DE102018107936A1 - Verfahren zum Erwärmen eines gleitenden Nockenwellen-Stellglieds - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Erwärmen eines gleitenden Nockenwellen-Stellgliedes bei einem Motor-Kaltstart, worin das gleitende Nockenwellen-Stellglied mindestens eine ein Magnetfeld erzeugende Spule mit einem Kern, eine Kolbenaramatur, der im Kern der Magnetfeld erzeugenden Spule angeordnet ist, einen Magneten in mechanischer Verbindung mit der Kolbenarmatur sowie einen Stellglied-Stift in mechanischer Verbindung mit dem Magneten beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet das Erfassen einer Kaltstartbedingung des Motors und das Umkehren einer Erregerspannung auf die das Magnetfeld erzeugende Spule, wenn die Außentemperatur unter einer vorbestimmten Temperaturschwelle liegt. Die umgekehrte Erregungsspannung auf die Magnetfeld erzeugende Spule wird für einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhalten, um die Kolbenarmatur, den Magneten und den Stellglied-Stift zu erwärmen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft gleitende Nockenwellen-Stellglieder für Systeme mit variablem Ventilhub (VVL) und insbesondere ein Verfahren zum Erwärmen eines gleitenden Nockenwellen-Stellglieds unter Verwendung einer umgekehrten Spannung.
  • HINTERGRUND
  • Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können oder auch nicht.
  • Verbrennungsmotoren beinhalten Einlass- und Auslassventile, die von Nockenvorsprüngen von mindestens einer Nockenwelle betätigt werden können. In einigen Konfigurationen werden die Nockenwellen mit gleitenden Nockenwellen-Baugruppen mit mehreren Stufen gebaut, um den Hubweg eines Motorventils zu verändern. So kann beispielsweise eine zweistufige gleitende Nockenwelle einen hohen Hubnockenvorsprung zum Anheben eines Motorventils um einen maximalen Weg sowie einen niedrigen Hubnockenvorsprung zum Anheben des Motorventils um weniger als den maximalen Hubweg beinhalten.
  • Mindestens ein gleitendes Nockenwellen-Stellglied ist mit einem Verbrennungsmotor verbunden, um die Position zwischen den mehreren Nockenvorsprüngen zu ändern. Insbesondere mindestens ein Stellglied-Stift eines Nockenwellen-Stellglieds ist zu betätigen, um Verschiebungsnuten am Umfang des Nockenwellenzylinders an der gleitenden Nockenwellen-Baugruppe wahlweise eingreifen zu lassen. Bei Drehen der Nockenwellen-Baugruppe wird ein Stellglied-Stift ausgewählt, um sich in eine Verschiebungsnut des Nockenwellenzylinders zu bewegen, wodurch die gleitende Nockenwellen-Baugruppe in eine andere Position entlang der Nockenwellen-Achse verschoben wird. Wenn eine gleitende Nockenwelle ihre Position verschiebt, werden die Einlass- und/oder Auslassventile unterschiedlich entsprechend der geänderten Nockenvorspungsposition betätigt, z. B. kann sich eine gleitende Nockenwelle von einer Position mit hohem Hubnockenvorspung zu einer Position mit niedrigerem Hubnockenvorsprung bewegen, was wiederum einen unterschiedlichen Motorbetrieb bewirkt.
  • Somit ist die gleitende Nockenwelle eine wichtige Komponente im ordnungsgemäßen Betrieb eines gleitenden Nockenwellen-Systems mit VVL. Wenn das Stellglied kühl ist, können sich die Stifte langsamer bewegen als die Zeit, die gebraucht wird, um den Stift in die Schiebenut zu bewegen. Wenn dieses Stellglied kalt ist und wir das Stellglied länger auf „Ein“ stellen, um den Stift zu bewegen, weil er sich langsamer bewegt, wird die Spule beginnen, sich zu erwärmen, und die Verluste im Kupfer führen dazu, dass sich der Widerstand erhöht und sich die Kraft zum Hinausdrücken des Stiftes verringert. Diese Wärme, die in der Spule erzeugt wird, kann dem Stift keine Wärme hinzufügen, um die Reibung zu vermindern, während er kalt ist. Dieser erhöhte elektrische Widerstand kann zu einer trägen Motorleistung führen bis die Stellglied-Spulen aufgewärmt sind, was für einige ein hinreichendes Ärgernis sein könnte, um den Service aufzusuchen und/oder zu ungünstigen Produktleistungsbewertungen führen könnte. Somit besteht ein Bedarf, die negativen Leistungskennzeichen von gleitenden Nockenwellen-Stellgliedern nach einer Zündung in kalten Umgebungen zu beseitigen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Eine oder mehrere exemplarische Ausführungsformen gehen das obige Problem durch ein Verfahren zum Erwärmen eines gleitenden Nockenwellen-Stellgliedes unter Verwendung einer umgekehrten Spannung an. Namentlich betreffen exemplarische Ausführungsformen ein Verfahren zur Verwendung einer umgekehrten Spannung durch ein gleitendes Nockenwellen-Stellglied, worin das gleitende Nockenwellen-Stellglied mindestens eine ein Magnetfeld erzeugende Spule mit einem Kern, eine Kolbenaramatur, der im Kern der Magnetfeld erzeugenden Spule angeordnet ist, einen Magneten in mechanischer Verbindung mit der Kolbenarmatur sowie einen Stellglied-Stift in mechanischer Verbindung mit dem Magneten beinhaltet.
  • Das Verfahren beinhaltet das Erfassen eines Kaltstartzustandes des Motors. Ein weiterer Aspekt beinhaltet das Umkehren einer Erregungsspannung für die Magnetfeld erzeugende Spule. Und noch ein weiterer Aspekt beinhaltet das Zurückziehen der Kolbenarmatur, des Magneten und des Stellglied-Stiftes zur Magnetfeld erzeugenden Spule hin. Und noch ein weiterer Aspekt beinhaltet das Aufrechterhalten der umgekehrten Erregungsspannung auf die Magnetfeld erzeugende Spule für einen vorbestimmten Zeitraum, um die Kolbenarmatur, den Magneten und den Stellglied-Stift zu erwärmen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Erfassen des Weiteren das Lesen eines Außentemperatursensors bei der Motorzündung. Und ein weiterer Aspekt der exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Anlegen von Spannung, wenn die Außentemperatur kleiner oder gleich einer vorbestimmten Temperaturschwelle ist.
  • In noch einem weiteren Aspekt der exemplarischen Ausführungsform wird das Lesen und Umkehren durch ein Steuermodul durchgeführt. Noch ein weiterer Aspekt gemäß der exemplarischen Ausführungsform beinhaltet die Erzeugung einer Magnetkraftanziehung zwischen dem Magneten und der Magnetfeld erzeugenden Spule. Und noch ein anderer Aspekt gemäß der exemplarischen Ausführungsform beinhaltet das Abführen von Wärme von der Magnetfeld erzeugenden Spule zum Stellglied-Stift.
  • Figurenliste
  • Die vorliegenden exemplarischen Ausführungsformen werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen besser verständlich, in denen gilt:
    • 1 ist eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines gleitenden Nockenwellen-Stellglieds gemäß Aspekten der exemplarischen Ausführungsform;
    • 2 ist eine funktionale Darstellung eines gleitenden Nockenwellen-Stellglieds, bei dem eine umgekehrte Spannung auf die Magnetfeld erzeugende Spule angelegt wird, gemäß Aspekten einer exemplarischen Ausführungsform; und
    • 3 ist eine Darstellung eines Algorithmus des Verfahrens für das Erwärmen eines gleitenden Nockenwellen-Stellglieds unter Verwendung einer umgekehrten Erregungsspannung auf die Magnetfeld erzeugende Spule gemäß einer exemplarischen Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen davon in keiner Weise einschränken.
  • 1 bietet eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines gleitenden Nockenwellen-Stellglieds 10 gemäß Aspekten der exemplarischen Ausführungsform. Das gleitende Nockenwellen-Stellglied 10 enthält ein Gehäuse 12 mit einer Anschlagplatte 14, die an dessen Boden angeordnet ist, zur Begrenzung der Entfernung, die sich ein Stellglied-Stift (18a, 18b) bewegen kann, wenn er in einer ausgefahrenen Position ist. Das gleitende Nockenwellen-Stellglied enthält Magneten (16a, 16b) entsprechend an den Stellglied-Stiften (18a, 18b), die zwischen Magnetfeld erzeugenden Spulen (20a, 20b) und der Stift-Anschlagplatte 14 angeordnet sind. Die Magneten (16a, 16b) sind ebenfalls mechanisch an Kolbenarmaturen (22a, 22b) befestigt, die entlang des axialen Kernes der das Magnetfeld erzeugenden Spulen (20a, 20b) abgestoßen und zurückgezogen werden können, wenn die Spulen gemäß Aspekten der exemplarischen Ausführungsformen eingeschaltet werden. Die das Magnetfeld erzeugenden Spulen (20a, 20b) sind entsprechend gewickelt auf Rollen (24a, 24b) aus Eisen- oder Eisenverbundmaterial, das magnetische Eigenschaften in der Nähe von Magnetfeldern fördern kann.
  • 2 ist eine funktionale Darstellung eines gleitenden Nockenwellen-Stellglieds 10, bei dem eine umgekehrt Spannung an die Magnetfeld erzeugende Spule (20a, 20b) angelegt wird, gemäß Aspekten einer exemplarischen Ausführungsform. Unter einer Kaltstartbedingung, insbesondere in einer kalten Umgebung, kann das gleitende Nockenwellen-Stellglied 10 eine verminderte Leistung aufgrund einer Erhöhung der Reibung der Stifte und eines Maßes an Reibung der in ihren Hülsen gleitenden Magnete aufweisen. Bei Fahrzeugzündung wird ein Temperatursensor (nicht dargestellt) verwendet, um die Außentemperatur zu erfassen, und der Wert wird von einem Steuermodul (nicht dargestellt), z.B. Motorsteuergerät, gelesen. Wenn bestimmt wird, dass die Außentemperatur kleiner oder gleich einer vordefinierten Temperaturschwelle, z.B. 23 °C, ist, dann wird das Verfahren zum Erwärmen eines gleitenden Nockenwellen-Stellgliedes gemäß der exemplarischen Ausführungsform eingeleitet.
  • Eine umgekehrte Spannung wird vom Steuermodul an die das Magnetfeld erzeugenden Spulen (20a, 20b) angelegt, und die magnetischen Feldlinien (26a, 26b) erzeugen eine Magnetkraftanziehung (28a, 28b) zwischen den jeweiligen Magneten (16a, 16b) und den das Magnetfeld erzeugenden Spulen (20a, 20b). Das Anlegen der umgekehrten Spannung an die das Magnetfeld erzeugenden Spulen (20a, 20b) wird für eine vorgegebene Zeitspanne, z.B. 500 Sekunden, aufrechterhalten, um Wärme zu erzeugen und in die Kolbenarmaturen (22a, 22b), die Magneten (16a, 16b) und die Stellglied-Stifte (18a, 18b) abzuführen, sodass die Leistung des Stellglieds 10 nicht durch einen erhöhten elektrischen Widerstand gehemmt wird, weil die Spule wegen der Übertragung von Wärme in die Stifte bei einer kälteren Temperatur gehalten wird.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird dort eine Darstellung eines Algorithmus 100 des Verfahrens für das Erwärmen eines gleitenden Nockenwellen-Stellgliedes 10 unter Verwendung einer umgekehrten Erregungsspannung auf die Magnetfeld erzeugende Spule gemäß einer exemplarischen Ausführungsform geboten. Bei Block 110 beginnt das Verfahren mit dem Erfassen einer Kaltstartbedingung bei der Motorzündung. Wie oben erwähnt, geschieht dies durch ein Motorsteuergerät in Kombination mit einem Außentemperatursensor.
  • Bei Block 120 fährt das Verfahren mit dem Umkehren der Erregungsspannung auf die das Magnetfeld erzeugenden Spulen fort, wenn bestimmt wird, dass die Außentemperatur kleiner oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert ist, der als Hinweis auf einen Zustand anzusehen wäre, wo das gleitende Nockenwellen-Stellglied eine erhöhte Reibung der Stifte und ein Maß an Reibung der Magnete in ihren Hülsen aufweisen kann.
  • Bei Block 130 fährt das Verfahren mit dem Zurückziehen der Kolbenarmatur, des Magneten und des Stellglied-Stiftes zur Magnetfeld erzeugenden Spule hin fort. Die an die Magnetfeld erzeugenden Spulen angelegte umgekehrte Spannung erzeugt eine Magnetkraftanziehung zum Durchführen des Zurückziehens gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
  • Und bei Block 140 fährt das Verfahren mit dem Aufrechterhalten der umgekehrten Erregungsspannung auf die Magnetfeld erzeugende Spule für einen vorbestimmten Zeitraum fort, um die Kolbenarmatur, den Magneten und den Stellglied-Stift zu erwärmen. Es ist einzusehen, dass das Anlegen der umgekehrten Spannung an die Magnetfeld erzeugenden Spulen Wärme erzeugt, die zur Kolbenarmatur, den Magnete und den Stellglied-Stifte abgeführt wird, sodass jegliche negativen Leistungsmerkmale aufgrund erhöhten elektrischer Widerstandes eliminiert werden.
  • Die Beschreibung der Erfindung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, werden als im Rahmen der Erfindung befindlich vorausgesetzt. Diese Variationen sollen nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Erfindung betrachtet werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Erwärmen eines gleitenden Nockenwellen-Stellgliedes bei einem Motor-Kaltstart, worin das gleitende Nockenwellen-Stellglied mindestens eine ein Magnetfeld erzeugende Spule mit einem Kern, eine Kolbenaramatur, der im Kern der Magnetfeld erzeugenden Spule angeordnet ist, einen Magneten in mechanischer Verbindung mit der Kolbenarmatur sowie einen Stellglied-Stift in mechanischer Verbindung mit dem Magneten beinhaltet, das Verfahren umfassend: das Erfassen eines Kaltstartzustandes des Motors; das Umkehren einer Erregungsspannung für die Magnetfeld erzeugende Spule; das Zurückziehen der Kolbenarmatur, des Magneten und des Stellglied-Stiftes zur Magnetfeld erzeugenden Spule hin; und das Aufrechterhalten der umgekehrten Erregungsspannung auf die Magnetfeld erzeugende Spule für einen vorbestimmten Zeitraum, um die Kolbenarmatur, den Magneten und den Stellglied-Stift zu erwärmen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Erfassen des Weiteren das Lesen eines Außentemperatursensors bei der Motorzündung umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Umkehren des Weiteren eine Erregungsspannung umfasst, wenn die Außentemperatur kleiner oder gleich einer vorbestimmten Temperaturschwelle ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, worin das Lesen und das Umkehren durch ein Steuermodul durchgeführt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Umkehren das Erzeugen einer Magnetkraft-Anziehung zwischen dem Magneten und der Magnetfeld erzeugenden Spule umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend das Abführen von Wärme von der Magnetfeld erzeugenden Spule zum Stellglied-Stift hin.
  7. Verfahren zum Erwärmen eines gleitenden Nockenwellen-Stellgliedes bei einem Motor-Kaltstart, worin das gleitende Nockenwellen-Stellglied mindestens eine ein Magnetfeld erzeugende Spule mit einem Kern, eine Kolbenaramatur, der im Kern der Magnetfeld erzeugenden Spule angeordnet ist, einen Magneten in mechanischer Verbindung mit der Kolbenarmatur sowie einen Stellglied-Stift in mechanischer Verbindung mit dem Magneten beinhaltet, das Verfahren umfassend: das Lesen eines Außentemperatur Sensor zu, Erfassen einer Kaltstartbedingung bei der Motorzündung; das Umkehren einer Erregungsspannung für die Magnetfeld erzeugende Spule; das Zurückziehen der Kolbenarmatur, des Magneten und des Stellglied-Stiftes zur Magnetfeld erzeugenden Spule hin; und das Aufrechterhalten der umgekehrten Erregungsspannung auf die Magnetfeld erzeugende Spule für einen vorbestimmten Zeitraum, um die Kolbenarmatur, den Magneten und den Stellglied-Stift zu erwärmen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Umkehren des Weiteren eine Erregungsspannung umfasst, wenn die Außentemperatur kleiner oder gleich einer vorbestimmten Temperaturschwelle ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Lesen und das Umkehren durch ein Steuermodul durchgeführt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Umkehren das Erzeugen einer Magnetkraft-Anziehung zwischen dem Magneten und der Magnetfeld erzeugenden Spule umfasst.
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