DE102020126550A1

DE102020126550A1 - Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Aktors in einem System zur variablen Ventilsteuerung; System

Info

Publication number: DE102020126550A1
Application number: DE102020126550.6A
Authority: DE
Inventors: Fabio De Giacomo; Nikola Knorr; Stefan Berg; Matthias Ammann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-10-09
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2022-04-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Aktors in einem System zur variablen Ventilsteuerung, insbesondere zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors,wobei der Aktor einen Elektromagnet mit einer Spule und einen mittels des Elektromagneten bewegbaren Anker umfasst, der mit einem zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegbaren Element gekoppelt ist,wobei ein in der Spule des Elektromagneten fließender gepulster Strom gemessen wird,-- wobei eine Ausfahrphase zum Ausfahren des Elements vorgesehen ist, wobei in der Ausfahrphase der gepulste Strom zwischen einem Ausfahrmaximalwert und einem Ausfahrminimalwert der Ausfahrphase liegt,-- wobei eine Haltephase zum Halten des Elements in einer ausgefahrenen Stellung vorgesehen ist, wobei in der Haltephase der gepulste Strom zwischen einem Haltemaximalwert und einem Halteminimalwert der Haltephase liegt,-- wobei nach der Ausfahrphase und vor der Haltephase eine Übergangsphase angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,--- dass eine Dauer der Übergangsphase ermittelt wird und mithilfe eines Abgleichs der ermittelten Dauer der Übergangsphase mit einem Abgleichswert ermittelt wird, ob der Anker und/oder das Element in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist, und/oder— dass eine Ausschaltzeiteines Pulse des gepulsten Stroms ermittelt wird und mithilfe der ermittelten Ausschaltzeit ein weiterer Abgleich mit einem weiteren Abgleichswert durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit des weiteren Abgleichs ermittelt wird, ob der Anker und/oder das Element in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Aktors in einem System zur variablen Ventilsteuerung, insbesondere zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, wobei der Aktor einen Elektromagnet mit einer Spule und einen mittels des Elektromagneten bewegbaren Anker umfasst, der mit einem zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegbaren Element gekoppelt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein System zur variablen Ventilsteuerung, insbesondere zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Aktor, wobei der Aktor einen Elektromagnet mit einer Spule und einen mittels des Elektromagneten bewegbaren Anker umfasst, der mit einem zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegbaren Element gekoppelt ist.
Derartige Aktoren werden beispielsweise in Systemen zur variablen Ventilsteuerung in Verbrennungsmotoren dazu eingesetzt, Nockenstücke mit mehreren unterschiedlichen Nockenkonturen, auf einer Welle axial zu verschieben. Solche Nockenstücke werden auch als Schiebenocken bezeichnet. An dem Nockenstück ist dabei eine gekrümmte Nut vorgesehen, in welche ein bewegbares Element, insbesondere ein bewegbarer Aktorstift, des Aktors wahlweise eingreifen kann. In seiner eingefahrenen Stellung greift der Aktorstift nicht in die Nut ein, sodass das Nockenstück in seiner derzeitigen axialen Stellung verbleibt. In der ausgefahrenen Stellung des Aktorstifts greift dieser hingegen in die gekrümmte Nut ein und kann dadurch eine axiale Verschiebung des Nockenstücks bewirken. Oftmals weisen derartige Aktoren mehrere Aktorstifte auf, sodass mehrere Verschiebeschritte gesteuert werden können. Ein derartiger Aktor ist beispielsweise aus der DE 10 2013 210 871 A1 bekannt.
Im Betrieb derartiger Systeme kann es jedoch passieren, dass das bewegbare Element, also insbesondere der Aktorstift, oder der Anker des Aktors verklemmt bzw. blockiert ist und festsitzt, sodass eine erwartete Bewegung nicht stattfindet. Hierdurch kann die Funktion des Gesamtsystems negative beeinträchtigt werden, beispielsweise können Probleme betreffend die Emission auftreten.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine robuste Überwachung eines Zustands eines Aktors in einem System zur variablen Ventilsteuerung zu ermöglichen, insbesondere eine robuste und kosteneffiziente Überwachung, mit der zuverlässig festgestellt werden kann, ob sich ein Anker und/oder ein bewegbares Element des Aktors in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand befindet.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Aktors in einem System zur variablen Ventilsteuerung, insbesondere zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, wobei der Aktor einen Elektromagnet mit einer Spule und einen mittels des Elektromagneten bewegbaren Anker umfasst, der mit einem zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegbaren Element gekoppelt ist, wobei ein in der Spule des Elektromagneten fließender gepulster Strom gemessen wird,

-- wobei eine Ausfahrphase zum Ausfahren des Elements vorgesehen ist, wobei in der Ausfahrphase der gepulste Strom zwischen einem Ausfahrmaximalwert (und einem Ausfahrminimalwert der Ausfahrphase liegt,
-- wobei eine Haltephase zum Halten des Elements in einer ausgefahrenen Stellung vorgesehen ist, wobei in der Haltephase der gepulste Strom zwischen einem Haltemaximalwert und einem Halteminimalwert der Haltephase liegt,
-- wobei nach der Ausfahrphase und vor der Haltephase eine Übergangsphase angeordnet ist,

— dass eine Dauer der Übergangsphase ermittelt wird und mithilfe eines Abgleichs der ermittelten Dauer der Übergangsphase mit einem Abgleichswert ermittelt wird, ob der Anker und/oder das Element in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist, und/oder
— dass eine Ausschaltzeit eines Pulse des gepulsten Stroms ermittelt wird und mithilfe der ermittelten Ausschaltzeit ein weiterer Abgleich mit einem weiteren Abgleichswert durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit des weiteren Abgleichs ermittelt wird, ob der Anker und/oder das Element in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der in der Spule des Elektromagneten fließende gepulste Strom gemessen und vorteilhaft ausgewertet. Der Betrieb des Aktors umfasst typischerweise eine Ausfahrphase zum Ausfahren des bewegbaren Elements und eine Haltephase zum Halten des bewegbaren Elements in einer ausgefahrenen Position. Während des Betriebs können jedoch Probleme dahingehend auftreten, dass das bewegbare Element und/oder ein Anker des Aktors blockiert sind und ggf. festsitzen, also nicht wie erwartet bewegt werden. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun möglich, solche Probleme, also einen festsitzenden und/oder blockierten Zustand des Ankers und/oder des bewegbaren Elements, besonders zuverlässig zu detektieren. Erfindungsgemäß ist es dabei besonders vorteilhaft möglich, dass auf Bewegungssensoren zur Erfassung der Bewegung des Ankers und/oder bewegbaren Elements verzichtet werden kann und dennoch eine zuverlässige Zustandsermittlung erreicht werden kann. Hierdurch wird eine kostengünstige Überwachung und Ermittlung eines festsitzenden und/oder blockierten Zustands möglich.
Gemäß einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine Dauer der Übergangsphase zwischen der Ausfahrphase und der Haltephase ermittelt und ein Abgleich der ermittelten Dauer der Übergangsphase mit einem Abgleichswert durchgeführt wird, wobei mithilfe dieses Abgleichs festgestellt wird, ob der Anker und/oder das Element in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist.
Gemäß einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung wird eine Ausschaltzeit eines Pulse des gepulsten Stroms ermittelt, und es wird mithilfe der ermittelten Ausschaltzeit ein weiterer Abgleich mit einem weiteren Abgleichswert durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit des weiteren Abgleichs ermittelt wird, ob der Anker und/oder das Element in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist. Es ist hierbei beispielsweise denkbar, dass die ermittelte Ausschaltzeit beim weiteren Abgleich selbst mit einem weiteren Abgleichswert verglichen wird. Es ist alternativ aber beispielsweise auch denkbar, dass ein Wert, der mithilfe der ermittelten Ausschaltzeit und mithilfe weiterer Messgrößen und/oder Parameter und/oder Rechenoperationen ermittelt wird, mit einem weiteren Abgleichswert abgeglichen wird.
Gemäß einer dritten Variante der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass sowohl eine Dauer der Übergangsphase zwischen der Ausfahrphase und der Haltephase ermittelt wird und ein Abgleich der ermittelten Dauer der Übergangsphase mit einem Abgleichswert durchgeführt wird, als auch
dass eine Ausschaltzeit eines Pulse des gepulsten Stroms ermittelt wird und mithilfe der ermittelten Ausschaltzeit ein weiterer Abgleich mit einem weiteren Abgleichswert durchgeführt wird,
wobei mithilfe beider Abgleiche festgestellt wird, ob der Anker und/oder das Element in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist. Hierdurch kann eine besonders hohe Zuverlässigkeit erreicht werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass in der Ausfahrphase eine Spannung für die Spule derart bereitgestellt wird, dass der gepulste Strom zwischen dem Ausfahrmaximalwert und dem Ausfahrminimalwert der Ausfahrphase liegt,
wobei in der Haltephase die Spannung für die Spule derart bereitgestellt wird, dass der gepulste Strom zwischen dem Haltemaximalwert und dem Halteminimalwert der Haltephase liegt. Somit findet eine vorteilhafte Regelung derart statt, dass sich der Strom sowohl in der Ausfahrphase als auch in der Haltephase zwischen jeweils einem Maximalwert und einem Minimalwert bewegt. Die Spannung wird insbesondere mithilfe von Pulsweitenmodulation (PWM) bereitgestellt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass während einer Einschaltzeit des Pulses des gepulsten Stroms die Spannung mithilfe eines eingeschalteten Schaltungselements, insbesondere eines eingeschalteten MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), an die Spule angelegt wird, wobei mithilfe des Schaltungselements während der Ausschaltzeit keine Spannung an die Spule angelegt wird, wobei während der Dauer der Übergangsphase mithilfe des Schaltungselements keine Spannung an die Spule angelegt wird. Während der Ausschaltzeit ist der MOSFET vorzugweise ausgeschaltet. Zu den Pulsen des gepulsten Stroms wird vorzugsweise jeweils die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit ermittelt. Die Einschaltzeit ist bevorzugt definiert als die Zeitspanne, während der der Strom im Verlauf eines Pulses ansteigt. Alternativ kann die Einschaltzeit definiert sein als Zeitspanne während der der gepulste Strom zwischen einem niedrigeren Ausfahrminimalwert bzw. Halteminimalwert und einem höheren Ausfahrmaximalwert bzw. Haltemaximalwert monoton ansteigt. Die Ausschaltzeit ist bevorzugt definiert als die Zeitspanne, während der der Strom im Verlauf eines Pulses abfällt. Alternativ kann die Ausschaltzeit definiert sein als Zeitspanne während der der gepulste Strom zwischen einem höheren Ausfahrmaximalwert bzw. Haltemaximalwert monoton und einem niedrigeren Ausfahrminimalwert bzw. Halteminimalwert monoton abfällt. Einschaltzeit und Ausschaltzeit wiederholen sich abwechselnd sowohl in der Ausfahrphase als auch in der Haltephase.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dauer der Übergangsphase der Zeitspanne zwischen dem letztmaligen Erreichen des Ausfahrminimalwerts und dem erstmaligen Erreichen des Halteminimalwerts entspricht. Somit kann eine besonders vorteilhafte Dauer der Übergangsphase verwendet werden, durch die die Dauer bzw. Zweitspanne der Übergangsphase verlässlich, wiederholbar und stabil ermittelt werden kann. Hierdurch wird eine besonders vorteilhafte und zuverlässige Vergleichbarkeit mit dem Abgleichswert ermöglicht. Für eine bestimmte Übergangsphase wird die Zeitspanne dieser bestimmten Übergangsphase dabei derart ermittelt, dass die Zeitspanne zwischen dem letztmaligen Erreichen des Ausfahrminimalwerts zu Beginn der bestimmten Übergangsphase und dem erstmaligen Erreichen des Halteminimalwerts am Ende der bestimmten Übergangsphase ermittelt wird. Durch eine derartige Ermittlung der Dauer der Übergangsphase kann eine besonders zuverlässige Detektion eines festsitzenden und/oder blockierten Zustands des Ankers und/oder des bewegbaren Elements ermöglicht werden. Es ist besonders vorteilhaft möglich, dass durch eine vorteilhafte Regelung an die Ausfahrphase eine zusätzliche Pulsphase angehängt wird, sofern die Ausfahrphase nicht auf dem Ausfahrminimalwert endet. Hierdurch kann ein Startpunkt der Übergangsphase PIII besonders vorteilhaft und definiert auf das Erreichen bzw. Durchschreiten des Ausfahrminimalwerts gelegt werden. Hierdurch kann eine vergleichbare Ermittlung der Dauer der Übergangsphase erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ausschaltzeit des Pulses des gepulsten Stroms während der Haltephase ermittelt wird und mithilfe der während der Haltephase ermittelten Ausschaltzeit der weitere Abgleich mit dem weiteren Abgleichswert durchgeführt wird. Besonders vorteilhaft ist es hierbei denkbar, dass die minimale Ausschaltzeit des Pulses des gepulsten Stroms innerhalb der Haltephase ermittelt wird und dass beim weiteren Abgleich ein Abgleich dieser ermittelten minimalen Ausschaltzeit innerhalb der Haltephase mit dem weiteren Abgleichswert durchgeführt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass der Abgleichswert temperaturabhängig ist und/oder dass der weitere Abgleichswert temperaturabhängig ist. Es ist besonders vorteilhaft möglich, dass die momentane Temperatur, beispielsweise mithilfe eines Temperatursensors, ermittelt wird. Somit kann ein Abgleich der ermittelten Dauer der Übergangsphase mit dem temperaturabhängigen Abgleichswert entsprechend der ermittelten Temperatur, und/oder ein weitere Abgleich mithilfe der ermittelten Ausschaltzeit mit dem temperaturabhängigen weiteren Abgleichswert entsprechend der ermittelten Temperatur erfolgen, und derart besonders zuverlässig festgestellt werden, ob der Anker und/oder das bewegbare Element in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist. Insbesondere hängen die ermittelte Dauer der Übergangsphase und die ermittelte Ausschaltzeit jeweils von der aktuellen Temperatur sowie ggf. von einer Dispersion des Aktors ab, sodass durch die Temperaturabhängigkeit des Abgleichswerts und/oder des weiteren Abgleichswerts eine besonders vorteilhafte Sicherheit bei der Ermittlung eines festsitzenden und/oder blockierten Zustands ermöglicht wird. Insbesondere hängt die Dauer der Übergangsphase von der Induktivität und dem Widerstand der Spule bei gegebener Temperatur ab und nicht von anderen Faktoren, wie beispielsweise der Batteriespannung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen,

-- dass der Abgleichswert und/oder der weitere Abgleichswert mithilfe von einer oder mehreren Messungen in einem funktionieren Zustand des Ankers und/oder des Elements, insbesondere in einem nicht festsitzenden und/oder nicht blockierten Zustand des Ankers und/oder des bewegbaren Elements ermittelt werden, und/oder
-- dass der Abgleichswert und/oder der weitere Abgleichswert mithilfe von einer oder mehreren Messungen an einem oder mehreren baugleichen Aktoren in einem funktionierenden Zustand eines Ankers und/oder eines bewegbaren Elements des oder der baugleichen Aktoren ermittelt werden. Somit können der Abgleichswert und/oder der weitere Abgleichswert vorteilhaft ermittelt und gespeichert werden, sodass der Abgleichswert und/oder der weitere Abgleichswert für den Abgleich und/oder den weiteren Abgleich zur Verfügung stehen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen,

-- dass ein temperaturabhängiger Vektor von Abgleichswerten und/oder ein temperaturabhängiger weiterer Vektor von weiteren Abgleichswerten mithilfe von temperaturabhängigen Messungen in einem funktionieren Zustand des Ankers und/oder des Elements, insbesondere in einem nicht festsitzenden und/oder nicht blockierten Zustand des Ankers und/oder des bewegbaren Elements ermittelt werden, und/oder
-- dass ein temperaturabhängiger Vektor von Abgleichswerten und/oder ein temperaturabhängiger weiterer Vektor von weiteren Abgleichswerten mithilfe von temperaturabhängigen Messungen an einem oder mehreren baugleichen Aktoren in einem funktionierenden Zustand eines Ankers und/oder eines bewegbaren Elements des oder der baugleichen Aktoren ermittelt werden. Der Vektor umfasst dabei vorzugsweise eine Vielzahl von Abgleichswerten für unterschiedliche Temperaturen. Der weitere Vektor umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von weiteren Abgleichswerten für unterschiedliche Temperaturen. Der Vektor und/oder der weitere Vektor können vorteilhaft ermittelt und gespeichert werden, sodass der Vektor und/oder der weitere Vektor mit den entsprechenden temperaturabhängigen Abgleichswerten und/oder weiteren Abgleichswerten für den Abgleich und/oder den weiteren Abgleich zur Verfügung stehen. Der Vektor und weitere Vektor können auch als Diagnose-Tabellen verstanden werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass bei dem Abgleich ermittelt wird, ob die ermittelte Dauer der Übergangsphase unterschiedlich von dem Abgleichswert ist, und/oder
dass bei dem weiteren Abgleich ermittelt wird, ob die ermittelte Ausschaltzeit unterschiedlich von dem weiteren Abgleichswert ist, wobei der festsitzende und/oder blockierte Zustand des Ankers und/oder des Elements insbesondere dann festgestellt wird, wenn die ermittelte Dauer der Übergangsphase sich von dem Abgleichswert unterscheidet, und/oder wenn die ermittelte Ausschaltzeit sich von dem weiteren Abgleichswert unterscheidet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass bei dem Abgleich ermittelt wird, ob die ermittelte Dauer der Übergangsphase größer ist als der Abgleichswert, und/oder
dass bei dem weiteren Abgleich ermittelt wird, ob die ermittelte Ausschaltzeit größer ist als der weitere Abgleichswert,
wobei der festsitzende und/oder blockierte Zustand des Ankers und/oder des Elements insbesondere dann festgestellt wird, wenn die ermittelte Dauer der Übergangsphase größer ist als der Abgleichswert und/oder die ermittelte Ausschaltzeit größer ist als der weitere Abgleichswert. Befindet sich der Anker und/oder das bewegbare Element in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand erhöht sich die Dauer der Übergangsphase und die Ausschaltzeit, insbesondere die minimale Ausschaltzeit in der Haltephase, gegenüber den jeweiligen Dauern/Ausschaltzeiten im nicht blockierten und nicht festsitzenden Zustand. Wenn sich der Anker und/oder das bewegbare Element in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand befinden, erhöht sich die Dauer der Übergangsphase insbesondere dadurch, dass in der Ausfahrphase keine Energie in eine Bewegung umgewandelt wurde. Die Energie die dadurch in der vorhegenden Ausfahrphase in dem Aktuator gespeichert wurde, wird während der Übergangsphase abgegeben, was die Dauer der Übergangsphase verlängert. Ferner, da in diesem Fall keine interne Bewegung, insbesondere des Ankers, erfolgt ist, ist auch keine Änderung des Luftspalts am Anker erfolgt und die Induktivität hat sich nicht verändert, sondern ist auf ihrem vorherigen (ursprünglichen) Wert geblieben. Dieser ursprüngliche Wert der Induktivität ist größer als der Wert der Induktivität nach einer Bewegung durch die Änderung des Luftspalts wäre. Im festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist somit die L/R-Zeitkonstante größer als in einem Zustand, in dem der Aktuator nicht festsitzt und nicht blockiert ist. Auch hierdurch wird die Dauer der Übergangsphase im festsitzenden und/oder blockierten Zustand gegenüber dem nicht blockierten und nicht festsitzenden Zustand erhöht. Es hat sich beispielsweise gezeigt, dass ein Aktor im festsitzenden und/oder blockierten Zustand eine um einen Faktor von ca. zwei verlängerte Dauer der Übergangsphase aufweisen kann als im nicht festsitzenden und nicht blockierten Zustand (bei gleichen Temperaturbedingungen und bei gleichen Stromwerten für den Ausfahrminimalwert der Ausfahrphase und den Halteminimalwert der Haltephase).
Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das bewegbare Element als bewegbarer Aktorstift ausgebildet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass - zusätzlich zu dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung - ein weiteres Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Aktors in einem System zur variablen Ventilsteuerung, insbesondere zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, durchgeführt wird, wobei im weiteren Verfahren:

-- der Aktor den Elektromagnet mit der Spule und den mittels des Elektromagnets bewegbaren Anker umfasst, der mit einem zwischen einer vollständig eingefahrenen Stellung und einer vollständig ausgefahrenen Stellung bewegbaren Element, insbesondere einem Aktorstift, gekoppelt ist,
-- der in der Spule des Elektromagnets fließende gepulste Strom gemessen wird, und die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit der Pulse des gepulsten Stroms ermittelt werden,
-- in Abhängigkeit von der Einschaltzeit und der Ausschaltzeit eine Kenngröße ermittelt wird,
-- ein zeitlicher Verlauf der Kenngröße beobachtet wird, um eine Bewegung des bewegbaren Elements, insbesondere in Richtung der vollständig eingefahrenen Stellung, zu überwachen. Im Falle eins festsitzenden und/oder blockierten Zustands des Ankers und/oder bewegbaren Elements wird mit dem weitern Verfahren vorteilhafterweise kein Push-Back detektiert und keine Bewegung in Richtung der vollständig eingefahrenen Stellung gemessen/ermittelt. Somit kann vorteilhafterweise eine zusätzliche Ermittlung eines festsitzenden und/oder blockierten Zustands vorgenommen werden, die zur zusätzlichen Erhöhung der Zuverlässigkeit der Zustandsermittlung beitragen kann.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zur variablen Ventilsteuerung, insbesondere zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Aktor,
wobei der Aktor einen Elektromagnet mit einer Spule und einen mittels des Elektromagneten bewegbaren Anker umfasst, der mit einem zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegbaren Element gekoppelt ist,
wobei das System derart konfiguriert ist, dass ein in der Spule des Elektromagneten fließender gepulster Strom gemessen wird,

-- wobei eine Ausfahrphase zum Ausfahren des Elements vorgesehen ist, wobei in der Ausfahrphase der gepulste Strom zwischen einem Ausfahrmaximalwert und einem Ausfahrminimalwert der Ausfahrphase liegt,
-- wobei eine Haltephase zum Halten des Elements in einer ausgefahrenen Stellung vorgesehen ist, wobei in der Haltephase der gepulste Strom zwischen einem Haltemaximalwert und einem Halteminimalwert der Haltephase liegt,
-- wobei nach der Ausfahrphase und vor der Haltephase eine Übergangsphase angeordnet ist,

Bei dem System können dieselben Vorteile erreicht werden, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Aktors oder im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Ferner können bei dem System auch die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Merkmale allein oder in Kombination Anwendung finden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:

1A ein Ausführungsbeispiel eines Aktors für ein System zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors in einer schematischen Schnittdarstellung, wobei sich der Aktorstift in einer vollständig ausgefahrenen Stellung befindet;
1B den Aktor gemäß 1A, wobei sich der Aktorstift in einer vollständig eingefahrenen Stellung befindet;
2, 3 und 4 jeweils einen zeitlichen Verlauf des in der Spule fließenden Stroms gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
5, 6, 7 und 8 jeweils einen zeitlichen Verlauf des in der Spule fließenden Stroms für vier Aktoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand;
9 und 10 jeweils einen zeitlichen Verlauf des in der Spule fließenden Stroms für zwei Aktoren gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem nicht festsitzenden und nicht blockierten Zustand;
11 einen Vergleich zwischen der minimalen Ausschaltzeit in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand und der minimalen Ausschaltzeit in einem nicht festsitzenden und nicht blockierten Zustand für einen Aktor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 die Ausschaltzeiten von Aktoren in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand im Vergleich zu den Ausschaltzeiten von Aktoren in einem nicht festsitzenden und nicht blockierten Zustand.

In 1A und 1B ist ein Ausführungsbeispiel eines Aktors 1 gezeigt, der in einem System zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors zur Anwendung kommen kann. Der Aktor 1 umfasst einen Elektromagnet 2 mit einer Spule 3 und einen mittels des Elektromagneten 2 bewegbaren Anker 4. Der Anker 4 ist zwischen der in 1A dargestellten ausgefahrenen Stellung und der in 1B gezeigten eingefahrenen Stellung entlang einer zu einer Längsachse der Spule 3 parallelen Richtung R bewegbar. Der Anker 4 umfasst einen Ankerstößel 4.1 sowie eine Ankerhülse 4.2 mit einer Aufnahme, in welcher der Ankerstößel 4.1 aufgenommen ist. Der Ankerstößel 4.1 ist in einer Hülse 6 geführt, welche einen Innenraum des Elektromagnets 2, in welchem der Anker 4 bewegbar ist, abdichtet. Durch diese Abdichtung ist es möglich, den Innenraum mit einem Schmiermittel, beispielsweise einem Öl zu füllen.
Der Aktor 1 umfasst ferner ein bewegbares Element 9, insbesondere einen Aktorstift, der zwischen einer in 1B gezeigten vollständig eingefahrenen Stellung und einer in 1A gezeigten vollständig ausgefahrenen Stellung bewegbar ist. Der Aktorstift ist mit dem Anker 4 über einen Schwenkhebel 7 gekoppelt, der an einer Lagerstelle 8 schwenkbar gelagert ist. Hierzu steht ein freies Ende des Ankerstößels 4.1 mit dem Schwenkhebel 7 in Kontakt. Der Schwenkhebel 7 kontaktiert seinerseits ein Ende des Aktorstifts. Der Aktorstift ist über ein Federelement 10 in Richtung seiner eingefahrenen Stellung vorgespannt. In dem System zur variablen Ventilsteuerung wird der Aktor 1 zusammen mit einem Nockenstück verwendet, welches auf der Nockenwelle axial verschiebbar gelagert ist. Dieses Nockenstück umfasst eine gekrümmte Nut, in welche der Aktorstift eingreifen kann. Die Nut des Nockenstücks umfasst zudem einen rampenförmigen Bereich, welcher den Aktorstift ausgehend von seiner vollständig ausgefahrenen Stellung in Richtung seiner vollständig eingefahrenen Stellung drückt.
In einer Abwandlung des in 1A und 1B gezeigten Ausführungsbeispiels kann der Aktor zwei Aktorstifte umfassen, die jeweils von einem separaten Elektromagneten angesteuert werden.
Zum Ausfahren des Aktorstifts sowie zum Halten des Aktorstifts in seiner vollständig ausgefahrenen Stellung wird eine gepulste Spannung an der Spule des Elektromagneten 2 angelegt. Hierzu umfasst das System eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit. Diese ist dazu eingerichtet, die Spule mit einer gepulsten Spannung anzusteuern, beispielsweise mit einer Spannung, die durch Pulsweitenmodulation (PWM) bereitgestellt wird.
Die Darstellung in 2 zeigt den in der Spule 3 fließenden Strom I. In einer Ausfahrphase PI, in welcher der Aktorstift ausgefahren wird, wird die an der Spule 3 angelegte Spannung gepulst bereitgestellt. Die gepulste Spannung wird dabei derart geregelt, dass der gepulste Strom I bei Unterschreiten oder Erreichen eines vorgegebenen niedrigeren Ausfahrminimalwert I_pmin bis zu einem vorgegebenen höheren Ausfahrmaximalwert I_pmax ansteigt und bei Erreichen oder Überschreiten des höheren Ausfahrmaximalwert I_pmax wieder bis zum niedrigeren Ausfahrminimalwert I_pmin abfällt.
In einer Haltephase PII, in welcher sich der Aktorstift in seiner vollständig ausgefahrenen Stellung befindet und dort gehalten wird, wird die Spannung ebenfalls gepulst bereitgestellt. Die gepulste Spannung wird dabei derart geregelt, dass der gepulste Strom I bei Unterschreiten oder Erreichen eines vorgegebenen niedrigeren Halteminimalwerts I_hmin bis zu einem vorgegebenen höheren Haltemaximalwert I_hmax ansteigt und bei Überschreiten oder Erreichen des höheren Haltemaximalwert I_hmax wieder bis zum niedrigeren Halteminimalwert I_hmin abfällt. Wie in 3 dargestellt, ist die Einschaltzeit T_ON ist diejenige Zeitspanne, während der der Strom I im Verlauf eines Pulses ansteigt und die Ausschaltzeit TOFF ist diejenige Zeitspanne, während der der Strom I im Verlauf eines Pulses abfällt. Die Summe aus T_ON und T_OFF ist die Periode des gepulsten Stroms.
Zwischen der Ausfahrphase PI und der Haltephase PII liegt eine Übergangsphase PIII, in der keine Spannung an die Spule 3 angelegt wird und in der der Strom I von dem Ausfahrminimalwert I_pmin bis zum Halteminimalwert I_hmin abfällt (wie in 3 dargestellt).
Die Darstellung in 4 zeigt einen bespielhaften gepulsten Stromverlauf. Im linken Teil von 4 ist der Übergang der Ausfahrphase PI zur Übergangsphase PIII gezeigt und im rechten Teil von 4 ist der Übergang der Übergangsphase PIII zur Haltephase PII dargestellt. Die Dauer T_PHL der Übergangsphase PIII ist besonders bevorzugt als Zeitspanne bzw. Dauer zwischen dem letztmaligen Erreichen des Ausfahrminimalwerts I_pmin und dem erstmaligen Erreichen des Halteminimalwerts I_hmin festgelegt. Es ist besonders vorteilhaft möglich, dass - falls die Ausfahrphase PI während eines Pulses endet (also bei einem aktuellen Stromwert oberhalb des Halteminimalwerts I_hmin) - eine zusätzliche Pulsphase P_e durchgeführt wird (insbesondere durch eine entsprechende Regelung), sodass der Startpunkt T_pHL,_s der Übergangsphase PIII definiert auf das Erreichen bzw. Durchschreiten des Ausfahrminimalwerts I_pmin gelegt werden kann. Dies kann durch eine entsprechenden Stromregelkreis-Modus erreicht werden. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte vergleichbare Ermittlung für die Dauer T_PHL erfolgen, da der Startpunkt T_pHL,s und der Endpunkt T_pHL,e der Übergangsphase PIII besonders zuverlässig und eindeutig bestimmbar sind.
In den 5, 6, 7 und 8 ist jeweils ein zeitlicher Verlauf des in der Spule fließenden Stroms I für vier verschiedene Aktoren 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand des Ankers 4 und/oder bewegbaren Elements 9 gezeigt. Die 5 und 6 zeigen dabei die zeitlichen Verläufe eines ersten Aktors und zweiten Aktors eines ersten Zylinders und die 7 und 8 zeigen die zeitlichen Verläufe eines dritten Aktors und vierten Aktors eines zweiten Zylinders. Für den in 5 gezeigten Aktor beträgt die ermittelte Dauer T_PHL der Übergangsphase T_pHL=1 ,829 ms. Für den in 6 gezeigten Aktor beträgt die ermittelte Dauer T_PHL der Übergangsphase T_pHL=1 ,795 ms. Für den in 7 gezeigten Aktor beträgt die ermittelte Dauer T_PHL der Übergangsphase T_pHL= 1,92 ms. Für den in 8 gezeigten Aktor beträgt die ermittelte Dauer T_PHL der Übergangsphase T_pHL= 1.833 ms.
In den 9 und 10 ist hingegen jeweils ein zeitlicher Verlauf des in der Spule fließenden Stroms für zwei Aktoren 1 dargestellt, die funktionieren und nicht in einem festsitzenden und blockierten Zustand sind. Für den in 9 gezeigten Aktor beträgt die ermittelte Dauer T_PHL der Übergangsphase T_pHL= 977 µs. Für den in 10 gezeigten Aktor beträgt die ermittelte Dauer T_PHL der Übergangsphase T_pHL= 968.5 µs. Die Dauer T_PHL der Übergangsphase PIII ist somit im festsitzenden und/oder blockierten Zustand des Ankers 4 und/oder bewegbaren Elements 9 (vgl. 5 bis 8) gegenüber dem nicht blockierten und nicht festsitzenden Zustand (vgl. 9 und 10) ca. verdoppelt.
Somit kann durch einen Abgleich der ermittelten Dauer T_PHL der Übergangsphase PIII mit einem Abgleichswert ermittelt werden, ob der Anker 4 und/oder das Element 9 in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist. Bei dem Abgleichswert kann es sich beispielsweise um eine in einem nicht blockierten Zustand, insbesondere vorher, gemessene Dauer T_PHL einer Übergangsphase PIII handeln oder um eine Mittelwert aus mehreren im nicht blockierten Zustand gemessenen Dauern T_PHL oder um einen Abgleichswert,, der in Abhängigkeit von einer oder mehreren Messungen von Dauern T_PHL der Übergangsphase PIII im nicht blockierten Zustand erhalten wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Abgleichswert mithilfe von Messungen an baugleichen Aktoren ermittelt werden. Der Abgleichswert ist insbesondere temperaturabhängig. Es ist beispielsweise möglich, dass ein Vektor von Abgleichswerten bereitgestellt wird, der mehrere Abgleichswerte für verschiedene Temperaturen umfasst.
Der festsitzende und/oder blockierte Zustand des Ankers 4 und/oder bewegbaren Elements 9 beeinflusst generell die Ausschaltzeit T_OFF. Die Dauer T_PHL der Übergangsphase PIII kann prinzipiell als spezielle und besonders lange Ausschaltzeit bzw. Off-Phase der Pulsweitenmodulation verstanden werden.
Die Betrachtung der minimalen Ausschaltzeit T_OFF, insbesondere der Haltephase PII, bietet daher eine weitere Möglichkeit, einen festsitzenden und/oder blockierten Zustand des Aktors 4 und/oder des bewegbaren Elements 9 zu detektieren. Insbesondere ist es möglich, die minimale Ausschaltzeit TOFF der Haltephase PII zu bestimmen und diese mit einem weiteren Abgleichswert aus einem weiteren Vektor von weiteren Abgleichswerten (bzw. Schwellenwerten) zu vergleichen, wobei der weitere Vektor weitere Abgleichswerte für unterschiedliche Temperaturen umfasst.
In 11 ist ein Vergleich zwischen dem gepulsten Strom I_b eines festsitzenden bzw. blockierten Aktors 1 und dem gepulsten Strom l_ok eines nicht festsitzenden und nicht blockierten Aktors 1 dargestellt. Insbesondere ist ein Vergleich zwischen der minimalen Ausschaltzeit T_OFF,b der Haltephase PII für den Strom l_ok des festsitzenden und/oder blockierten Aktors und der minimalen Ausschaltzeit T_OFF,.K der Haltephase PII für den Strom I_b des nicht festsitzenden und nicht blockierten Aktors 1 gezeigt. Die minimale Ausschaltzeit T_OFF.ok der Haltephase PII für den Strom l_ok ist erheblich kürzer als die minimale Ausschaltzeit T_OFF,b der Haltephase PII für den Strom I_b.
In 12 sind gemessene Ausschaltzeiten T_OFF,b von Aktoren in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand im Vergleich zu gemessenen Ausschaltzeiten T_OFF,ok von Aktoren in einem nicht festsitzenden und nicht blockierten Zustand gezeigt. Die Ausschaltzeiten T_OFF,ok liegen jeweils deutlich unterhalb der Ausschaltzeiten T_OFF,b. Somit kann durch den Vergleich der ermittelten Ausschaltzeit TOFF mit einem weiteren Abgleichswert A (beispielsweise dem dargestellten Schwellenwert) ermittelt werden, ob der Anker 4 und/oder das bewegbare Element 9 in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist. Generell ist erfindungsgemäß alternativ oder zusätzlich auch ein weiterer Abgleich eines weiteren Abgleichswerts A mit einer Größe f möglich, die mithilfe bzw. in Abhängigkeit der ermittelten Ausschaltzeit TOFF gebildet wird. Die Größe f kann beispielsweise über den folgenden Zusammenhang ermittelt werden: $ƒ (t_{o n}, t_{o ƒ ƒ}) = k_{1} \cdot t_{o n}^{m} + k_{2} \cdot t_{o ƒ ƒ}^{n}$
, wobei k₁, k₂, m, n vorgegebene Parameter sind. Bevorzugt ist es möglich, dass $k_{1} = 0, m = 1, k_{2} = 1, n = 1$
sind.
In diesem Fall ergibt sich $ƒ (t_{o n}, t_{o ƒ ƒ}) = t_{o ƒ ƒ}$
, sodass der weitere Abgleich ein Abgleich zwischen der ermittelten Ausschaltzeit TOFF und dem weiteren Abgleichswerts A ist.
Der Abgleich der ermittelten Dauer T_PHL der Übergangsphase PIII mit einem Abgleichswert und der weitere Abgleich mithilfe der ermittelten (insbesondere minimalen) Ausschaltzeit TOFF und einem weiteren Abgleichswert A können auch kombiniert werden, um eine besonders hohe Zuverlässigkeit bei der Bestimmung eines festsitzenden und/oder blockierten Zustands zu ermöglichen.
Das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch mit einem weiteren Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Aktors 1 kombiniert werden.
Ein solches weiteres Verfahren, das insbesondere mit einer der vorhergehenden Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens kombiniert werden kann, um eine besonders zuverlässige Überwachung zu erreichen, ist im Folgenden beschrieben.
Das weitere Verfahren kann ein weiteres Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Aktors 1 in einem System zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors sein, wobei der Aktor 1 einen Elektromagnet 2 mit einer Spule 3 und einen mittels des Elektromagnets 2 bewegbaren Anker 4 umfasst, der mit einem zwischen einer vollständig eingefahrenen Stellung und einer vollständig ausgefahrenen Stellung bewegbaren Aktorstift gekoppelt ist,
wobei ein in der Spule 3 des Elektromagnets 2 fließender gepulster Strom I gemessen wird, und eine Einschaltzeit T_ON und eine Ausschaltzeit TOFF der Pulse des gepulsten Stroms I ermittelt werden,
wobei in Abhängigkeit von der Einschaltzeit T_ON und der Ausschaltzeit TOFF eine Kenngröße K ermittelt wird,
wobei ein zeitlicher Verlauf der Kenngröße K beobachtet wird, um eine Bewegung des Aktorstifts, insbesondere in Richtung der vollständig eingefahrenen Stellung, zu überwachen.
Bei dem weiteren Verfahren wird der in der Spule 3 des Elektromagnets 2 fließende gepulste Strom gemessen und ausgewertet. Zu den Pulsen des gepulsten Stroms wird jeweils die Einschaltzeit T_ON und die Ausschaltzeit T_OFF ermittelt. In Abhängigkeit von der Einschaltzeit T_ON und der Ausschaltzeit T_OFF wird eine Kenngröße K ermittelt und deren zeitlicher Verlauf beobachtet. Aus dem zeitlichen Verlauf dieser Kenngröße K können Rückschlüsse auf die Bewegung des Aktorstifts, insbesondere in Richtung der vollständig eingefahrenen Stellung - also der Einfahrbewegung - gezogen werden. Dies ist dadurch begründet, dass der sich bewegende Aktorstift eine Bewegung des Ankers 4 bewirkt und die Bewegung des Ankers 4 in dem magnetischen Feld des Elektromagnets 2 eine Spannung in der Spule 3 des Elektromagnets 2 induziert, welche der an der Spule 3 anliegenden Spannung entgegengewirkt und auch als elektromotorische Gegenkraft (EMK) bezeichnet wird. Die induzierte Spannung führt zu messbaren Veränderungen der Einschaltzeit T_ON und der Ausschaltzeit TOFF in dem gepulsten Strom der Spule 3. Das weitere Verfahren bringt den Vorteil mit sich, dass aus Bewegungssensoren zur Erfassung der Bewegung des Aktorstifts 9 verzichtet werden kann. Hierdurch wird eine kostengünstige Überwachung der Bewegung des Aktorstifts ermöglicht.
Die Kenngröße K kann beispielsweise eine Funktion sein, die sowohl von der Einschaltzeit T_ON als auch von der Ausschaltzeit T_OFF abhängig ist. Beispiele derartiger Funktionen sind das Verhältnis der Einschaltzeit T_ON zu dem Ausschaltzeit T_OFF oder das Verhältnis der Ausschaltzeit T_OFF zu der Einschaltzeit T_ON oder das Verhältnis der Einschaltzeit T_ON zu der Summe von Einschaltzeit T_ON und Ausschaltzeit T_OFF oder das Verhältnis der Summe von Einschaltzeit T_ON und Ausschaltzeit TOFF zu der Einschaltzeit. Alternativ kann die Kenngröße K als Funktion f(t_on, t_off) gemäß der Gleichung $ƒ (t_{o n}, t_{o ƒ ƒ}) = k_{1} \cdot t_{o n}^{m} + k_{2} \cdot t_{o ƒ ƒ}^{n}$
ermittelt werden, wobei k₁, k₂, m, n vorgegebene Parameter sind. Beispielsweise kann $k_{1} = - 1, m = 1, k_{2} = 1, n = 1$
gelten. Insofern kann die Kenngröße die Summe von Einschaltzeit T_ON und Ausschaltzeit T_OFF sein oder die Differenz zwischen Einschaltzeit T_ON und Ausschaltzeit T_OFF bzw. Ausschaltzeit T_OFF und Einschaltzeit T_ON. Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein oder mehrere der vorgegebenen Parameter während der Überwachung des Aktors 1 geändert werden, beispielsweise dann, wenn die Kenngröße K einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Hierdurch könne Situationen vermieden werden, in denen die Kenngröße K so klein wird, dass sie anfällig gegenüber Rauschen wird. Wenn die vorgegebenen Parameter zu $k_{1} = - 1, m = 1, k_{2} = 1, n = 1$
gewählt sind, kann beispielsweise bei einem Unterschreiten des vorgegebenen Schwellenwerts $k_{1} = 0, m = 1, k_{2} = 1, n = 1$
gesetzt werden, um eine zu geringe Kenngröße K zu vermeiden.
Bevorzugt ist es für das weitere Verfahren vorgesehen, dass der Elektromagnet 2 mit einer gepulsten Spannung oder einem gepulsten Strom angesteuert wird, beispielsweise mit einer Spannung oder einem Strom, die oder der durch Pulsweitenmodulation (PWM) bereitgestellt wird. Besonders bevorzugt wird die gepulste Spannung oder der gepulste Strom derart geregelt, dass der gepulste Strom bei unterschreiten eines vorgegebenen, niedrigeren Schwellenwerts bis zu einem vorgegebenen, höheren Schwellenwert ansteigt und bei Überschreiten des vorgegebenen, höheren Schwellenwerts bis zu dem vorgegebenen, niedrigeren Schwellenwert abfällt. Die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit sind bei einem derartig gepulsten Strom insofern variabel und können durch die Bewegung des Ankers beeinflusst werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des weiteren Verfahrens ist vorgesehen, dass eine zeitliche Ableitung der Kenngröße K' ermittelt wird. Anhand der zeitlichen Ableitung der Kenngröße K' wird es möglich, den zeitlichen Verlauf der Kenngröße K mit erhöhter Genauigkeit auszuwerten. Beispielsweise können abrupte Veränderungen der Kenngröße sowie Maxima und Minima der Kenngröße K mit großer Zuverlässigkeit detektiert werden.
Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des weiteren Verfahrens, bei welcher ein Start-Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem eine Bewegung des Aktorstifts in Richtung der eingefahrenen Stellung beginnt. Aufgrund der durch die Bewegung des Ankers induzierten Spannung in der Spule tritt zu dem Start-Zeitpunkt eine abrupte Veränderung der Kenngröße auf, welche detektiert werden kann.
In diesem Zusammenhang ist es für das weitere Verfahren besonders vorteilhaft, wenn eine zeitliche Ableitung der Kenngröße K' ermittelt wird und zur Ermittlung des Start-Zeitpunkts ein Maximum der zeitlichen Ableitung der Kenngröße K' bestimmt wird. Die zeitliche Ableitung der Kenngröße nimmt im Start-Zeitpunkt ein lokales oder absolutes Maximum ein, welches detektierbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des weiteren Verfahrens ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass ein Maximum-Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem die Kenngröße K ein Maximum einnimmt. Mit dem Maximum-Zeitpunkt wird es möglich, eine den Hub des Aktorstifts zu überwachen. Bevorzugt wird zur Ermittlung des Maximum-Zeitpunkts ein Maximum der Kenngröße K bestimmt.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des weiteren Verfahrens sieht vor, dass sowohl ein Start-Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem eine Bewegung des Aktorstifts 9 in Richtung der eingefahrenen Stellung beginnt als auch ein Maximum-Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem die Kenngröße ein Maximum einnimmt und ein zeitlicher Abstand zwischen dem Start-Zeitpunkt und dem Maximum-Zeitpunkt ermittelt wird. Bevorzugt wird jeweils am Ende einer eines Strompulses oder Spannungspulses überprüft, ob die folgende Bedingung erfüllt ist: $ƒ (t_{o n}, t_{o ƒ ƒ}) = C u r r M i n (ƒ (t_{o n}, t_{o ƒ ƒ})) \cdot (1 + F a c t o r M a x)$
wobei ƒ(t_on, t_off) die Kenngröße K ist, CurrMin (ƒ(t_on, t_off)) das aktuelle Minimum der Kenngröße K bis zum aktuellen Zeitpunkt ist und FactorMax einen Kalibrierungsfaktor bezeichnet, der es ermöglicht, die starke Variation der Kenngröße K bei Beginn der mechanischen Bewegung des Aktorstifts zu erkennen.
Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang für das weitere Verfahren, wenn in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen dem Start-Zeitpunkt und dem Maximum-Zeitpunkt eine, insbesondere von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder der Temperatur abhängige, Schätzung des zeitlichen Verlaufs der Stellung des Aktorstifts berechnet wird. Die Stellung x(t) des Aktorstifts ab dem Start-Zeitpunkt kann näherungsweise angegeben werden als $x (t) = h - (h \cdot \frac{1}{2 \cdot Δ t} \cdot t)$
wobei h die Länge des Aktorstifts, Δt der zeitliche Abstand zwischen dem Start-Zeitpunkt und dem Maximum-Zeitpunkt und t die Zeit ist. In der vollständig ausgefahrenen Stellung, insbesondere zum Start-Zeitpunkt, ist x = h, in der vollständig eingefahrenen Stellung gilt x = 0. Der zeitliche Abstand zwischen dem Start-Zeitpunkt und dem Maximum-Zeitpunkt ist abhängig von der Temperatur und/oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Es ist daher möglich, den zeitlichen Abstand zwischen dem Start-Zeitpunkt und dem Maximum-Zeitpunkt für unterschiedliche Werte von Temperatur und/oder Drehzahl des Verbrennungsmotors zu erfassen und für Diagnosezwecke während des Betriebs des Aktors 1 abzuspeichern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass anhand des Start-Zeitpunkts und des Maximum-Zeitpunkts eine rechnerische Drehzahl ermittelt wird und mit einer tatsächlichen Drehzahl des Verbrennungsmotos verglichen wird. Beispielsweise kann anhand des Start-Zeitpunkts und des Maximum-Zeitpunkts der zeitliche Abstand der beiden Zeitpunkte berechnet werden und eine zu dem zeitlichen Abstand vorab ermittelte rechnerische Drehzahl, beispielsweise aus einem Speicher, bereitgestellt werden. Durch den Vergleich der rechnerischen Drehzahl mit der tatsächlichen Drehzahl des Verbrennungsmotors kann eine etwaige Fehlfunktion des Aktors 1 mithilfe des weiteren Verfahrens detektiert werden. Hierzu kann überprüft werden, ob eine Abweichung der rechnerischen Drehzahl von der tatsächlichen Drehzahl kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert.
Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des weiteren Verfahrens, bei welcher der Abstand zwischen dem Start-Zeitpunkt und dem Maximum-Zeitpunkt ermittelt wird, und in den Fall, dass der ermittelte Abstand von einem vorgegebenen theoretischen Wert abweicht, ein Fehlersignal erzeugt wird, welches anzeigt, dass der Aktor 1 fehlerhaft ist. Zur Bestimmung der Abweichung kann die Differenz aus dem theoretischen Wert und dem ermittelten Abstand gebildet werden und diese Differenz mit einem vorgegebenen Abweichungs-Schwellenwert verglichen werden. In dem Fall, dass die Differenz größer ist als der Abweichungs-Schwellenwert, kann das Fehlersignal erzeugt werden. Der theoretische Wert kann in Abhängigkeit von der Drehzahl ermittelt werden.
Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung sieht für das weitere Verfahren vor, dass der Aktor 1 zusätzlich einen Schwenkhebel aufweist, über welchen der Anker mit dem Aktorstift 9 gekoppelt ist. Über den Schwenkhebel kann ein Hebel- bzw. Übersetzungsverhältnis zwischen einer Bewegung des Ankers 4 und einer Bewegung des Aktorstifts eingestellt werden. Bevorzugt ist der Anker 4 über den Schwenkhebel derart mit dem Aktorstift gekoppelt, dass ein geringerer Hub des Ankers 4 einen größeren Hub des Aktorstifts bewirkt, so dass der Aktor, insbesondere der Elektromagnet, kompakt ausgestaltet werden kann. Das bedeutet, dass der Hub des Ankers 4 kleiner ist als der Hub des Aktorstifts.
Bezugszeichenliste

1: Aktor
2: Elektromagnet
3: Spule
4: Anker
4.1: Ankerstößel
5: Aktorgehäuse
6: Hülse
7: Schwenkhebel
8: Lagerstelle
9: bewegbares Element
10: Federelement
I: Strom
lok: Strom
Ib: Strom
Ipmax: Ausfahrmaximalwert
Ipmin: Ausfahrminimalwert
Ihmax: Haltemaximalwert
Ihmin: Halteminimalwert
TON: Einschaltzeit
TOFF: Ausschaltzeit
TOFF,ok: Ausschaltzeit
TOFF,b: Ausschaltzeit
PI: Ausfahrphase
PII: Haltephase
PIII: Übergangsphase
TPHL: Dauer
A: weiterer Abgleichswert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013210871 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Aktors (1) in einem System zur variablen Ventilsteuerung, insbesondere zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, wobei der Aktor (1) einen Elektromagnet (2) mit einer Spule (3) und einen mittels des Elektromagneten (2) bewegbaren Anker (4) umfasst, der mit einem zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegbaren Element (9) gekoppelt ist, wobei ein in der Spule (3) des Elektromagneten (2) fließender gepulster Strom (I) gemessen wird, -- wobei eine Ausfahrphase (PI) zum Ausfahren des Elements (9) vorgesehen ist, wobei in der Ausfahrphase (PI) der gepulste Strom (I) zwischen einem Ausfahrmaximalwert (l_pmax) und einem Ausfahrminimalwert (I_pmin) der Ausfahrphase (PI) liegt, -- wobei eine Haltephase (PII) zum Halten des Elements (9) in einer ausgefahrenen Stellung vorgesehen ist, wobei in der Haltephase (PII) der gepulste Strom zwischen einem Haltemaximalwert (I_hmax) und einem Halteminimalwert (I_hmin) der Haltephase (PII) liegt, -- wobei nach der Ausfahrphase (PI) und vor der Haltephase (PII) eine Übergangsphase (PIII) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, --- dass eine Dauer (T_PHL) der Übergangsphase (PIII) ermittelt wird und mithilfe eines Abgleichs der ermittelten Dauer (T_pHL) der Übergangsphase (PIII) mit einem Abgleichswert ermittelt wird, ob der Anker (4) und/oder das Element (9) in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist, und/oder --- dass eine Ausschaltzeit (T_OFF) eines Pulse des gepulsten Stroms (I) ermittelt wird und mithilfe der ermittelten Ausschaltzeit (T_OFF) ein weiterer Abgleich mit einem weiteren Abgleichswert (A) durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit des weiteren Abgleichs ermittelt wird, ob der Anker (4) und/oder das Element (9) in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausfahrphase (PI) eine Spannung für die Spule (3) derart bereitgestellt wird, dass der gepulste Strom (I) zwischen dem Ausfahrmaximalwert (l_pmax) und dem Ausfahrminimalwert (I_pmin) der Ausfahrphase (PI) liegt, wobei in der Haltephase (PII) die Spannung für die Spule (3) derart bereitgestellt wird, dass der gepulste Strom zwischen dem Haltemaximalwert (I_hmax) und dem Halteminimalwert (I_hmin) der Haltephase (PII) liegt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Einschaltzeit (T_ON) des Pulses des gepulsten Stroms (I) die Spannung mithilfe eines eingeschalteten Schaltungselements, insbesondere eines eingeschalteten MOSFETs, an die Spule (3) angelegt wird, wobei mithilfe des Schaltungselements während der Ausschaltzeit (T_OFF) keine Spannung an die Spule (3) angelegt wird, wobei während der Dauer (T_pHL) der Übergangsphase (PIII) mithilfe des Schaltungselements keine Spannung an die Spule angelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer (T_pHL) der Übergangsphase (PIII) der Zeitspanne zwischen dem letztmaligen Erreichen des Ausfahrminimalwerts (l_pmin) und dem erstmaligen Erreichen des Halteminimalwerts (I_hmin) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschaltzeit (T_OFF) des Pulses des gepulsten Stroms (I) während der Haltephase (PII) ermittelt wird und mithilfe der während der Haltephase (PII) ermittelten Ausschaltzeit (T_OFF) der weitere Abgleich mit dem weiteren Abgleichswert (A) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleichswert temperaturabhängig ist und/oder dass der weitere Abgleichswert (A) temperaturabhängig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, -- dass der Abgleichswert und/oder der weitere Abgleichswert (A) mithilfe von einer oder mehreren Messungen in einem funktionieren Zustand des Ankers (4) und/oder des Elements (9), insbesondere in einem nicht festsitzenden und/oder nicht blockierten Zustand des Ankers (4) und/oder des bewegbaren Elements (9), ermittelt werden, und/oder -- dass der Abgleichswert und/oder der weitere Abgleichswert (A) mithilfe von einer oder mehreren Messungen an einem oder mehreren baugleichen Aktoren in einem funktionierenden Zustand eines Ankers und/oder eines bewegbaren Elements des oder der baugleichen Aktoren ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, -- dass ein temperaturabhängiger Vektor von Abgleichswerten und/oder ein temperaturabhängiger weiterer Vektor von weiteren Abgleichswerten (A) mithilfe von temperaturabhängigen Messungen in einem funktionieren Zustand des Ankers (4) und/oder des Elements (9), insbesondere in einem nicht festsitzenden und/oder nicht blockierten Zustand des Ankers (4) und/oder des bewegbaren Elements (9), ermittelt werden, und/oder -- dass ein temperaturabhängiger Vektor von Abgleichswerten und/oder ein temperaturabhängiger weiterer Vektor von weiteren Abgleichswerten (A) mithilfe von temperaturabhängigen Messungen an einem oder mehreren baugleichen Aktoren in einem funktionierenden Zustand eines Ankers (4) und/oder eines bewegbaren Elements (9) des oder der baugleichen Aktoren ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Abgleich ermittelt wird, ob die ermittelte Dauer (T_PHL) der Übergangsphase (PIII) unterschiedlich von dem Abgleichswert ist, und/oder dass bei dem weiteren Abgleich ermittelt wird, ob die ermittelte Ausschaltzeit (T_OFF) unterschiedlich von dem weiteren Abgleichswert (A) ist, wobei der festsitzende und/oder blockierte Zustand des Ankers (4) und/oder des Elements (9) insbesondere dann festgestellt wird, wenn die ermittelte Dauer (T_PHL) der Übergangsphase (PIII) sich von dem Abgleichswert unterscheidet, und/oder wenn die ermittelte Ausschaltzeit (T_OFF) sich von dem weiteren Abgleichswert unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Abgleich ermittelt wird, ob die ermittelte Dauer (T_pHL) der Übergangsphase (PIII) größer ist als der Abgleichswert, und/oder dass bei dem weiteren Abgleich ermittelt wird, ob die ermittelte Ausschaltzeit (T_OFF) größer ist als der weitere Abgleichswert (A), wobei der festsitzende und/oder blockierte Zustand des Ankers (4) und/oder des Elements (9) insbesondere dann festgestellt wird, wenn die ermittelte Dauer (T_PHL) der Übergangsphase (PIII) größer ist als der Abgleichswert, und/oder die ermittelte Ausschaltzeit (T_OFF) größer ist als der weitere Abgleichswert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - zusätzlich zu dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche - ein weiteres Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Aktors (1) in einem System zur variablen Ventilsteuerung, insbesondere zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, durchgeführt wird, wobei im weiteren Verfahren: -- der Aktor (1) den Elektromagnet (2) mit der Spule (3) und den mittels des Elektromagnets (2) bewegbaren Anker (4) umfasst, der mit einem zwischen einer vollständig eingefahrenen Stellung und einer vollständig ausgefahrenen Stellung bewegbaren Element (9), insbesondere einem Aktorstift, gekoppelt ist, -- der in der Spule (3) des Elektromagnets (2) fließende gepulste Strom (I) gemessen wird, und die Einschaltzeit (T_ON) und die Ausschaltzeit (T_OFF) der Pulse des gepulsten Stroms (I) ermittelt werden, -- in Abhängigkeit von der Einschaltzeit (T_ON) und der Ausschaltzeit (T_OFF) eine Kenngröße ermittelt wird, -- ein zeitlicher Verlauf der Kenngröße beobachtet wird, um eine Bewegung des bewegbaren Elements (9), insbesondere in Richtung der vollständig eingefahrenen Stellung, zu überwachen.
System zur variablen Ventilsteuerung, insbesondere zur variablen Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, umfassend einen Aktor (1), wobei der Aktor (1) einen Elektromagnet (2) mit einer Spule (3) und einen mittels des Elektromagneten (2) bewegbaren Anker (4) umfasst, der mit einem zwischen einer eingefahrenen Stellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegbaren Element (9) gekoppelt ist, wobei das System derart konfiguriert ist, dass ein in der Spule (3) des Elektromagneten (2) fließender gepulster Strom (I) gemessen wird, -- wobei eine Ausfahrphase (PI) zum Ausfahren des Elements (9) vorgesehen ist, wobei in der Ausfahrphase (PI) der gepulste Strom (I) zwischen einem Ausfahrmaximalwert (l_pmax) und einem Ausfahrminimalwert (I_pmin) der Ausfahrphase (PI) liegt, -- wobei eine Haltephase (PII) zum Halten des Elements (9) in einer ausgefahrenen Stellung vorgesehen ist, wobei in der Haltephase (PII) der gepulste Strom zwischen einem Haltemaximalwert (I_hmax) und einem Halteminimalwert (I_hmin) der Haltephase (PII) liegt, -- wobei nach der Ausfahrphase (PI) und vor der Haltephase (PII) eine Übergangsphase (PIII) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das System derart konfiguriert ist, --- dass eine Dauer (T_PHL) der Übergangsphase (PIII) ermittelt wird und mithilfe eines Abgleichs der ermittelten Dauer (T_pHL) der Übergangsphase (PIII) mit einem Abgleichswert ermittelt wird, ob der Anker (4) und/oder das Element (9) in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist, und/oder --- dass eine Ausschaltzeit (T_OFF) eines Pulse des gepulsten Stroms (I) ermittelt wird und mithilfe der ermittelten Ausschaltzeit (T_OFF) ein weiterer Abgleich mit einem weiteren Abgleichswert (A) durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit des weiteren Abgleichs ermittelt wird, ob der Anker (4) und/oder das Element (9) in einem festsitzenden und/oder blockierten Zustand ist.