-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die einen Ventiltrieb mit einer Grundnockenwelle aufweist, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen verlagerbar mindestens ein zumindest einen Nocken aufweisender Nockenträger angeordnet ist, wobei der Nockenträger mittels eines elektromechanischen Aktuator verlagerbar ist, der zumindest eine elektrische Spule aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine.
-
Der Ventiltrieb ist für den Einsatz mit der Brennkraftmaschine ausgelegt, insbesondere ist er Bestandteil der Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb wird insbesondere für eine Brennkraftmaschine eingesetzt, bei welcher das Arbeitsspiel von Gaswechselventilen einzelner oder aller Zylinder der Brennkraftmaschine zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften beeinflusst werden kann. Der mindestens eine Nockenträger, welcher auch als Nockenstück bezeichnet werden kann, ist drehfest und axial verlagerbar auf der Grundnockenwelle angeordnet. Das Verschieben beziehungsweise Verlagern des Nockenträgers erfolgt mit Hilfe einer Stelleinrichtung, die zumindest den elektromechanischen Aktuator aufweist. Dieser verfügt über die zumindest eine elektrische Spule.
-
Dem Nockenträger ist wenigstens ein Nocken zugeordnet, welcher auch als Ventilbetätigungsnocken bezeichnet werden kann. Selbstverständlich können mehrere, insbesondere zwei oder mehr, Ventilbetätigungsnocken an dem Nockenträger vorgesehen sein. Jeder dieser Ventilbetätigungsnocken weist eine Exzentrizität auf, welcher der Betätigung eines der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine bei einem bestimmten Drehwinkel der Grundnockenwelle dient. Die Ventilbetätigungsnocken laufen gemeinsam mit der Grundnockenwelle um, sodass das jeweilige Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zumindest einmal pro Umdrehung der Grundnockenwelle von dem zugeordneten Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise dessen Exzentrizität betätigt wird. Der Ventilbetätigungsnocken wirkt dabei vorzugsweise mit einem Rollenschlepphebel des Gaswechselventils zusammen, indem er mit diesem in Anlagekontakt tritt. Selbstverständlich kann einer der Ventilbetätigungsnocken jedoch auch mit Nullhub ausgeführt sein, sodass er das Gaswechselventile nicht betätigt.
-
Vorzugsweise sind mehrere Ventilbetätigungsnocken an dem Nockenträger vorgesehen, welche unterschiedlichen Nockengruppen zugeordnet sein können. Die Ventilbetätigungsnocken einer Nockengruppe unterscheiden sich nun beispielsweise hinsichtlich der Winkellage ihrer Exzentrizität und/oder der Erstreckung derselben in radialer Richtung (Höhe) und/oder in Umfangsrichtung (Länge) jeweils bezüglich einer Drehachse der Grundnockenwelle. Durch das axiale Verlagern des Nockenträgers kann dieser in wenigstens zwei Axialpositionen, beispielsweise in eine erste und eine zweite Axialposition, gebracht werden. In der ersten Axialposition wird das Gaswechselventil von einem ersten der Ventilbetätigungsnocken und in der zweiten Axialposition von einem zweiten der Ventilbetätigungsnocken betätigt, welche derselben Nockengruppe zugeordnet sind. Durch die Verlagerung des Nockenträgers können somit insbesondere der Öffnungszeitpunkt, die Öffnungsdauer und/oder der Hub des Gaswechselventils, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausgewählt und eingestellt werden.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine einfache Diagnose der Brennkraftmaschine ermöglicht.
-
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass eine in der elektrischen Spule induzierte elektrische Spannung erfasst wird, wenn sich ein Mitnehmer des Aktuators in seiner Ruheposition befindet, und anhand der Spannung eine Drehwinkelstellung der Grundnockenwelle ermittelt und/oder eine Diagnose des Ventiltriebs und/oder eines weiteren elektromechanischen Aktuators durchgeführt wird.
-
Vorstehend wurde bereits erläutert, dass das Verlagern des Nockenträgers mit Hilfe der Stelleinrichtung erfolgt, welche wiederum den elektromechanischen Aktuator aufweist. Der Aktuator ist bevorzugt ortsfest angeordnet, beispielsweise bezüglich eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine. Weiterhin kann die Stelleinrichtung eine auf dem Nockenträger oder an dem Nockenträger angeordnete Schaltkulisse aufweisen. Der Aktuator verfügt über den ausfahrbaren Mitnehmer, der sich mit einer beispielsweise schrauben- oder spiralförmigen Kulissenbahn der Schaltkulisse in Eingriff bringen lässt. Die Kulissenbahn beziehungsweise die Kulissenbahnen sind an der Schaltkulisse vorgesehen, welche dem Nockenträger zugeordnet ist. Beispielsweise ist die Schaltkulisse an dem Nockenträger ausgebildet oder mit diesem zum axialen Verlagern wirkverbunden.
-
Die Kulissenbahn beziehungsweise die Kulissenbahnen liegen jeweils entlang eines Verlaufs einer vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise stetigen Kurvenbahn vor und weisen eine bestimmte Breite auf, welche vorzugsweise auf die Breite des Mitnehmers des Aktuators abgestimmt ist. Üblicherweise ist die Kulissenbahn geringfügig breiter als der Mitnehmer, sodass ein problemloses Durchlaufen der Kulissenbahn durch den Mitnehme möglich ist. Die Kulissenbahnen liegen beispielsweise als Radialnuten vor, welche den Umfang der Schaltkulisse durchgreifen, also randoffen in dieser ausgebildet sind. Die Kurvenbahn liegt beispielsweise zentral in der Kulissenbahn vor und ist eine Linie im mathematischen Sinn. Diese Linie kann sich aus mehreren Linienabschnitten zusammensetzen.
-
Der Mitnehmer des Aktuators ist zum Verlagern des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle in Richtung der Grundnockenwelle ausfahrbar. Hierzu wird er aus seiner Ruheposition herausverlagert, in welcher er nicht zum Verlagern des Nockenträgers dient, insbesondere beabstandet von der Schaltkulisse und/oder dem Nockenträger angeordnet ist. Soll der Nockenträger verlagert werden, so wird der Mitnehmer aus der Ruheposition heraus in Richtung der Schaltkulisse beziehungsweise des Nockenträgers verlagert, beispielsweise in radialer Richtung bezüglich einer Drehachse der Grundnockenwelle. Das Verlagern des Mitnehmers kann beispielsweise mit Hilfe der elektrischen Spule erfolgen, welche hierzu ein Magnetfeld erzeugt, das den Mitnehmer aus seiner Ruheposition heraus und in Richtung der Schaltkulisse beziehungsweise des Nockenträgers drängt. Die Verlagerung des Mitnehmers kann jedoch auch auf andere Art und Weise bewerkstelligt werden.
-
Es ist vorgesehen, die elektrische Spule zur Diagnose der Brennkraftmaschine heranzuziehen, insbesondere zur Ermittlung der Drehwinkelstellung der Grundnockenwelle und/oder zur Diagnose des Ventiltriebs beziehungsweise des weiteren elektromechanischen Aktuators. Hierzu wird die elektrische Spannung erfasst, welche in der elektrischen Spule induziert wird, wenn sich der Mitnehmer des Aktuators in seiner Ruheposition befindet oder sich – ganz allgemein ausgedrückt – im Stillstand befindet, also nicht verlagert wird. Insbesondere wird die in der elektrischen Spule induzierte elektrische Spannung erfasst, wenn die elektrische Spule nicht zur Verlagerung des Mitnehmers verwendet wird, sofern dies überhaupt vorgesehen ist.
-
Anhand der erfassten elektrischen Spannung kann auf ein in der Brennkraftmaschine beziehungsweise dem Ventiltrieb vorliegendes, insbesondere zeitveränderliches, elektromagnetisches Feld geschlossen werden. Entsprechend kann anhand der erfassten Spannung auf den Betriebszustand weiterer Komponenten der Brennkraftmaschine geschlossen werden, welche ein derartiges, insbesondere zeitveränderliches, elektromagnetisches Feld erzeugen. Beispielsweise ist es vorgesehen, die Komponente derart anzusteuern, dass sie das elektromagnetische Feld erzeugt, und gleichzeitig oder nachfolgend die in der elektrischen Spule induzierte elektrische Spannung zu erfassen. Anhand der erfassten Spannung kann dann darauf geschlossen werden, ob die weitere Komponente funktionsfähig oder außer Funktion ist. Als die Komponente kann beispielsweise die Grundnockenwelle, eine Einrichtung des Ventiltriebs oder der weitere elektromechanische Aktuator verwendet werden.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehwinkelstellung der Nockenwelle aus der Spannung unter Verwendung der momentanen Axialposition des Nockenträgers und/oder die Nockenform des dem Aktuator am nächsten liegenden, auf dem Nockenträger angeordneten Nockens ermittelt wird. Beispielsweise ändert sich das elektromagnetische Feld in Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung und/oder der Axialposition des Nockenträgers beziehungsweise des Nockens. Dies ist insbesondere der Fall, falls an dem Nocken ein Magnet, insbesondere ein Permanentmagnet, angeordnet ist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, das elektromagnetische Feld mittels eines Feldgenerators zu erzeugen und den Einfluss des Nockenträgers beziehungsweise des Nockens anhand der erfassten induzierten Spannung festzustellen.
-
Weil sich der Einfluss in Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung und der Axialposition ändert, ist es vorteilhaft, diese Größe zusätzlich zu der induzierten Spannung heranzuziehen, um die Drehwinkelstellung zu ermitteln. Selbstverständlich kann es zusätzlich oder alternativ auch vorgesehen sein, die Nockenform des dem Aktuators am nächsten liegenden, auf dem Nockenträger angeordneten Nockens zu verwenden. Diese Nockenform kann dabei beispielsweise als empirische Größe in eine mathematische Beziehung, ein Kennfeld und/oder eine Tabelle einfließen, welche als Eingangsgröße die induzierte Spannung und als Ausgangsgröße die Drehwinkelstellung hat.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Rahmen der Diagnose des Ventiltriebs anhand der Spannung die momentane Axialposition des Nockenträgers ermittelt wird. Wie bereits vorstehend erläutert, hat die Axialposition des Nockenträgers einen Einfluss auf das elektromagnetische Feld, welches beispielsweise mit Hilfe des Feldgenerators erzeugt wird. Entsprechend ändert sich in Abhängigkeit von der Axialposition die erfasste induzierte Spannung, sodass aus dieser auf die momentane Axialposition des Nockenträgers geschlossen werden kann.
-
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als weiterer elektromechanischer Aktuator ein Kraftstoffinjektor oder eine Zündeinrichtung der Brennkraftmaschine verwendet wird. Auch der Kraftstoffinjektor beziehungsweise die Zündeinrichtung erzeugen während ihres Betriebs ein elektromagnetisches Feld. Auf dessen Vorhandensein kann anhand der induzierten elektrischen Spannung geprüft werden. Liegt das Feld vor, so kann davon ausgegangen werden, dass der weitere elektromechanische Aktuator in Betrieb ist. Anderenfalls wird auf die Funktionslosigkeit des weiteren Aktuators erkannt.
-
Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Spannung von einem Steuergerät ermittelt wird, das einen Analogeingang aufweist, an dem die Spule elektrisch angeschlossen ist. Das Steuergerät ist bevorzugt ein Motorsteuergerät oder ein Ventiltriebsteuergerät, dient also der Ansteuerung des Ventiltriebs und entsprechend des elektromechanischen Aktuators. Um die induzierte Spannung zuverlässig erfassen zu können, ist die Spule an den Analogeingang des Steuergeräts angeschlossen. Es wird also nicht lediglich auf das Vorhandensein der induzierten Spannung geprüft, vielmehr wird auch die genaue Höhe der Spannung erfasst.
-
Die Spule kann insoweit verwendet werden, um die momentane Position des Mitnehmers zu erfassen beziehungsweise zumindest um zu erkennen, ob sich der Mitnehmer in seiner Ruheposition befindet oder aus dieser herausverlagert ist. Insoweit wird die induzierte Spannung auch dann erfasst, wenn der Mitnehmer des Aktuators aus der Ruheposition herausverlagert ist. In diesem Fall wird anhand der induzierten Spannung geprüft, ob der Mitnehmer wieder zurück in seine Ruheposition verlagert wird, insbesondere nachdem der Nockenträger in axialer Richtung verlagert wurde.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Brennkraftmaschine einen Ventiltrieb mit einer Grundnockenwelle aufweist, auf der drehfest inzwischen wenigstens zwei Axialpositionen verlagerbar mindestens ein zumindest einen Nocken aufweisender Nockenträger angeordnet ist, wobei der Nockenträger mittels eines elektromechanischen Aktuators verlagerbar ist, der zumindest eine elektrische Spule aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine dazu ausgebildet ist, eine in der elektrischen Spule induzierte elektrische Spannung zu erfassen, wenn sich ein Mitnehmer des Aktuators in seiner Ruheposition befindet, und anhand der Spannung eine Drehwinkelstellung der Grundnockenwelle zu ermitteln und/oder eine Diagnose des Ventiltriebs und/oder eines weiteren elektromechanischen Aktuators durchzuführen.
-
Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spule als Sensorspule vorliegt, und dass der Aktuator zusätzlich zu der Sensorspule eine Betätigungsspule zur Verlagerung des Mitnehmers in Richtung der Grundnockenwelle aufweist. Der Aktuator verfügt insoweit über mehrere Spulen, nämlich die Sensorspule und die Betätigungsspule. Die Betätigungsspule dient der Verlagerung des Mitnehmers, während die Sensorspule allein dem Erfassen des elektromagnetischen Felds dient. Die Sensorspule wird also lediglich zum Erfassen der in ihr induzierten elektrischen Spannung herangezogen.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spule als Zusatzspule ausgebildet ist und der Aktuator zusätzlich zu der Zusatzspule die Sensorspule und die Betätigungsspule aufweist. Insoweit sind wenigstens drei Spulen vorgesehen, nämlich die Betätigungsspule, die Sensorspule und die Zusatzspule. Hinsichtlich der Beschreibung der Betätigungsspule und der Sensorspule wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Die Zusatzspule ist eine zusätzlich zu diesen Spulen vorliegende Spule, welche jedoch in den Aktuator integriert ist. Die Zusatzspule liegt also nicht als separate Spule in der Brennkraftmaschine beziehungsweise dem Ventiltrieb vor, sondern ist insbesondere in einem Gehäuse des Aktuators angeordnet.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Mitnehmer einen Permanentmagnet aufweist, der bei Verlagerung des Mitnehmers eine Spannung in der Spule induziert. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die Spule verwendet werden kann, um die Position des Mitnehmers zu ermitteln, insbesondere um festzustellen, ob sich dieser in seiner Ruheposition befindet. Zu diesem Zweck ist der Permanentmagnet vorgesehen, der dem Mitnehmer zugeordnet ist und gemeinsam mit diesem verlagert wird. Der Permanentmagnet ist hierzu an den Mitnehmer befestigt. Beispielsweise dient der Permanentmagnet dazu, den Mitnehmer in seiner Ruheposition zu halten, bis er mit Hilfe der Spule beziehungsweise der Betätigungsspule aus dieser heraus verlagert wird. zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Permanentmagnet den Mitnehmer in seiner ausgefahrenen Position hält, in welcher der Mitnehmer der Verlagerung des Nockenträgers dient, insbesondere indem er in die Schaltkulisse eingreift.
-
Schließlich kann im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Nockenträger, insbesondere eine in jeder der Axialpositionen in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse der Grundnockenwelle mit dem Aktuator in Überdeckung stehende Schaltkulisse des Nockenträgers, an seinem/ihrem Außenumfang eine in Umfangsrichtung variierende Ausgestaltung, beispielsweise eine Verzahnung, aufweist. Der Außenumfang beziehungsweise dessen variierende Ausgestaltung ist derart angeordnet, dass er das elektromagnetische Feld beeinflusst, welches in der elektrischen Spule die elektrische Spannung induziert.
-
Beispielsweise liegt die Ausgestaltung in Form der Verzahnung vor, sodass also der Nockenträger beziehungsweise die Schaltkulisse an ihrem Außenumfang eine Vielzahl von Zähnen aufweist. Jeder dieser Zähne beeinflusst das elektromagnetische Feld, wobei diese Beeinflussung mit Hilfe der elektrischen Spule einfach feststellbar ist. Auf diese Art und Weise kann anhand der elektrischen Spannung, die in der Spule induziert wird, die Drehwinkelstellung der Grundnockenwelle ermittelt werden. Besonders bevorzugt liegt die variierende Ausgestaltung an der Schaltkulisse des Nockenträgers vor. Diese steht in jeder der Axialpositionen in axialer Richtung in Überdeckung mit dem Aktuator, sodass ein vergleichsweise großer Einfluss auf das die Spannung induzierende elektromagnetische Feld vorliegt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
-
Figur eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Aktuators eines Ventiltriebs.
-
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Aktuators 1, der einem hier nicht weiter dargestellten Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Der Aktuator 1 weist wenigstens einen Mitnehmer 2 auf, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Mitnehmer 2. Jeder der Mitnehmer 2 ist in Richtung seiner jeweiligen Längsmittelachse verlagerbar. Der links dargestellte Mitnehmer 2 liegt dabei in einer Ruheposition vor. In dieser wirkt ein Permanentmagnet 3, der mit dem Mitnehmer 2 mechanisch verbunden ist, mit einem Gegenelement 4, beispielsweise einer Ankerführung eines Ankers 5 zusammen, um den Mitnehmer 2 in seiner Ruheposition zu halten. Der rechte Mitnehmer 2 dagegen ist aus seiner Ruheposition heraus verlagert. Er ist dabei derart angeordnet, dass der Permanentmagnet 3 an einem von einem Gehäuse 6 des Aktuators 1 gebildeten Endanschlag 7 anliegt. Das Gehäuse 6 ist vorzugsweise wenigstens bereichsweise magnetisch oder magnetisierbar, sodass der Permanentmagnet 3 den Mitnehmer 2 auch in dieser Position hält.
-
Eine Verlagerung des Mitnehmers 2 aus einer Ruheposition heraus wird durch Bestromung einer Betätigungsspule 8 erzielt. Durch das Bestromen wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, welches auf den Anker 5 wirkt und diesen zum Verlagern des Mitnehmers 2 aus der Ruheposition heraus einwirkt. Mit dem Anker 5 beziehungsweise mit dem Mitnehmer 2 kann zudem ein Geberelement 9 verbunden sein. Das Geberelement 9 wird zusammen mit dem Anker 5 und dem Mitnehmer 2 verlagert. Das Geberelement 9 weist beispielsweise eine Magnethülse 10 auf. Das von der Magnethülse 10, welche in Form eines Permanentmagnets vorliegt, erzeugte Magnetfeld induziert in einer Spule 11 eine elektrische Spannung, deren Höhe von der Position des Mitnehmers 2 und/oder einer Verlagerungsgeschwindigkeit des Mitnehmers 2 abhängt. Mit Hilfe des Geberelements 9 sowie der Spule 11 kann insoweit festgestellt werden, ob der Mitnehmer 2 nach dem Verlagern eines auf einer Grundnockenwelle angeordneten Nockenträgers wieder in seine Ruheposition zurückverlagert wird oder wurde.
-
Es ist nun vorgesehen, die Spule 11 zusätzlich für eine Diagnose der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Ventiltriebs heranzuziehen. Zu diesem Zweck wird eine in der Spule 11 induzierte elektrische Spannung erfasst, wenn sich der Mitnehmer 2 in seiner Ruheposition befindet. Anhand dieser Spannung soll nun auf eine Drehwinkelstellung der Grundnockenwelle geschlossen werden. Alternativ oder zusätzlich wird eine Diagnose des Ventiltriebs und/oder eines weiteren elektromechanischen Aktuators durchgeführt. Die Spule 11 dient entsprechend nicht nur dem Erfassen der Position des Mitnehmers 2, sondern vielmehr einer darüber hinausgehenden Diagnose der Brennkraftmaschine.
