hochkreisbereich(en) zumindest je ein Dauermagnet eingebaut ist, durch den ein Signal am Hall-Sensor oder Reed-Kontakt erzeugt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1: eine Ansicht eines Schiebenockensystems mit mehreren Schiebenocken, die auf zwei parallelen Grundwellen angeordnet sind,
2: einen Teilschnitt durch einen Schiebenocken gemäß der Linie A-A in 1,
3, 4 und 5 Darstellungen des Schiebenockens gemäß Detail X in 1 mit verschiedenen Positionen des Schiebenockens,
6: eine Ansicht gemäß 1, bei der zwei Stabgehäuse zu einer Baueinheit zusammengefasst sind und
7: einen Teilschnitt durch einen Schiebenocken gemäß der Linie B-B in 6.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 7 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Zylinderkopfgehäuse bezeichnet, in dem achsfest aber drehbar zwei Grundwellen 2 und 3 eingebaut sind. Auf der Grundwelle 2 sind Schiebenocken 4, 5 und 6 und auf der Grundwelle 3 Schiebenocken 7, 8 und 9 vorgesehen, die axial verschiebbar aber drehfest auf der jeweiligen Grundwelle angeordnet sind. Die Schiebenocken 4 bis 9 weisen je eine Verschiebenut 10 bis 15 auf, die als X-Nut ausgebildet ist.
Neben jeder Verschiebenut 10 bis 15 sind Hochkreisbereiche 16 bis 27 vorgesehen, neben denen je drei unterschiedliche Nocken angeordnet sind. An dem Zylinderkopfgehäuse 1 ist jedem Schiebenocken 4 bis 9 zugeordnet je eine Aktorvorrichtung 28 bis 33 eingebaut, die je zwei Aktorstifte aufweisen, die in die Verschiebenuten 10 bis 15 eingreifen können, um die Schiebenocken in unterschiedliche Positionen zu verschieben. Parallel zu den Grundwellen 2 und 3 sind Stabgehäuse 34 und 35 eingebaut, in denen Hall-Sensoren oder Reed-Kontakte 36 bis 47 eingebaut sind.
Die Hall-Sensoren oder Reed-Kontakte 36 bis 47 sind je über elektrische Leitungen und einem oder mehrere Stecker mit einem Steuergerät verbunden. Weiterhin ist mit 48 ein Zylinderkopfdeckel bezeichnet, in dem, wie insbesondere den 6 und 7 zu entnehmen ist, die Stabgehäuse 34 und 35 eingebaut sind, die mittels einer Brücke 49 miteinander verbunden sind, die einen Stecker 50 aufweist.
Wie insbesondere den 3 bis 5 zu entnehmen ist, können Detektionen dadurch erfolgen, dass der Hall-Sensor oder Reed-Kontakt 38 in 3 und der Hall-Sensor oder Reed-kontakt 39 in 5 den benachbarten Hochkreisbereich und dessen Lage direkt detektiert. Wie in 4 dargestellt, kann aber auch eine Lageortung des Schiebenockens 5 dadurch erfolgen, dass die Hochkreisbereiche 18 und 19 zwischen den Hall-Sensoren oder Reed-Kontakten 38 und 39 angeordnet sind und eine „Nicht“ Reaktion beider Sensoren oder Kontakte eine Ortung definieren. Dies ist auch deshalb möglich, weil die Aktorvorrichtung durch Betätigung des/der Aktorstifte definierte Verschiebungen der Schiebenocken bewirkt.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderkopfgehäuse
2 und 3: Grundwellen
4 bis 9: Schiebenocken
10 bis 15: Schiebenuten
16 bis 27: Hochkreisbereiche
28 bis 33: Aktorvorrichtungen
34 und 35: Stabgehäuse
36 bis 47: Hall-Sensoren oder Reed-Kontakte
48: Zylinderkopfdeckel
49: Brücke
50: Stecker

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 03/021612 A1 [0002]

Claims

Schiebenockensystem für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit zumindest einem Schiebenocken (4 bis 9), der drehfest aber axial verschiebbar auf einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Grundwelle (2 oder 3) angeordnet ist, zumindest zwei Nocken, zumindest eine gewindeförmige Verschiebenut (10 bis 15) und zumindest einen Hochkreisbereich (16 bis 27) neben der Verschiebenut (10 bis 15) aufweist, und mit zumindest einer Brennkraftmaschinenfesten Aktorvorrichtung (28 bis 33), die zumindest einen mit der Verschiebenut (10 bis 15) in Wirkverbindung stehenden Aktorstift aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schiebenockensystem zur Positionserkennung des Schiebenockens (4 bis 9) zumindest ein Hall-Sensor (36 bis 47) zugeordnet ist.
Schiebenockensystem für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit zumindest einem Schiebenocken (4 bis 9), der drehfest aber axial verschiebbar auf einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Grundwelle (2 oder 3) angeordnet ist, zumindest zwei Nocken, zumindest eine gewindeförmige Verschiebenut (10 bis 15) und zumindest einen Hochkreisbereich (16 bis 27) neben der Verschiebenut (10 bis 15) aufweist, und mit zumindest einer Brennkraftmaschinenfesten Aktorvorrichtung (28 bis 33), die zumindest einen mit der Verschiebenut (10 bis 15) in Wirkverbindung stehenden Aktorstift aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schiebenockensystem zur Positionserkennung des Schiebenockens (4 bis 9) zumindest ein Reed-Kontakt (36 bis 47) zugeordnet ist.
Schiebenockensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem beidseits der Verschiebenut je ein Hochkreisbereich vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Hochkreisbereich (16 bis 27) ein Hall-Sensor oder Reed-Kontakt (36 bis 47) zugeordnet ist.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hall-Sensoren oder Reed-Kontakte (36 bis 47) in einem Stabgehäuse (34 oder 35) vorgesehen sind und dass das Stabgehäuse (34 oder 35) achsparallel zur Grundwelle (2 oder 3) angeordnet ist.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabgehäuse (34 und 35) zweier benachbarter Grundwellen (2 und 3) mittels zumindest einer Brücke (49) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit an/in einen Zylinderkopfdeckel (48) eingebaut ist.
Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem/den Hochkreisbereich(en) (16 bis 27) zumindest je ein Dauermagnet eingebaut ist.