EP4609063A1 - Verfahren zum erkennen einer nockenstückposition eines ventiltriebs für eine brennkraftmaschine und ventiltrieb - Google Patents

Verfahren zum erkennen einer nockenstückposition eines ventiltriebs für eine brennkraftmaschine und ventiltrieb

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EP4609063A1
EP4609063A1 EP23793871.7A EP23793871A EP4609063A1 EP 4609063 A1 EP4609063 A1 EP 4609063A1 EP 23793871 A EP23793871 A EP 23793871A EP 4609063 A1 EP4609063 A1 EP 4609063A1
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EP
European Patent Office
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actuator
cam piece
switching
hall sensor
groove
Prior art date
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Pending
Application number
EP23793871.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Hörning
Tonio-Erik Schultze
Timo Rigling
Jakob Gross
Markus Oczkowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
ETO Magnetic GmbH
Original Assignee
Volkswagen AG
ETO Magnetic GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG, ETO Magnetic GmbH filed Critical Volkswagen AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
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    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0471—Assembled camshafts
    • F01L2001/0473—Composite camshafts, e.g. with cams or cam sleeve being able to move relative to the inner camshaft or a cam adjusting rod
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    • F01L2013/111—Camshafts position or phase
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    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits
    • H01F2007/185—Monitoring or fail-safe circuits with armature position measurement

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a cam piece position of a valve train for an internal combustion engine and to a valve train.
  • the technological background of the invention is considered to be the documents DE 102009 006632 B4, DE 102011 001 125 A1, DE 102011 011 455 A1, DE 102016 119680 B4 and DE 10 2018 115 535 A1.
  • the publication DE 102008 049 103 A1 discloses a sensor installed in the sliding cam actuator, which detects pole wheels arranged on the sliding cams.
  • the publication WO 2020/182400 A1 describes the detection of the position of the sliding cam pieces via an active Hall sensor, which directly senses the switching gate of a sliding cam piece.
  • the publication WO 2013/182300 A1 describes a method in which an actuation signal is generated by integrating the induced voltage during the reflection.
  • TSI Twincharged or Turbocharged Stratified Injection
  • This cylinder management enables the user to enjoy dynamic driving and advantageously results in lower fuel consumption.
  • two cylinders are switched on or off, for example.
  • Cylinder deactivation is only used, for example, in the speed range from 1,400 to 4,000 rpm and in the load range. from 25 to 75 Nm. It advantageously leads to an average reduction in standard consumption of 0.4 l per 100 km.
  • the engine with cylinder deactivation differs from a basic engine of the same power through actuators that are attached to the cylinder head cover.
  • two camshafts each assigned to two cylinders, are operated via the toothed belt and the phase adjuster.
  • the camshafts have external longitudinal teeth.
  • So-called cam pieces which also have longitudinal teeth on the inside, are mounted on the longitudinal teeth.
  • the toothing of the components allows an axial displacement of the cam pieces of, for example, cylinders two and three on the intake and exhaust sides.
  • the displacement mechanism is set in motion by a double actuator per cam piece.
  • the engine control system In a valve train that is characterized by a sliding cam system, the engine control system must be informed of the current position of the axially movable cam piece.
  • the position detection of the cam piece guarantees functional engine operation and compliance with the exhaust emission limits.
  • the starting point of the invention is a method for detecting the position of at least one cam piece of a valve train for an internal combustion engine, wherein the valve train has at least one camshaft on which at least one cam piece is arranged in a rotationally fixed manner and axially displaceable between at least two axial positions, on which at least one cam with a predeterminable cam contour is formed.
  • the detection of the position of the at least one actuator is carried out by at least one Hall sensor, which is arranged in the actuator for detecting the position of the at least one actuator, wherein the Hall sensor provides a Hall sensor signal depending on the position of the at least one actuator, from which it is concluded whether the at least one actuator is retracted in the first switching groove or second switching groove of the at least one cam piece.
  • the invention also relates to a valve train for an internal combustion engine for carrying out the method, wherein the valve train has at least one camshaft on which at least one cam piece is arranged in a rotationally fixed manner and axially displaceable between at least two axial positions, on which at least one cam with a predeterminable cam contour is formed.
  • the at least one cam piece is assigned a switching gate designed as a groove by means of an actuator along the camshaft, in which a first switching groove and a second switching groove are arranged, the groove depths of which differ from one another in an intersection region in which the switching grooves cross in a spiral for the axial displacement of the at least one cam piece, wherein the actuator is arranged in an installation position with respect to the at least one cam piece which enables the at least one actuator to be reversibly extended out of the actuator in the direction of the camshaft and retracted into the switching gate, wherein a stationary coil unit is arranged in the actuator, which drives an armature assembly connected to the at least one actuator, arranged in the actuator and movable relative to the coil unit.
  • At least one Hall sensor is arranged in the actuator for detecting the position of the at least one actuator, which provides a Hall sensor signal depending on the position of the at least one actuator.
  • valve train Preferred embodiments of the valve train are formulated in the subclaims, wherein the associated embodiments are explained in detail in the description.
  • Figure 1 shows a sliding cam system of a valve train with an associated actuator and a left and right cam piece on a camshaft, each of which is assigned an adjusting element arranged in the actuator;
  • Figure 1A shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with a left actuator and a left cam piece in the first end switching position of the cam piece;
  • Figure 1B shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator when switching the left cam piece in an intermediate position between the first and a second end switching position
  • Figure 2B shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator when switching the left cam piece in an intermediate position between the second and the first end switching position
  • Figure 3B shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator when switching the left cam piece in an intermediate position between the first and a second end switching position
  • Figure 3C shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with the left actuator and the left cam piece in the second end switching position of the cam piece
  • Figure 4A shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with the left actuator and the left cam piece in the second end switching position of the cam piece;
  • Figure 4B shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator when switching the left cam piece in an intermediate position between the second and the first end switching position
  • Figure 4C shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with the left actuator and the left cam piece in the first end switching position of the cam piece;
  • Figure 5B shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator when switching the left cam piece in an intermediate position between the first and a second end switching position
  • Figure 5C shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with the left actuator and the left cam piece in the second end switching position of the cam piece;
  • Figure 6A shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with the left actuator and the left cam piece in the second end switching position of the cam piece
  • Figure 6B shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator when switching the left cam piece in an intermediate position between the second and the first end switching position
  • Figure 6C shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with the left actuator and the left cam piece in the first end switching position of the cam piece;
  • Figure 7A shows a sliding cam system of the valve train with its associated actuator with a left actuator and a left cam piece in the first end switching position of the cam piece;
  • Figure 7C shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with the left actuator and the left cam piece in the second end switching position of the cam piece;
  • Figure 8B shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator when switching the left cam piece in an intermediate position between the second and the first end switching position
  • Figure 8C shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with the left actuator and the left cam piece in the first end switching position of the cam piece;
  • Figure 9A shows a sliding cam system of the valve train with its associated actuator with a left actuator and a left cam piece in the first end switching position of the cam piece;
  • Figure 9B shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator when switching the left cam piece in an intermediate position between the first and a second end switching position
  • Figure 10B shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator when switching the left cam piece in an intermediate position between the second and the first end switching position
  • Figure 11 A shows a sliding cam system of the valve train with its associated actuator with a left actuator and a left cam piece in the first end switching position of the cam piece;
  • Figure 12A shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with the left actuator and the left cam piece in the second end switching position of the cam piece;
  • Figure 12B shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator when switching the left cam piece in an intermediate position between the second and the first end switching position
  • Figure 12C shows the sliding cam system of the valve train with its associated actuator with the left actuator and the left cam piece in the first end switching position of the cam piece.
  • Figure 1 first illustrates some essential structural and functional features of the invention of the multi-stage shift cam system of a valve train.
  • Multi-stage means that several switching positions are possible. Furthermore, several cam contours are possible per valve. According to the method according to the invention and the shift cam system according to the invention, this is a two-stage shift cam system with respect to a first end switching position E1 and a second end switching position E2 of the respective cam piece 20L, 20R, as explained below.
  • the shifting cam system has an actuator 10 which has two actuators 1L, 1R, each of which connects a first cam piece 20L and a second cam piece 20R.
  • the shifting of a cam piece always takes place via only one of the two actuators.
  • the XS shift gate XS has two shift grooves XN, SN of different depths in a single gate or in a single groove of a cam piece 20L, 20R, which intersect for reasons of installation space and are therefore arranged in some areas at different radial heights relative to their common central axis M of the camshaft.
  • the different radial heights correspond to the respective depth of the shift grooves XN, SN.
  • the XS shift gate XS is defined in terms of the shift groove depths in such a way that the two shift grooves XN, SN have the same groove depth in their respective engagement and disengagement areas, at least in some areas.
  • the radial heights of the shift grooves XN, SN relative to the common center axis M of the camshaft are thus the same in some areas.
  • each shift groove X-N, S-N is formed as a transition area in which the respective groove bases of the shift grooves X-N, S-N run parallel, so that the engagement area of one shift groove X-N, S-N transitions seamlessly into the disengagement area of the other shift groove X-N, S-N, whereby the maximum amount of the radial height of the shift grooves X-N, S-N is present in the transition area relative to the common center axis M of the camshaft.
  • the respective groove depth of the respective groove base is the smallest compared to the groove edges forming the grooves.
  • the distance of a groove base of one switching groove S-N to the camshaft axis decreases further than the distance of a groove base of the other switching groove X-N in the further course of the respective engagement area, which is also referred to as engagement ramps.
  • the radial distance of the groove base of the switching groove S-N becomes smaller in its further course than the radial distance of the groove base of the switching groove X-N, or in other words, the groove depth of the switching groove S-N becomes greater in the further course of the respective engagement area than the groove depth of the other switching groove X-N.
  • the distance of the switching groove S-N in the area between the engagement area (engagement ramp) and the disengagement area (disengagement ramp) between the groove base and the camshaft axis is smaller than in the switching groove X-N, which is why the switching groove S-N is referred to as a deep or deeper switching groove.
  • the crossing area results from the spiral course of the switching grooves XN and SN in the axial direction with respect to the central axis M of the camshaft, which is shown in Figures 1B to 12B for the left and right cam pieces respectively. 20L, 20R is best seen.
  • the spiral course can be compared to the thread of a screw, with one of the switching grooves being designed as a right-hand thread and the other switching groove as a left-hand thread, which is why the cutting of the grooves XN, SN in their course in the intersection area between the entry-to-track area (entry-to-track ramp) and exit-to-track area (exit-to-track ramp) is inevitable.
  • the XS-slide XS is therefore characterized by the fact that outside the transition area it has a deep or deeper groove S-N and a less deep groove X-N, preferably a groove X-N that is half as deep and intersects with the S-slot.
  • the first groove X-N is designed within the gate XS as a less deep groove compared to the second groove S-N and, as shown in the figures, ensures that the cam piece 20L is displaced to the left.
  • the second groove S-N ensures a displacement of the cam piece 20R to the right as shown in the figures.
  • the respective actuator 1L, 1R moves from its initial position up to the material-side limitation by the respective switching groove X-N, S-N.
  • the actuator 10 has a coil unit 11 L, 11 R for displacing the actuators 1 L, 1 R in the radial direction, while the actuators 1 L, 1 R can be displaced together with their associated permanent magnets.
  • the respective coil unit 11 L, 11 R acts on the respective armature assembly.
  • the actuators 1 L, 1 R i.e. the pins, are pushed from their initial position in the direction of the switching gate XS, as explained in more detail below.
  • the coil units 11 L, 11 R are each electrically connected to a power source via a switching element. If the coil unit is energized, the
  • Coil unit 11 L, 11R a magnetic field which urges the permanent magnet of the respective armature assembly in the direction of the switching gate XS, for example until the actuator 1L, 1R touches the switching grooves X-N, S-N of the XS switching gate XS, i.e. comes into contact on the material side.
  • Each of the shift grooves X-N, S-N has the disengagement ramp, which can displace or force the actuators 1L, 1R out of the shift grooves X-N, S-N again after they have been shifted into the shift grooves X-N, S-N.
  • a distance of a base of the switching grooves X-N, S-N to the axis of rotation becomes continuously larger or an amount of a possible actuating stroke of the actuators 1 L, 1 R in the switching grooves X-N, S-N from the starting position becomes smaller, as will become clear.
  • the disengagement ramps are designed in such a way that the actuators 1L, 1R are mechanically completely moved out of the switching grooves X-N, S-N after the cam piece 20L, 20R has been moved, i.e. they are pushed back into their starting position.
  • the actuators 1L, 1R belonging to the respective armature assembly are mechanically pushed back in the direction of the coil unit 11L, 11R until the respective permanent magnet generates an attractive force to the coil unit 11L, 11R, whereby the attractive force of the permanent magnet continues to move the armature assembly until it comes into contact with the coil unit 11L, 11R, whereby the coil unit 11L, 11R is no longer energized.
  • the magnetic force of the permanent magnet(s) causes the actuators 1 L, 1 R to be held in the deployed position, i.e. not engaging in the switching grooves X-N, S-N, i.e. in their initial position, until the coil unit 11 L, 11 R is energized again by means of the switching element.
  • a control signal SAnst can be generated, which is also used in certain embodiments for the method according to the invention, as will also be explained below.
  • the respective actuator 1 L, 1 R is mechanically pushed back by the disengaging ramp in the direction of its starting position (pushing back the respective actuator 1 L, 1 R), whereby the attraction force of the permanent magnet, the armature assembly, as explained above, ensures that the respective actuator 1 L, 1 R continues to move until it touches the de-energized coil unit 11 L, 11 R.
  • the return signal SRÜCK indicates whether the respective actuator 1L, 1R has been pushed back.
  • the respective return signal SRÜCK does not detect whether the respective actuator 1L, 1R was previously in the higher X-groove XN or in the lower S-groove SN. In other words, the engine control unit cannot assign the position of the respective actuator 1 L, 1 R with respect to the assignment to the switching grooves XN, SN based on the return signal SRÜCK alone.
  • Hall sensors 12L, 12R ensure this assignment, whereby, depending on the design variant, a Hall sensor 12L, 12R is assigned to each of the actuators 1L, 1R or only one Hall sensor 12M is assigned to the actuators 1L, 1R.
  • the Hall sensors 12L, 12R; 12M are arranged in the actuator 10 according to the design variants, which are explained in detail below.
  • Each actuator 1L, 1R of an actuator 10 is thus equipped with at least one Hall sensor 12M or 12L, 12R, depending on the design variant.
  • Each Hall sensor 12L, 12R; 12M can calculate (the number can be specified) different voltage levels as a duty cycle depending on the measured field strength and output them as a PWM voltage signal to the engine control unit.
  • One and the same actuator 1L, 1R controls both switching grooves X-N, S-N, which are also referred to as switching grooves, at different times and can thus switch each of the cam pieces 20L, 20R back and forth between the first end switching position 1 and the second end switching position 2 (two-stage), i.e. switch over.
  • the respective actuator 1L, 1R can, as explained below, be retracted, extended and, for example, only half extended.
  • a predeterminable number of two, three stroke positions is preferably formed for each actuator 1L, 1R, as will be explained below.
  • the electrical PWM signal or the determined PWM signal ranges of the respective Hall sensors 12M; 12L, 12R can thus be used in the engine control unit to evaluate in which stroke positions assigned to the PWM signal ranges the respective actuator 1L, 1R was moved into the switching grooves X-N, S-N, as will be made clearer using the exemplary embodiments.
  • the engine control unit can also advantageously evaluate that the switching of the respective cam piece 20L, 20R was carried out successfully, as becomes clear from the explanation of the design variants.
  • each cam piece 20L, 20R can advantageously always be clearly assigned its two axial end switching positions E1, E2 located along the center axis M of the camshaft, whereby the engine control unit can specifically initiate the next switching process if necessary, knowing the respective end switching position E1, E2.
  • Each actuator 1L, 1R of the actuator 10 is equipped with a Hall sensor 12L, 12R.
  • the Hall sensors 12L, 12R according to the first embodiment are equipped in such a way that they output the stroke position of the respective actuator 1L, 1R in three PWM signal ranges according to the displacement path that has taken place.
  • the PWM signal ranges enable the engine control unit to distinguish between three different stroke positions with respect to the respective actuator 1L, 1R.
  • the engine control unit can use the PWM signal to distinguish whether the respective actuator 1L, 1R is “retracted” in stroke position E, “only half extended” in stroke position EA, or “fully extended” in stroke position A.
  • the return signal SRÜCK can be used to detect the process of retracting the respective actuator 1L, 1R, whereby the resulting procedure for detecting the position of the cam pieces 20L, 20R is explained below.
  • the return signal SRÜCK 0 is set. This means that the mechanically induced insertion of the actuator 1 L, 1 R has not (yet) taken place.
  • the Return signal SRÜCK 1 set. This means that the mechanically induced insertion of the actuator 1 L, 1 R has taken place.
  • Figures 1A to 1C are assigned to Tables 1A to 1C, that is, Table 1A belongs to Figure 1A and Table 1B to Figure 1B and Table 1C to Figure 1C.
  • Table 1A and Figure 1A show a starting position of the actuators 1L, 1R.
  • the cam pieces 20L, 20R are in their first end switching position E1.
  • the switching of the deeper switching groove S-N is carried out starting from a switching position of the deeper switching groove S-N according to the last memory status or an initialization circuit.
  • all markers for the Hall sensors 12L, 12R and the return signal SRÜCK for the left actuator 1L in the engine control unit are reset first, because the deeper switching groove S-N of the left cam piece 20L is to be switched.
  • the detected return signals SRÜCK are 0, which means that the engine control unit is not detecting a return signal SRÜCK at the current time.
  • Tables 2A to 2C are associated with Figures 2A to 2C, i.e. Table 2A belongs to Figure 2A and Table 2B to Figure 2B, and Table 2C to Figure 2C.
  • T able 2A and Figure 2A show a starting position of the actuators 1L, 1R.
  • the cam piece 20L is in its second end switching position E2 according to Figure 1C.
  • the switching of the higher switching groove XN is carried out starting from a switching position of the higher switching groove XN according to the last memory status or an initialization circuit.
  • all markers for the Hall sensors 12L, 12R and the return signal SRÜCK for the left actuator 1L in the engine control unit are reset first, because the higher switching groove XN of the left cam piece 20L is to be switched.
  • the recorded return signals SRÜCK 0.
  • Each actuator 1L, 1R of an actuator 10 is also equipped with a Hall sensor 12L, 12R.
  • the signals from the Hall sensors 12L, 12R are processed in the engine control unit in such a way that only two PWM signal ranges are distinguished.
  • the respective Hall sensor 12L, 12R of the actuator 1L, 1R according to the second embodiment variant cannot, in contrast to the previous embodiment variant, distinguish between the PWM signal range E “retracted” and the PWM signal range EA “halfway extended”.
  • the PWM signal range that differs from the PWM signal range A “extended” is referred to as the PWM signal range E’ “not fully extended” in this design variant.
  • E‘ illustrates a stroke position of the respective actuator 1L, 1R, which differs from the stroke position A “fully extended”.
  • the engine control unit can only distinguish in two stroke positions whether the respective actuator 1L, 1R is in stroke position A “fully extended” or in stroke position E’ “not fully extended”.
  • the return signal SRÜCK can be used to detect whether a retraction process of the respective actuator 1L, 1R has taken place, whereby the resulting procedure for detecting the position of the cam pieces 20L, 20R is explained below.
  • Figures 3A to 3C are assigned to Tables 3A to 3C, that is, Table 3A belongs to Figure 3A and Table 3B to Figure 3B and Table 3C to Figure 3C.
  • Table 3A and Figure 3A show a starting position of the actuators 1L, 1R.
  • the cam pieces 20L, 20R are in their first end switching position E1.
  • the switching of the lower switching groove SN is carried out starting from a switching position of the lower switching groove SN according to the last memory position or a Initialization circuit.
  • all markers for the Hall sensors 12L, 12R and the return signal SRÜCK for the left actuator 1L in the engine control unit are reset first.
  • the Hall sensors 12L, 12R each register a Hall sensor signal in the PWM signal range E’ ⁇ 70%, which means that the actuators 1L, 1R are “not fully extended”.
  • the recorded return signals SRÜCK are 0 at this time.
  • the Hall sensor signal changes to the PWM signal range A > 70%, which means that the actuator 1L is in the stroke position “fully extended”, which means that the left cam piece 1L has been switched to the right from the end switching position E1 to the end switching position E2.
  • the Hall sensor signal in the PWM signal range A > 70% means that the change of the PWM signal ranges E' to A has been detected and thus it is ensured that the left actuator 1 L has engaged in the deeper switching groove S-N.
  • Tables 4A to 4C are associated with Figures 4A to 4C, i.e. Table 4A belongs to Figure 4A and Table 4B to Figure 4B, and Table 4C to Figure 4C.
  • T able 4A and Figure 4A show a starting position of the actuators 1L, 1R.
  • the cam piece 20L is in its second end switching position E2 according to Figure 3C.
  • the switching of the higher switching groove X-N is carried out starting from a switching position of the higher switching groove X-N according to the last memory status or an initialization circuit.
  • all markers for the Hall sensors 12L, 12R and the return signal SRÜCK for the left actuator 1 L in the engine control unit are reset first, because the higher switching groove X-N of the left cam piece 20L is to be switched.
  • the Hall sensors 12L, 12R each register a Hall sensor signal in the PWM signal range E’ ⁇ 70%, which means that the actuators 1L, 1R are “not fully extended”.
  • the recorded return signals SRÜCK are 0 at this time.
  • the Hall sensor signal of the left actuator 1L does not change in the PWM signal range A > 70%. It remains unchanged according to the PWM signal range E’ ⁇ 70%. This means that the actuator 1L was extended according to the PWM signal range but “not fully extended” according to the PWM signal range E’ and the left cam piece 1L was switched back to the left from the end switching position E2 to the end switching position E1.
  • the unchanged Hall sensor signal in the PWM signal range E’ ⁇ 70% means that despite the initiation of a switching operation, no change in the PWM signal ranges was detected and it is thus ensured that the left actuator 1L has engaged in the higher switching groove X-N.
  • both actuators 1 L, 1 R of an actuator 10 are identical to the previous examples.
  • the Hall sensor is in the actuator 10 is arranged centrally (relative to the vertical longitudinal extension of the actuator 10 in the figures) and senses both actuators 11 L, 11 R.
  • the Hall sensor 12M according to the third embodiment is equipped in such a way that (analogously to the second embodiment) it outputs (only) two different PWM signal ranges, which correspond to two stroke positions of the actuator 1L.
  • the Hall sensor 12M of the actuators 1 L, 1 R cannot distinguish between the stroke position E “retracted” and the stroke position EA “only half extended”.
  • the PWM signal range that differs from the PWM signal range A “extended” is referred to as the PWM signal range E’ “not fully extended” in this design variant.
  • E’ indicates a PWM signal range that differs from the PWM signal range A “fully extended”.
  • the engine control unit can only distinguish in two stroke positions whether the respective actuator 1L, 1R is in stroke position A “fully extended” or in stroke position E’ “not fully extended”.
  • the return signal SRÜCK can be used to detect whether a retraction process of the respective actuator 1L, 1R has taken place, whereby the resulting procedure for detecting the position of the cam pieces 20L, 20R is explained below.
  • Tables 5A to 5C are associated with Figures 5A to 5C, i.e. Table 5A belongs to Figure 5A and Table 5B to Figure 5B, and Table 5C to Figure 5C.
  • Table 5A and Figure 5A show a starting position of the actuators 1L, 1R.
  • the cam pieces 20L, 20R are in their first end switching position E1.
  • the switching of the deeper switching groove S-N is carried out starting from a switching position of the deeper switching groove S-N according to the last memory status or an initialization circuit.
  • all markers of the Hall sensor 12M and the return signal SRÜCK for the left actuator 1 L in the engine control unit are reset first.
  • the Hall sensor signal changes to the PWM signal range A > 70%, which means that the actuator 1L has been “fully extended”, i.e. the left cam piece 1L has been switched to the right from the end switching position E1 to the end switching position E2.
  • the Hall sensor signal in the PWM signal range A > 70% means that the change in the PWM signal ranges has been detected and thus it is ensured that the left actuator 1 L has engaged in the deeper switching groove S-N.
  • Figures 6A to 6C are assigned to Tables 6A to 6C, that is, Table 6A belongs to Figure 6A and Table 6B to Figure 6B and Table 6C to Figure 6C.
  • T able 6A and Figure 6A show a starting position of the actuators 1L, 1R.
  • the cam piece 20L is in its second end switching position E2 according to Figure 5C.
  • the switching of the higher switching groove X-N is carried out starting from a switching position of the higher switching groove X-N according to the last memory status or an initialization circuit.
  • all markers for the Hall sensor 12M and the return signal SRück for the left actuator 1L in the engine control unit are reset first, because the higher switching groove X-N of the left cam piece 20L is to be switched.
  • the Hall sensor 12M registers a Hall sensor signal in the PWM signal range E' ⁇ 70%, which means that the actuators 1L, 1R are "not fully extended".
  • the Hall sensor signal of the left actuator 1L does not change in the PWM signal range A > 70%. It is unchanged according to the PWM signal range E' ⁇ 70%. This means that the actuator 1L was "not fully extended” and the left cam piece 1L was switched back to the left from the end switching position E2 to the end switching position E1.
  • the unchanged Hall sensor signal in the PWM signal range E' ⁇ 70% means that despite the initiation of a switching operation, there is no change in the PWM signal ranges. was detected and thus it is ensured that the left actuator 1L has engaged in the higher switching groove XN.
  • only one Hall sensor 12M is assigned to both actuators 1L, 1R of an actuator 10.
  • the Hall sensor 12M is arranged centrally in the actuator 10 (relative to the vertical longitudinal extension of the actuator 10 in the figures) and senses both actuators 11L, 11R.
  • the Hall sensor 12M according to the fourth embodiment is equipped in such a way that (analogously to the second embodiment) it outputs (only) two different PWM signal ranges, which correspond to two stroke positions of the actuator 1L.
  • the Hall sensor 12M of the actuators 1 L, 1 R cannot distinguish between the stroke position E “retracted” and the stroke position EA “only half extended”.
  • the PWM signal range that differs from the PWM signal range A “extended” is referred to in this design variant as the PWM signal range E’ “not fully extended”.
  • E’ indicates a PWM signal range that differs from the PWM signal range stroke position A “fully extended”.
  • the engine control unit can only distinguish in two stroke positions whether the respective actuator 1L, 1R is in stroke position A “fully extended” or in stroke position E’ “not fully extended”.
  • a return signal SRÜCK can no longer be detected separately for each actuator 1L, 1R of an actuator 10.
  • the return signal SRÜCK can be used to detect the retraction process of the respective actuator 1 L, 1 R “only without direct assignment” to the actuators 1 L, 1 R.
  • the engine control unit can no longer distinguish, based on the return signal SRÜCK, whether the left or right actuator 1 L, 1 R has been reset.
  • the respective actuator 1 L, 1 R extends as far as the material-side limit through the respective switching groove X-N, S-N.
  • the respective actuator 1 L, 1 R remains extended in the actuator 10 by mechanics, in particular the armature assembly belonging to the respective actuator.
  • the position detection according to the fourth embodiment variant uses this possibility, whereby the resulting procedure for the position detection of the cam pieces 20L, 20R is explained below.
  • Tables 7A to 7C are associated with Figures 7A to 7C, i.e. Table 7A belongs to Figure 7A and Table 7B to Figure 7B, and Table 7C to Figure 7C.
  • Table 7A and Figure 7A show a starting position of the actuators 1 L, 1 R.
  • the cam pieces 20L, 20R are in their first end switching position E1 .
  • the switching of the deeper switching groove S-N is carried out starting from a switching position of the deeper switching groove S-N according to the last memory status or an initialization circuit.
  • all markers for the Hall sensor 12M and the return signal SRÜCK for the left actuator 1 L in the engine control unit are reset first.
  • the Hall sensor 12M registers a Hall sensor signal in the PWM signal range E ⁇ 70%, which means that the actuators 1 L, 1 R are “not fully extended”.
  • the left cam piece 1 L is switched to the right from the end switching position E1 to the end switching position E2.
  • Figures 8A to 8C are assigned to Tables 8A to 8C, that is, Table 8A belongs to Figure 8A and Table 8B to Figure 8B and Table 8C to Figure 8C.
  • Table 8A and Figure 8A show an initial position of the actuators 1 L, 1 R.
  • Cam piece 20L is in its second end switching position E2 according to Figure 7C.
  • the switching of the higher switching groove X-N is carried out starting from a switching position of the higher switching groove X-N according to the last memory status or an initialization circuit.
  • all markers for the Hall sensors 12L, 12R and the return signal SRÜCK for the left actuator 1L in the engine control unit are reset first, because the higher switching groove X-N of the left cam piece 20L is to be switched.
  • the Hall sensor 12M registers a PWM signal in the PWM signal range E’ ⁇ 70%, which means that the actuators 1L, 1R are “not fully extended”.
  • the Hall sensor signal of the left actuator 1L does not change in the PWM signal range A > 70%. It remains unchanged according to the PWM signal range E’ ⁇ 70%.
  • the PWM signal range of the Hall sensor signal does not change.
  • the fifth design variant is again based on the first design variant, but the detection of the return signal SRÜCK is omitted.
  • a Hall sensor 12M is used as the Hall sensor 12M arranged centrally in the actuator 10 (relative to the vertical longitudinal extension of the actuator 10 in the figures), which, in contrast to the previous embodiments, is able to sense both actuators 11L, 11R in terms of their position in regions, wherein the centrally arranged Hall sensor 12M is designed such that it can clearly assign the detected PWM signal regions, i.e. the associated stroke positions, to the left or right actuator 1L, 1R with a time delay.
  • both actuators 1L, 1R of the actuator 10 are detected by the same - centrally arranged - Hall sensor 12M.
  • the Hall sensor 12M according to the fifth embodiment is equipped in such a way that it can output three different PWM signal ranges (for both actuators 1L, 1R) that correspond to the stroke position of the actuators 1L, 1R.
  • Such a Hall sensor is therefore subject to higher demands in terms of resolution, since it senses both actuators 1L, 1R of the actuator 10 when arranged centrally.
  • the engine control unit can use the PWM signal to distinguish whether the respective actuator 1L, 1R is “retracted” in the PWM signal range E or in the PWM Signal range EA is “only half extended” or in the PWM signal range A is “fully extended”, whereby the resulting procedure for detecting the position of the cam pieces 20L, 20R is explained below.
  • Figures 9A to 9C are assigned to Tables 9A to 9C, that is, Table 9A belongs to Figure 9A and Table 9B to Figure 9B and Table 9C to Figure 9C.
  • Table 9A and Figure 9A show a starting position of the actuators 1L, 1R.
  • the cam pieces 20L, 20R are in their first end switching position E1.
  • the switching of the deeper switching groove S-N is carried out starting from a switching position of the deeper switching groove S-N according to the last memory status or an initialization circuit.
  • all markers for the Hall sensor 12M for the left actuator 1L in the engine control unit are reset first, because the deeper switching groove S-N of the left cam piece 20L is to be switched.
  • A 67 - 100 % means that it has been detected and thus it is ensured that the left actuator 1 L has engaged in the deeper switching groove S-N.
  • Tables 10A to 10C are associated with Figures 10A to 10C, i.e. Table 10A belongs to Figure 10A and Table 10B to Figure 10B and Table 10C to Figure 10C.
  • the switching of the higher switching groove X-N is carried out starting from a switching position of the higher switching groove X-N according to the last memory status or an initialization circuit.
  • all markers for the Hall sensor 12M for the left actuator 1L in the engine control unit are reset first, because the higher switching groove X-N of the left cam piece 20L is to be switched.
  • the engine control unit can use the PWM signal range to distinguish whether the respective actuator 1L, 1R is “retracted” in the PWM signal range E or “only half extended” in the PWM signal range EA or “extended” in the PWM signal range A, with the resulting procedure for detecting the position of the cam pieces 20L, 20R being explained below.
  • Table 11A and Figure 11A show a starting position of the actuators 1L, 1R.
  • the cam pieces 20L, 20R are in their first end switching position E1.
  • the switching of the deeper switching groove SN is carried out starting from a switching position of the deeper switching groove SN according to the last memory status or an initialization circuit.
  • all markers for the Hall sensors 12L, 12R for the left actuator 1 L in the engine control unit are reset first, because the deeper switching groove SN of the left cam piece 20L is to be switched.
  • A 67 - 100 % means that it has been detected and thus it is ensured that the left actuator 1 L has engaged in the deeper switching groove S-N.
  • Figures 12A to 12C are assigned to Tables 12A to 12C, that is, Table 12A belongs to Figure 12A and Table 12B to Figure 12B and Table 12C to Figure 12C.
  • Table 12A and Figure 12A show a starting position of the actuators 1L, 1R.
  • the cam piece 20L is in its second end switching position E2 according to Figure 11C.
  • the cam contours 20L-N and 20L-V of a cam piece 20L or, in the case of the cam piece 20R, the cam contours 20R-N and 20R-V, which are present per valve of a cylinder of an internal combustion engine, are axially displaced.
  • the end switching positions E1 and E2 explained in the embodiments are assigned to the full stroke or the zero stroke.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionserkennung mindestens eines Nockenstücks (20L, 20R) eines Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine. Es wird ein Ventiltrieb zur Durchführung des Verfahrens vorgestellt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Erkennen einer Nockenstückposition eines Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine und Ventiltrieb
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Nockenstückposition eines Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine und einen Ventiltrieb.
Als technologischer Hintergrund der Erfindung gelten die Druckschriften DE 102009 006632 B4, DE 102011 001 125 A1, DE 102011 011 455 A1, DE 102016 119680 B4 und DE 10 2018 115 535 A1.
Die Druckschrift DE 102008 049 103 A1 offenbart einen im Schiebenockenaktor verbauten Sensor, der Polräder detektiert, die an den Schiebenocken angeordnet sind.
Die Druckschrift WO 2020/182400 A1 beschreibt die Erkennung der Position der Schiebenockenstücke über einen aktiven Hall-Sensor, der unmittelbar die Schaltkulisse eines Schiebenockenstückes sensiert.
Aus der Druckschrift WO 2013/182300 A1 geht ein Verfahren hervor, bei dem durch Integration der induzierten Spannung beim Rückwurf ein Betätigungssignal erzeugt wird.
Die Patentschrift DE 102015 013 075 B4 beschreibt schließlich ein weiteres Verfahren zum Überprüfen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine bei Motorstillstand der Brennkraftmaschine.
Die Anmelder verfügen über eine neue wegweisende Technologie, die darin besteht, dass eine Brennkraftmaschine mit einem sogenannten „Aktiven Zylindermanagement“ betrieben werden kann. Dieses aktive Zylindermanagement ist beispielsweis bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Vierzylinder-TSI-Motor (TSI = Twincharged oder Turbocharged Stratified Injection), im Einsatz. Dieses Zylindermanagement ermöglicht dem Nutzer einen dynamischen Fahrspaß und es bewirkt in vorteilhafter weise niedrigeren Kraftstoffverbrauch. Entsprechend dem Leistungsbedarf des Motors werden beispielsweise zwei Zylinder ab- beziehungsweise zugeschaltet. Die Zylinderabschaltung findet nur beispielsweise Anwendung im Drehzahlbereich von 1.400 bis 4.000 U/rnin und im Lastbereich von 25 bis 75 Nm. Sie führt in vorteilhafter weise zu einer durchschnittlichen Reduzierung des Normverbrauchs von 0,4 I auf 100 km. Äußerlich unterscheidet sich der Motor mit Zylinderabschaltung von einem leistungsgleichen Basismotor durch Aktoren, die auf der Zylinderkopfhaube angebracht sind. Über den Zahnriemen und den Phasensteller werden beispielsweise zwei Nockenwellen, die je zwei Zylindern zugeordnet sind, betätigt. Die Nockenwellen haben eine äußere Längsverzahnung. Auf der Längsverzahnung sind sogenannte Nockenstücke, die innen ebenfalls mit einer Längsverzahnung versehen sind, montiert. Die Verzahnung der Bauteile lässt eine axiale Verschiebung der Nockenstücke von beispielsweise Zylinder Zwei und Drei auf der Ein- und Auslassseite zu. Es sind zwei Nockenkonturen pro Ventil vorhanden, wovon eine Nockenkontur einen durchgängigen Grundkreis aufweist. Über einen Rollenschlepphebel wird die Nockenkontur auf das Ventil übertragen. Der Verschiebemechanismus wird jeweils durch einen Doppelaktor pro Nockenstück in Gang gesetzt. Mit einer Schaltzeit von beispielsweise 11 ms spurt ein Pin, das heißt ein Stellglied des Doppelaktors, in einen Schneckentrieb der Schaltkulisse ein, die mit dem Nockenstück verbunden ist. Das Nockenstück wird in der Grundkreisphase vom Vollhub in den Nullhub verschoben. Die Ventile und damit die Brennräume bleiben geschlossen. Die Kraftstoffeinspritzung in den Zylindern Zwei und Drei wird zeitgleich abgeschaltet und sie laufen unbefeuert mit. Die Zylinderabschaltung ist jetzt aktiv. Die Zylinder Eins und Vier werden gemäß dem Ausführungsbeispiel über die andere Nockenkontur, die nicht den durchgängigen Grundkreis aufweist, jetzt in einem höheren Lastbereich betrieben. Geringere Ladungswechselverluste und ein damit gesamtheitlich höherer Wirkungsgrad des Motors sorgen im Teillastbetrieb im Stadtverkehr, auf der Landstraße oder bei Autobahnfahrten bis 130 km/h für einen bis zu 20 % geringeren Kraftstoffverbrauch. Bei einer erhöhten Lastanforderung an den Motor, zum Beispiel in Beschleunigungsphasen, werden innerhalb von eineinhalb Nockenwellenumdrehungen die ruhenden Zylinder auf die gleiche Weise wieder hinzugeschaltet.
In einem Ventiltrieb, das sich durch ein Schiebenockensystem auszeichnet, muss der Motorsteuerung somit zur Verfügung gestellt werden, an welcher Stelle das axial verschiebbare Nockenstück sich gerade befindet. Die Positionserkennung des Nockenstücks garantiert einen funktionalen Motorbetrieb und eine Einhaltung der Abgasgrenzwerte.
Bekannt ist, wie oben erläutert, dass in solchen Systemen ein Aktor-Pin, das heißt ein Stellglied, eine Schieberichtung des Nockenstücks steuert. Nach Abschluss der Umschaltung ergibt sich ein Rückwurfsignal. Dadurch kann zugeordnet werden, in welcher Stellung sich das Nockenstück gerade befindet. Mehrstufige Verschiebenockensysteme oder Systeme mit einer sogenannten XS- Verschiebekulisse oder Schaltkulisse verfügen bisher nicht über eine derartige eindeutige Zuordnung, da ein und dasselbe Stellglied verschiedene Richtungen beziehungsweise Schaltzustände ansteuert. Dadurch ist eine eindeutige Zuordnung der Position des Stellgliedes in Bezug auf die Position des Nockenstücks notwendig, worin die Aufgabe der Erfindung besteht.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zur Positionserkennung mindestens eines Nockenstücks eines Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine, wobei der Ventiltrieb wenigstens eine Nockenwelle aufweist, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verlagerbar mindestens ein Nockenstück angeordnet ist, an dem wenigstens ein Nocken mit einer vorgebbaren Nockenkontur ausgebildet ist. Es ist weiter vorgesehen, dass ein axiales Verlagern des mindestens einen Nockenstücks mittels eines Aktors entlang der Nockenwelle erfolgt, wobei dem mindestens einen Nockenstück eine als Nut ausgebildete Schaltkulisse zugeordnet wird, in der eine erste Schaltnut und eine zweite Schaltnut angeordnet sind, deren Nuttiefen sich in einem Kreuzungsbereich, in dem sich die Schaltnuten zur axialen Verlagerung des mindestens einen Nockenstück spiralförmig kreuzen, voneinander unterscheiden, wobei der Aktor bezüglich des mindestens einen Nockenstücks in einer Einbauposition angeordnet ist, die es ermöglicht, dass das mindestens eine Stellglied in Richtung der Nockenwelle aus dem Aktor reversibel ausgefahren und in die Schaltkulisse eingefahren wird, wobei die axiale Verlagerung des mindestens einen Nockenstücks durch Initiierung eines Ansteuersignals erfolgt, indem eine in dem Aktor stationär angeordnete Spuleneinheit bestromt wird, die eine mit dem mindestens einen Stellglied verbundene Ankerbaugruppe antreibt, woraufhin das mindestens eine Stellglied in Richtung der Nockenwelle aus dem Aktor ausgefahren wird und in der Schaltkulisse positioniert wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Erfassen der Position des mindestens einen Stellgliedes durch mindestens einen Hall-Sensor durchgeführt wird, der zur Positionserkennung des mindestens einen Stellgliedes in dem Aktor angeordnet wird, wobei der Hall-Sensor in Abhängigkeit der Position des mindestens einen Stellgliedes ein Hallgebersignal bereitstellt, aus dem rückgeschlossen wird, ob das mindestens eine Stellglied in der ersten Schaltnut oder zweiten Schaltnut des mindestens einen Nockenstücks eingefahren ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen formuliert, wobei die zugehörigen Ausführungsvarianten in der Beschreibung detailliert erläutert sind. Die Erfindung betrifft zudem einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens, wobei der Ventiltrieb wenigstens eine Nockenwelle aufweist, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verlagerbar mindestens ein Nockenstück angeordnet ist, an dem wenigstens ein Nocken mit einer vorgebbaren Nockenkontur ausgebildet ist. Weiter ist vorgesehen, dass dem mindestens einen Nockenstück mittels eines Aktors entlang der Nockenwelle eine als Nut ausgebildete Schaltkulisse zugeordnet ist, in der eine erste Schaltnut und eine zweite Schaltnut angeordnet sind, deren Nuttiefen sich in einem Kreuzungsbereich, in dem sich die Schaltnuten zur axialen Verlagerung des mindestens einen Nockenstücks spiralförmig kreuzen, voneinander unterscheiden, wobei der Aktor bezüglich des mindestens einen Nockenstücks in einer Einbauposition angeordnet ist, die es ermöglicht, dass das mindestens eine Stellglied in Richtung der Nockenwelle aus dem Aktor reversibel ausgefahren und in die Schaltkulisse eingefahren wird, wobei in dem Aktor eine stationär angeordnete Spuleneinheit angeordnet ist, die eine mit dem mindestens einen Stellglied verbundene, im Aktor angeordnete, relativ zur Spuleneinheit bewegliche Ankerbaugruppe antreibt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Aktor zur Positionserkennung des mindestens einen Stellgliedes mindestens ein Hall-Sensor angeordnet ist, der in Abhängigkeit der Position des mindestens einen Stellgliedes ein Hallgebersignal bereitstellt.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Ventiltriebs sind in den Unteransprüchen formuliert, wobei die zugehörigen Ausführungsvarianten in der Beschreibung detailliert erläutert sind.
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb ist eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Zu diesem Zweck umfasst der Ventiltrieb eine Steuereinrichtung, in der ein computerlesbarer Programmalgorithmus zur Ausführung des Verfahrens und gegebenenfalls erforderliche Kennfelder gespeichert sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Erste Ausführungsvariante:
Figur 1 ein Verschiebenockensystem eines Ventiltriebs mit einem zugehörigen Aktor und einem linken und rechten Nockenstück auf einer Nockenwelle, denen jeweils ein im Aktor angeordnetes Stellglied zugeordnet ist; Figur 1A das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit einem linken Stellglied und einem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 1B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der ersten und einer zweiten End-Schaltstellung;
Figur 1C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 2A das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 2B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der zweiten und der ersten End-Schaltstellung;
Figur 2C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Zweite Ausführungsvariante:
Figur 3A ein Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit einem linken Stellglied und einem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 3B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der ersten und einer zweiten End-Schaltstellung; Figur 3C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 4A das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 4B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der zweiten und der ersten End-Schaltstellung;
Figur 4C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Dritte Ausführungsvariante:
Figur 5A ein Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit einem linken Stellglied und einem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 5B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der ersten und einer zweiten End-Schaltstellung;
Figur 5C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 6A das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks; Figur 6B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der zweiten und der ersten End-Schaltstellung;
Figur 6C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Vierte Ausführungsvariante:
Figur 7A ein Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit einem linken Stellglied und einem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 7B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der ersten und einer zweiten End-Schaltstellung;
Figur 7C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 8A das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 8B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der zweiten und der ersten End-Schaltstellung;
Figur 8C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks; Fünfte Ausführungsvariante:
Figur 9A ein Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit einem linken Stellglied und einem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 9B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der ersten und einer zweiten End-Schaltstellung;
Figur 9C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 10A das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 10B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der zweiten und der ersten End-Schaltstellung;
Figur 10C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Sechste Ausführungsvariante:
Figur 11 A ein Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit einem linken Stellglied und einem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 11 B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der ersten und einer zweiten End-Schaltstellung; Figur 11 C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 12A das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der zweiten End- Schaltstellung des Nockenstücks;
Figur 12B das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor bei Umschaltung des linken Nockenstücks in einer Zwischenposition zwischen der zweiten und der ersten End-Schaltstellung;
Figur 12C das Verschiebenockensystem des Ventiltriebs mit seinem zugehörigen Aktor mit dem linken Stellglied und dem linken Nockenstück in der ersten End- Schaltstellung des Nockenstücks.
Die Figur 1 verdeutlicht zunächst einige wesentliche strukturelle und funktionelle Merkmale der Erfindung des mehrstufigen Verschiebenockensystems eines Ventiltriebs. Mehrstufig bedeutet, dass mehrere Schaltstellungen möglich sind. Ferner sind mehrere Nockenkonturen je Ventil möglich. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verschiebenockensystem handelt sich um ein zweistufiges Verschiebenockensystem bezüglich einer ersten Endschaltstellung E1 und einer zweiten Endschaltstellung E2 des jeweiligen Nockenstücks 20L, 20R, wie nachfolgend erläutert ist.
Das Verschiebenockensystem verfügt über einen Aktor 10, der zwei Stellglieder 1 L, 1 R aufweist, die jeweils ein erstes Nockenstück 20L und ein zweites Nockenstück 20R verschalten. Die Verschiebung eines Nockenstücks erfolgt stets nur über eines der beiden Stellglieder.
Die XS-Schaltkulisse XS verfügt in einer einzigen Kulisse oder in einer einzigen Nut eines Nockenstücks 20L, 20R über zwei unterschiedlich tiefe Schaltnuten X-N, S-N, die sich aus Bauraumgründen schneiden und daher in Bezug auf ihre gemeinsame Mittelachse M der Nockenwelle bereichsweise auf unterschiedlichen radialen Höhen gegenüber der gemeinsamen Mittelachse M der Nockenwelle angeordnet sind. Die unterschiedlichen radialen Höhen entsprechen der jeweiligen Tiefe der Schaltnuten X-N, S-N. Die XS-Schaltkulisse XS ist hinsichtlich der Schaltnuttiefen derart definiert, dass die beiden Schaltnuten X-N, S-N bezüglich der Nuttiefe in ihrem jeweiligen Einspurbereich und Ausspurbereich zumindest bereichsweise die gleiche Nuttiefe aufweisen. Dort wo die Schaltnuten X-N, S-N einlaufen und auslaufen, beziehungsweise das jeweilige Stellglied 1 L, 1 R einspurt und ausspurt, weisen die radialen Höhen der Schaltnuten X-N, S-N gegenüber der gemeinsamen Mittelachse M der Nockenwelle somit bereichsweise den gleichen Betrag auf.
Der Einspurbereich und Ausspurbereich jeder Schaltnut X-N, S-N ist als Übergangsbereich gebildet, in dem die jeweiligen Nutgründe der Schaltnuten X-N, S-N parallel verlaufen, so dass der Einspurbereich der einen Schaltnut X-N, S-N in den Ausspurbereich der anderen Schaltnut X-N, S-N stufenlos übergeht, wobei in dem Übergangsbereich gegenüber der gemeinsamen Mittelachse M der Nockenwelle jeweils der maximale Betrag der radialen Höhe der Schaltnuten X-N, S-N vorliegt. Mit anderen Worten, die jeweilige Nuttiefe des jeweiligen Nutgrundes ist gegenüber den die Nuten bildenden Nuträndern am geringsten.
Ausgehend von dem Übergangsbereich, in dem die Schaltnuten X-N, S-N den gleichen radialen Betrag von der Nockenwelle aufweisen, fällt im weiteren Verlauf des jeweiligen Einspurbereiches, die auch als Einspurrampen bezeichnet werden, der Abstand eines Nutgrunds der einen Schaltnut S-N zur Nockenwellenachse weiter ab als der Abstand eines Nutgrunds der anderen Schaltnut X-N. Das heißt, der radiale Abstand des Nutgrunds der Schaltnut S-N wird in seinem weiteren Verlauf kleiner als der radiale Abstand des Nutgrunds der Schaltnut X-N, oder mit anderen Worten, die Nuttiefe der Schaltnut S-N wird im weiteren Verlauf des jeweiligen Einspurbereiches größer als die Nuttiefe der anderen Schaltnut X-N.
Dadurch ist der Abstand der Schaltnut S-N im Bereich zwischen Einspurbereich (Einspurrampe) und Ausspurbereich (Ausspurrampe) zwischen Nutgrund und Nockenwellenachse geringer als bei der Schaltnut X-N, weshalb die Schaltnut S-N als tiefe beziehungsweise tiefere Schaltnut bezeichnet wird.
Im Bereich zwischen Einspur- und Ausspurrampe liegt der sogenannte Kreuzungsbereich, in dem die Schaltnut X-N in ihrem Verlauf durch die durchgehende Schaltnut S-N unterbrochen ist und geschnitten wird.
Der Kreuzungsbereich ergibt sich resultiert aus dem in axialer Richtung bezüglich der Mittelachse M der Nockenwelle liegenden spiralförmigen Verlauf der Schaltnuten X-N und S-N, der jeweils in den Figuren 1B bis 12B bei dem linken beziehungsweise rechten Nockenstück 20L, 20R am besten erkennbar ist. Der spiralförmige Verlauf ist mit dem Gewindegang einer Schraube zu vergleichen, wobei eine der Schaltnuten als Rechts- und die andere Schaltnut als Linksgewinde ausgeführt ist, weshalb sich das Schneiden der Nuten X-N, S-N in ihrem Verlauf im Kreuzungsbereich zwischen Einspurbereich (Einspurrampe) und Ausspurbereich (Ausspurrampe) zwangsläufig ergibt.
Die XS-Kulisse XS zeichnet sich somit dadurch aus, dass sie außerhalb des Übergangsbereiches eine tiefe oder tiefere Nut S-N und eine weniger tiefe Nut X-N, bevorzugt eine halb so tiefe, sich mit der S-Nut schneidende Nut X-N besitzt.
Die erste Nut X-N, die sogenannte X-Schaltnut, ist innerhalb der Kulisse XS gegenüber der zweiten Nut S-N als weniger tiefe Nut ausgebildet und sorgt gemäß den Figuren für ein Verschieben des Nockenstücks 20L nach links.
Die zweite Nut S-N, die sogenannte (tiefere) S-Schaltnut, sorgt gemäß den Figuren für ein Verschieben des Nockenstücks 20R nach rechts.
Bei einer Bestromung des Aktors 10 fährt das jeweilige Stellglied 1L, 1 R maximal bis zur materialseitigen Begrenzung durch die jeweilige Schaltnut X-N, S-N aus seiner Ausgangsposition aus.
Wenn die Bestromung nicht mehr erfolgt, bleibt das jeweilige Stellglied 1 L, 1 R durch Mechaniken im Aktor 10 ausgefahren.
Der Aktor 10 verfügt zum Verlagern der Stellglieder 1L, 1 R in radialer Richtung über eine Spuleneinheit 11 L, 11 R, während die Stellglieder 1 L, 1 R gemeinsam mit ihnen zugeordneten Dauermagneten verlagerbar sind.
Die Stellglieder 1L, 1 R und ein jedem Stellglied 1L, 1R zugeordneter Dauermagnet bilden für jedes Stellglied 1 L, 1 R eine gegenüber der Spuleneinheit 11 L, 11 R bewegliche Baugruppe, eine sogenannte Ankerbaugruppe.
Die jeweilige Spuleneinheit 11 L, 11 R wirkt auf die jeweilige Ankerbaugruppe. Bei Bestromung der Spuleneinheit 11 L, 11 R werden die Stellglieder 1 L, 1 R, das heißt die Pins, aus ihrer Ausgangsposition in Richtung der Schaltkulisse XS gedrängt, wie nachfolgend näher erläutert ist. Die Spuleneinheiten 11 L, 11 R sind jeweils über ein Schaltelement mit einer Stromquelle elektrisch verbunden. Wird die Spuleneinheit bestromt, so erzeugt die
Spuleneinheit 11 L, 11R ein Magnetfeld, welches den Dauermagneten der jeweiligen Ankerbaugruppe in Richtung der Schaltkulisse XS drängt, beispielsweise bis das Stellglied 1L, 1R die Schaltnuten X-N, S-N derXS-Schaltkulisse XS berührt, das heißt materialseitig in Kontakt kommt.
Jede der Schaltnuten X-N, S-N weist die Ausspurrampe auf, welche die Stellglieder 1L, 1 R nach Durchführen des Verlagerns in die Schaltnuten X-N, S-N wieder aus den Schaltnuten X-N, S-N herausverlagert beziehungsweise herausdrängen können.
In dem der Ausspurrampe zugeordneten Ausspurbereich wird also ein Abstand eines Grundes der Schaltnuten X-N, S-N zur Rotationsachse stetig größer beziehungsweise ein Betrag eines von der Ausgangsposition möglichen Stellhubs der Stellglieder 1 L, 1R in den Schaltnuten X-N, S-N kleiner, wie noch deutlich wird.
Die Ausspurrampen sind dabei derart ausgeführt, dass die Stellglieder 1L, 1 R nach dem Verlagern des Nockenstücks 20L, 20R mechanisch vollständig aus den Schaltnuten X-N, S-N ausgebracht werden, das heißt in ihre Ausgangsposition zurückgedrängt werden.
Dabei werden die Stellglieder 1L, 1 R, die zu der jeweiligen Ankerbaugruppe gehören, mechanisch so weit in Richtung der Spuleneinheit 11 L, 11 R zurückgeschoben, bis der jeweilige Dauermagnet eine Anzugskraft zur Spuleneinheit 11L, 11R erzeugt, wobei die Anzugskraft des Dauermagneten die Ankerbaugruppe bis zu einem Berührkontakt mit der Spuleneinheit 11L, 11 R weiter bewegt, wobei die Spuleneinheit 11 L, 11 R nicht mehr bestromt ist.
Entsprechend bewirkt die Magnetkraft des/der Dauermagneten, dass die Stellglieder 1 L, 1R in der ausgebrachten, das heißt nicht in die Schaltnuten X-N, S-N eingreifenden Stellung, also in ihrer Ausgangsposition, solange gehalten werden, bis die Spuleneinheit 11 L, 11 R erneut mithilfe des Schaltelements bestromt wird.
Während des Herausdrängens der Stellglieder 1 L, 1R aus den Schaltnuten X-N, S-N wird in der Spuleneinheit 7 eine Spannung induziert, die in einem Motor-Steuergerät erfasst und als elektrisches Rückwurfsignal SRÜCK genutzt wird, wie noch erläutert wird. Aus der induzierten Spannung wird somit im Motor-Steuergerät das elektrische Rückwurfsignal SRÜCk generiert, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird.
Dabei wird eine Differenzspannung zwischen der induzierten Spannung und eine Bordnetzspannung über einen bestimmten Zeitraum hinweg einen bestimmten Schwellenpegel übersteigen. Erst, wenn dies der Fall ist, wird das jeweilige Rückwurfsignal SRÜCK erzeugt. Das Rückwurfsignal SRÜCK zeigt das erfolgreiche Herausdrängen mittels der jeweiligen Ausspurrampe des oder der Stellglieder 1L, 1R aus den Schaltnuten X-N, S-N an.
Ferner kann bei der aktiven Bestromung der jeweiligen Spuleneinheit 11 L, 11R ein Ansteuersignal SAnst generiert werden, das ebenfalls in bestimmten Ausführungsvarianten für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, wie ebenfalls noch erläutert wird.
Durch die Rotation der Nockenstücke 20L, 20R und den Spiralverlauf der Schaltnuten X-N, S-N innerhalb der als Nut ausgebildeten XS-Kulisse XS werden die Nockenstücke 20L, 20R mittels der Stellglieder 1 L, 1R gemäß den Figuren nach links oder rechts verschoben.
Am Ende der Umschaltung (nach links oder rechts), das heißt der vollständig durchgeführten Verschiebung, wird das jeweilige Stellglied 1 L, 1R mechanisch durch die Ausspurrampe in Richtung seiner Ausgangsposition zurück (Rückschieben des jeweiligen Stellglieds 1 L, 1R) gedrückt, wobei die Anzugskraft des Dauermagneten die Ankerbaugruppe, wie oben erläutert, dafür sorgt, dass sich das jeweilige Stellglied 1 L, 1 R bis zu dem Berührkontakt mit der unbestromten Spuleneinheit 11L, 11 R weiterbewegt.
Beim Rückschieben des jeweiligen Stellglieds 1L, 1 R wird eine Spannung in der jeweiligen Spuleneinheit 11 L, 11 R des Aktors 10 induziert, wobei mittels der ermittelten Spannung das Rückwurfsignal SRÜCK generiert werden kann, die von dem Motorsteuergerät erkannt wird. Somit ergibt sich in Kombination mit anderen erkannten Parametern, die nachfolgend erläutert sind, eine Erkennungslogik, wobei das Rückwurfsignal SRÜCK dazu dient festzustellen, ob das jeweilige Stellglied 1 L, 1R wieder eingefahren ist, wie noch detailliert erläutert wird.
Das Rückwurfsignal SRÜCK zeigt an, ob der Rückschiebevorgang des jeweiligen Stellgliedes 1L, 1R stattgefunden hat. Es wird anhand des jeweiligen Rückwurfsignals SRÜCK nicht erkannt , ob sich das jeweilige Stellglied 1 L, 1 R zuvor in der höhergelegenen X-Nut X-N oder in der tieferen S-Nut S-N befand. Mit anderen Worten, das Motor-Steuergerät kann somit die Stellung des jeweiligen Stellglieds 1 L, 1 R bezüglich der Zuordnung zu den Schaltnuten X-N, S-N anhand des Rückwurfsignals SRÜCK allein nicht zuordnen.
Für diese Zuordnung sorgen erfindungsgemäß Hall-Sensoren 12L, 12R, wobei je nach Ausführungsvariante jedem der Stellglieder 1 L, 1R ein Hall-Sensor 12L, 12R zugeordnet ist oder den Stellgliedern 1 L, 1 R ist nur ein Hall-Sensor 12M gemeinsam zugeordnet. Die Hall- Sensoren 12L, 12R; 12M sind im Aktor 10 gemäß den Ausführungsvarianten entsprechend angeordnet, die nachfolgend detailliert erläutert sind.
Durch Auswertung des oder der Hall-Sensoren 12M; 12L, 12R kann erkannt werden, wie weit das jeweilige Stellglied 1L, 1 R aus seiner Ausgangsposition ausgefahren war.
Jedes Stellglied 1 L, 1R eines Aktors 10 wird somit je nach Ausführungsvariante mit mindestens einem Hall-Sensor 12M oder 12L, 12R ausgestattet.
Jeder Hall-Sensor 12L, 12R; 12M kann (hinsichtlich der Anzahl vorgebbar) abhängig von der gemessenen Feldstärke verschiedene Spannungshöhen als Duty-Cycle berechnen und als PWM Spannungssignal an das Motor-Steuergerät herausgegeben.
Ein und dasselbe Stellglied 1L, 1 R steuert beide Schaltnuten X-N, S-N, die auch als Umschaltnuten bezeichnet werden, zu unterschiedlichen Zeitpunkten an und kann somit jedes der Nockenstücke 20L, 20R zwischen der ersten End-Schaltstellung 1 und der zweiten End- Schaltstellung 2 (zweistufig) hin- und herschalten, das heißt umschalten.
Das jeweilige Stellglied 1L, 1R kann, wie nachfolgend erläutert wird, eingefahren, ausgefahren und beispielsweise nur zur Hälfte ausgefahren sein.
Diese drei Zustände werden durch den oder die Hall-Sensor/en 12M; 12L, 12R erfindungsgemäß mit einer Duty-Cycle zwischen 0 % und 100 % als PWM-Signal mit 5 V versehen. Das Motor-Steuergerät kann diese PWM-Signalwertebereiche erkennen. Diese Zuständen sind Hubpositionen des jeweiligen Stellgliedes 1 L, 1R zugeordnet, worauf nachfolgend näher eingegangen wird.
Mit anderen Worten, es wird bevorzugt für jedes Stellglied 1L, 1 R eine vorgebbare Anzahl von zwei, drei Hubpositionen gebildet, wie noch erläutert wird. Bevorzugt werden in nachfolgend erläuterten Ausführungsvarianten mittels der Hall-Sensoren 12L, 12R für jedes Stellglied 1 L, 1 R die Hubposition „E = eingefahren“ und die Hubposition „EA = bis zur Hälfte ausgefahren“ und die Hubposition „A = ausgefahren“ gebildet, die mittels des PWM-Signals mit 5 V erfasst werden, wobei einem PWM-Signalbereich zwischen 0 - 33 % die Hubposition E „eingefahren“ und einem PWM-Signalbereich 34 - 66 % die Hubposition EA „bis zur Hälfte ausgefahren“ und einem PWM-Signalbereich 67 - 100 % die Hubposition A „vollständig ausgefahren“ zugeordnet wird.
Wie später anhand von Ausführungsvarianten erläutert wird, ist auch die Erfassung von nur zwei Hubpositionen möglich.
Über das elektrische PWM-Signal beziehungsweise die ermittelten PWM-Signalbereiche der jeweiligen Hall-Sensoren 12M; 12L, 12R kann somit im Motor-Steuergerät bereichsweise ausgewertet werden, in welche den PWM-Signalbereichen zugeordneten Hubpositionen das jeweilige Stellglied 1L, 1R in die Schaltnuten X-N, S-N eingefahren wurde, wie anhand der Ausführungsbeispiele noch verdeutlicht wird.
In Kombination mit dem Rückwurfsignal SRÜCK des jeweiligen Stellgliedes 1L, 1 R kann das Motor-Steuergerät in vorteilhafter weise auch auswerten, dass die Umschaltung des jeweiligen Nockenstücks 20L, 20R erfolgreich durchgeführt wurde, wie durch die Erläuterung der Ausführungsvarianten deutlich wird.
Im Ergebnis ist es in vorteilhafter weise möglich, durch Kombination der erfassten PWM- Signalbereiche, das heißt der jeweiligen Hubpositionen und des jeweiligen Rückwurfsignals SRÜCK des jeweiligen Stellgliedes 1L, 1 R die Position der Nockenstücke 20L, 20R eindeutig zu bestimmen.
Das heißt, jedem Nockenstück 20L, 20R können in vorteilhafter Weise stets seine beiden entlang der Mittelachse M der Nockenwelle liegenden axialen End-Schaltstellungen E1, E2 eindeutig zugeordnet werden, wodurch das Motor-Steuergerät unter Kenntnis der jeweiligen End-Schaltstellung E1, E2 bei Bedarf gezielt den nächsten Umschaltvorgang initiieren kann.
Mit Hilfe dieser strukturellen und funktionellen Ausgestaltung ist es in verschiedenen
Ausführungsvarianten in vorteilhafter weise möglich, die Positionserkennung der Nockenstücke 20L, 20R eindeutig durchzuführen, wie nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen detailliert erläutert wird.
Erste Ausführungsvariante:
Jedes Stellglied 1 L, 1 R des Aktors 10 wird mit einem Hall-Sensor 12L, 12R ausgestattet. Die Hall-Sensoren 12L, 12R gemäß der ersten Ausführungsvariante sind derart ausgestattet, dass sie in drei PWM-Signalbereichen entsprechend des stattgefundenen Verlagerungsweges die Hubposition des jeweiligen Stellgliedes 1L, 1 R herausgeben.
Durch die PWM-Signalbereiche wird - wie erläutert - vom Motor-Steuergerät in Bezug auf das jeweilige Stellglied 1L, 1R in drei verschiedene Hubpositionen unterschieden.
Das heißt, das Motor-Steuergerät kann anhand des PWM-Signals unterscheiden, ob das jeweilige Stellglied 1L, 1R in der Hubposition E „eingefahren“ oder in der Hubposition EA „nur bis zur Hälfte ausgefahren“ oder in der Hubposition A „vollständig ausgefahren“ angeordnet ist.
Jedem Stellglied 1L, 1 R eines Aktors 10 ist gemäß der ersten Ausführungsvariante zusätzlich ein zweistufiges Rückwurfsignal SRÜCK = 0 oder = 1 zugeordnet. Durch das Rückwurfsignal SRÜCK kann der Vorgang des Einfahrens des jeweiligen Stellgliedes 1 L, 1R detektiert werden, wobei die daraus ergebende Vorgehensweise zur Positionserkennung der Nockenstücke 20L, 20R nachfolgend verdeutlicht wird. Das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 beschreibt, dass vom Motor- Steuergerät ein Rückwurfsignal SRÜCK detektiert wurde und damit der Umschaltvorgang abgeschlossen ist. Das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 liegt dabei nur kurzzeitig vor und kann je nach Applikation zur Setzung eines Merkers im Applikationsprogramm des Motor-Steuergerätes genutzt werden, welcher beispielsweise zurückgesetzt wird, sobald die Positionserkennung der Nockenstücke 20L, 20R abgeschlossen ist.
Im Detail: Liegt die induzierte Spannung in der Spuleneinheit 11 L, 11 R zu einem bestimmten Zeitpunkt unterhalb eines Spannungs-Schwellenwertes, wird das Rückwurfsignal SRÜCK = 0 gesetzt. Das bedeutet, dass das mechanisch bewirkte Einschieben des Stellgliedes 1 L, 1R (noch) nicht stattgefunden hat.
Liegt die induzierte Spannung in der Spuleneinheit 11 L, 11 R zu dem bestimmten Zeitpunkt für einen bestimmten vorgebbaren Zeitraum oberhalb eines Spannungs-Schwellenwertes, wird das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 gesetzt. Das bedeutet, dass das mechanisch bewirkte Einschieben des Stellgliedes 1 L, 1 R stattgefunden hat.
Der bestimmte Zeitpunkt ist in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors und in Abhängigkeit der XS-Nut-Geometrie. Der Zeitpunkt ist zeitversetzt und liegt nach dem Zeitpunkt der Betätigung des Stellgliedes 1L, 1 R, wobei das Spannungssignal oberhalb des Spannungs-Schwellenwertes erwartet und erfasst wird, wenn das jeweilige Stellglied 1 L, 1R in seine eingefahrene Hubposition E zurückkehrt.
Erläuterung der Positionserkennung gemäß der ersten Ausführungsvariante anhand der tieferen Schaltnut S-N des linken Nockenstücks 20L:
Den Tabellen 1A bis 1C sind die Figuren 1A bis 1C zugeordnet, das heißt, Tabelle 1A gehört zu Figur 1A und Tabelle 1B zu Figur 1 B sowie Tabelle 1C zu Figur 1C.
Tabelle 1A und Figur 1A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1L, 1 R. Die Nockenstücke 20L, 20R befinden sich in ihrer ersten End-Schaltstellung E1.
Die Schaltung der tieferen Schaltnut S-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der tieferen Schaltnut S-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für die Hall- Sensoren 12L, 12R und des Rückwurfsignals SRÜCK für das linke Stellglied 1L im Motor- Steuergerät, denn die tiefere Schaltnut S-N des linken Nockenstücks 20L soll geschaltet werden.
In der Ausgangsposition gemäß Figur 1A und Tabelle 1A wird von den Hall-Sensoren 12L, 12R jeweils ein Hallgebersignal in PWM-Signalbereich E = 0 - 33 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, 1R befinden sich in der Hubposition „eingefahren“. Die erfassten Rückwurfsignale SRÜCK sind = 0, das heißt, das Motorsteuergerät erfasst zum aktuellen Zeitpunkt kein Rückwurfsignal SRÜCK. Gemäß Figur 1 B und Tabelle 1B verändert sich das Hallgebersignal in den PWM-Signalbereich A = 67 - 100 %, das heißt, das Stellglied 1 L befindet sich in der Hubposition „vollständig ausgefahren“, das heißt, das linke Nockenstück 1L wurde nach rechts von der End- Schaltstellung E1 in die End-Schaltstellung E2 umgeschaltet. Das Hallgebersignal im PWM- Signalbereich A = 67 - 100 % bedeutet, dass erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1 L in die tiefere Schaltnut S-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 1C und Tabelle 1C verändert sich das Hallgebersignal in den PWM-Signalbereich E = 0 - 33 %, das heißt, das Stellglied 1 L befindet sich wieder in der Hubposition eingefahren, wobei ein erfasstes Rückwurfsignal SRÜCK = 1 beträgt, wodurch der Vorgang der Rückstellung des linken Stellgliedes 1L aus der tieferen Schaltnut S-N überprüft, das heißt durch das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 bestätigt ist.
Erläuterung der Positionserkennung der ersten Ausführungsvariante anhand der höheren Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L:
Den Tabellen 2A bis 2C sind die Figuren 2A bis 2C zugeordnet, das heißt, Tabelle 2A gehört zu Figur 2A und Tabelle 2B zu Figur 2B sowie Tabelle 2C zu Figur 2C.
T abelle 2A und Figur 2A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1 L, 1 R. Das Nockenstück 20L befindet sich in seiner zweiten End-Schaltstellung E2 gemäß Figur 1C.
Die Schaltung der höheren Schaltnut X-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der höheren Schaltnut X-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für die Hall- Sensoren 12L, 12R und des Rückwurfsignals SRÜCK für das linke Stellglied 1L im Motor- Steuergerät, denn die höhere Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L soll geschaltet werden. In der Ausgangsposition gemäß Figur 2A und Tabelle 2A werden von den Hall-Sensoren 12L, 12R jeweils ein Hallgebersignal im PWM-Signalbereich E = 0 - 33 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, 1 R sind „eingefahren“. Zu diesem Zeitpunkt sind die erfassten Rückwurfsignale SRÜCK = 0.
Gemäß Figur 2B und Tabelle 2B verändert sich das Hallgebersignal in den PWM-Signalbereich EA = 34 - 66 %, das heißt, das Stellglied 1 L befindet sich in der Hubposition „bis zur Hälfte ausgefahren“, das heißt, das linke Nockenstück 1L wurde nach links von der End-Schaltstellung E2 in die End-Schaltstellung E1 zurück umgeschaltet. Das Hallgebersignal in dem PWM- Signalbereich EA = 34 - 66 % bedeutet in vorteilhafter Weise, dass erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1 L in die höhere Schaltnut X-N und nicht in die tiefere Schaltnut S-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 20 und Tabelle 20 verändert sich das Hallgebersignal in den PWM-Signalbereich E = 0 - 33 %, das heißt, das Stellglied 1 L befindet sich wieder in der Hubposition „eingefahren“, wobei ein erfasstes Rückwurfsignal SRÜCK = 1 beträgt, wodurch der Vorgang der Rückstellung des linken Stellgliedes 1L aus der höheren Schaltnut X-N überprüft, das heißt durch das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 bestätigt ist.
Zweite Ausführungsvariante:
Jedes Stellglied 1 L, 1R eines Aktors 10 wird ebenfalls mit einem Hall-Sensor 12L, 12R ausgestattet. Die Signale der Hall-Sensoren 12L, 12R werden gemäß der zweiten Ausführungsvariante im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante im Motor-Steuergerät derart verarbeitet, dass nur in zwei PWM-Signalbereiche unterschieden wird.
Gemäß den beiden PWM-Signalbereichen werden nur zwei Hubpositionen des jeweiligen Stellgliedes 1L, 1 R bereitgestellt. Aufgrund der Unterscheidung des Motor-Steuergerätes in nur zwei verschiedene Hubpositionen resultieren in vorteilhafter weise geringere Anforderungen an die Auflösung der einzusetzenden Hallgeber-Sensoren. Mit anderen Worten, gegebenenfalls können preiswertere Hallgeber-Sensoren zum Einsatz kommen.
Der jeweilige Hall-Sensor 12L, 12R des Stellgliedes 1L, 1 R gemäß der zweiten Ausführungsvariante kann entgegen der vorherigen Ausführungsvariante den PWM- Signalbereich E „eingefahren“ und den PWM-Signalbereich EA „bis zur Hälfte ausgefahren“ nicht voneinander unterscheiden. Der PWM-Signalbereich, der sich von dem PWM-Signalbereich A „ausgefahren“ unterscheidet, wird in dieser Ausführungsvariante als PWM-Signalbereich E‘ „nicht vollständig ausgefahren“ bezeichnet.
E‘ verdeutlicht eine Hubposition des jeweiligen Stellgliedes 1L, 1R, die sich von der Hubposition A „vollständig ausgefahren“ unterscheidet.
Je nachdem, wie die PWM-Signalbereiche aufgeteilt (beispielsweise 70%/30% oder 50%/50%) sind, kann im Motor-Steuergerät nur in zwei Hubpositionen unterschieden werden, ob sich das jeweilige Stellglied 1L, 1R in der Hubposition A „vollständig ausgefahren“ oder in der Hubposition E’ „nicht vollständig ausgefahren“ befindet.
Jedem Stellglied 1L, 1 R eines Aktors 10 ist zusätzlich das jeweilige zweistufige Rückwurfsignal SRÜCK = 0 oder = 1 zugeordnet. Durch das Rückwurfsignal SRÜCK kann detektiert werden, ob ein Einfahrvorgang des jeweiligen Stellgliedes 1 L, 1R stattgefunden hat, wobei die daraus ergebende Vorgehensweise zur Positionserkennung der Nockenstücke 20L, 20R nachfolgend verdeutlicht wird.
Erläuterung der Positionserkennung gemäß der zweiten Ausführungsvariante anhand der tieferen Schaltnut S-N des linken Nockenstücks 20L:
Den Tabellen 3A bis 3C sind die Figuren 3A bis 3C zugeordnet, das heißt, Tabelle 3A gehört zu Figur 3A und Tabelle 3B zu Figur 3B sowie Tabelle 3C zu Figur 3C.
Tabelle 3A und Figur 3A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1L, 1 R. Die Nockenstücke 20L, 20R befinden sich in ihrer ersten End-Schaltstellung E1.
Die Schaltung der tieferen Schaltnut S-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der tieferen Schaltnut S-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für die Hall- Sensoren 12L, 12R und des Rückwurfsignals SRÜCK für das linke Stellglied 1L im Motor- Steuergerät.
In der Ausgangsposition gemäß Figur 3A und Tabelle 3A werden von den Hall-Sensoren 12L, 12R jeweils ein Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E’ < 70 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, 1R sind „nicht vollständig ausgefahren“. Die erfassten Rückwurfsignale SRÜCK sind zu diesem Zeitpunkt = 0.
Gemäß Figur 3B und Tabelle 3B verändert sich das Hallgebersignal in den PWM-Signalbereich A > 70 %, das heißt, das Stellglied 1L befindet sich in der Hubposition „vollständig ausgefahren“, das heißt, das linke Nockenstück 1L wurde nach rechts von der End- Schaltstellung E1 in die End-Schaltstellung E2 umgeschaltet.
Das Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich A > 70 % bedeutet, dass durch den Wechsel der PWM-Signalbereiche E‘ zu A erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1 L in die tiefere Schaltnut S-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 3C und Tabelle 3C verändert sich das Hallgebersignal in den PWM-Signalbereich E’ < 70 % zurück, das heißt, das Stellglied 1L befindet sich wieder in der Hubposition „nicht ausgefahren“, wobei ein erfasstes Rückwurfsignal SRÜCK = 1 beträgt, wodurch der Vorgang der Rückstellung des linken Stellgliedes 1 L aus der tieferen Schaltnut S-N in der End-Schaltstellung E2 des Nockenstücks 1 L überprüft, das heißt durch das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 bestätigt ist.
Erläuterung der Positionserkennung der zweiten Ausführungsvariante anhand der rechten höheren Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L:
Den Tabellen 4A bis 4C sind die Figuren 4A bis 4C zugeordnet, das heißt, Tabelle 4A gehört zu Figur 4A und Tabelle 4B zu Figur 4B sowie Tabelle 4C zu Figur 4C. T abelle 4A und Figur 4A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1 L, 1 R. Das Nockenstück 20L befindet sich in seiner zweiten End-Schaltstellung E2 gemäß Figur 3C.
Die Schaltung der höheren Schaltnut X-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der höheren Schaltnut X-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für die Hall- Sensoren 12L, 12R und des Rückwurfsignals SRÜCK für das linke Stellglied 1 L im Motor- Steuergerät, denn die höhere Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L soll geschaltet werden.
In der Ausgangsposition gemäß Figur 4A und Tabelle 4A werden von den Hall-Sensoren 12L, 12R jeweils ein Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E’ < 70 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, 1R sind „nicht vollständig ausgefahren“. Die erfassten Rückwurfsignale SRÜCK sind zu diesem Zeitpunkt = 0.
Gemäß Figur 4B und Tabelle 4B verändert sich das Hallgebersignal des linken Stellgliedes 1L nicht in den PWM-Signalbereich A > 70 %. Es beträgt unverändert gemäß dem PWM- Signalbereich E’ < 70 %. Das heißt, das Stellglied 1 L wurde zwar gemäß dem PWM- Signalbereich ausgefahren aber gemäß dem PWM-Signalbereich E‘ „nicht vollständig ausgefahren“ und das linke Nockenstück 1L wurde nach links von der End-Schaltstellung E2 in die End-Schaltstellung E1 zurück umgeschaltet.
Das unveränderte Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E’ < 70 % bedeutet somit, dass trotz der Initiierung einer Schaltung kein Wechsel der PWM-Signalbereiche erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1L in die höhere Schaltnut X-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 4G und Tabelle 4C verändert sich das Hallgebersignal nicht, das heißt, das Stellglied 1 L wurde wieder eingefahren, da ein erfasstes Rückwurfsignal SRÜCK ZU diesem Zeitpunkt = 1 beträgt, wodurch der Vorgang der Rückstellung des linken Stellgliedes 1 L aus der höheren Schaltnut X-N überprüft, das heißt durch das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 bestätigt ist.
Dritte Ausführungsvariante:
Beiden Stellgliedern 1 L, 1 R eines Aktors 10 wird im Unterschied zu den vorhergehenden
Ausführungsvarianten nur noch ein Hall-Sensor 12M zugeordnet. Der Hall-Sensor ist im Aktor 10 mittig (bezogen auf die vertikale Längserstreckung des Aktors 10 in den Figuren) angeordnet und sensiert beide Stellglieder 11 L, 11 R.
Der Hall-Sensor 12M gemäß der dritten Ausführungsvariante ist im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante derart ausgestattet, dass er (analog zur zweiten Ausführungsvariante) bereichsweise (nur) zwei verschiedene PWM-Signalbereiche, die zwei Hubpositionen des Stellgliedes 1L entsprechen, herausgibt.
Der Hall-Sensor 12M der Stellglieder 1 L, 1 R kann wie bei der vorherigen Ausführungsvariante die Hubposition E „eingefahren“ und die Hubposition EA „nur bis zur Hälfte ausgefahren“ nicht voneinander unterscheiden.
Der PWM-Signalbereich, der sich von dem PWM-Signalbereich A „ausgefahren“ unterscheidet, wird in dieser Ausführungsvariante als PWM-Signalbereich E‘ „nicht vollständig ausgefahren“ bezeichnet. E‘ verdeutlicht einen PWM-Signalbereich, der sich von dem PWM-Signalbereich A „vollständig ausgefahren“ unterscheidet.
Je nachdem, wie die PWM-Signalbereiche aufgeteilt (beispielsweise 70%/30% oder 50%/50%) sind, kann im Motor-Steuergerät nur in zwei Hubpositionen unterschieden werden, ob sich das jeweilige Stellglied 1L, 1R in der Hubposition A „vollständig ausgefahren“ oder in der Hubposition E’ „nicht vollständig ausgefahren“ befindet.
Jedem Stellglied 1L, 1 R eines Aktors 10 ist zusätzlich das jeweilige zweistufige Rückwurfsignal SRÜCK = 0 oder = 1 zugeordnet. Durch das Rückwurfsignal SRÜCK kann detektiert werden, ob ein Einfahrvorgang des jeweiligen Stellgliedes 1 L, 1R stattgefunden hat, wobei die daraus ergebende Vorgehensweise zur Positionserkennung der Nockenstücke 20L, 20R nachfolgend verdeutlicht wird.
Erläuterung der Positionserkennung gemäß der dritten Ausführungsvariante anhand der tieferen Schaltnut S-N des linken Nockenstücks 20L: Den Tabellen 5A bis 5C sind die Figuren 5A bis 5C zugeordnet, das heißt, Tabelle 5A gehört zu Figur 5A und Tabelle 5B zu Figur 5B sowie Tabelle 5C zu Figur 5C.
Tabelle 5A und Figur 5A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1L, 1 R. Die Nockenstücke 20L, 20R befinden sich in ihrer ersten End-Schaltstellung E1.
Die Schaltung der tieferen Schaltnut S-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der tieferen Schaltnut S-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker des Hall-Sensors 12M und des Rückwurfsignals SRÜCK für das linke Stellglied 1 L im Motor-Steuergerät.
In der Ausgangsposition gemäß Figur 5A und Tabelle 5A wird von dem Hall-Sensor 12M ein Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E’ < 70 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, 1R sind „nicht vollständig ausgefahren“. Die erfassten Rückwurfsignale SRÜCK sind zu diesem Zeitpunkt = 0.
Gemäß Figur 5B und Tabelle 5B verändert sich das Hallgebersignal in den PWM-Signalbereich A > 70 %, das heißt, das Stellglied 1L wurde „vollständig ausgefahren“, das heißt, das linke Nockenstück 1L wurde nach rechts von der End-Schaltstellung E1 in die End-Schaltstellung E2 umgeschaltet.
Das Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich A > 70 % bedeutet, dass durch den Wechsel der PWM-Signalbereiche erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1 L in die tiefere Schaltnut S-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 50 und Tabelle 5C verändert sich das Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E’ < 70 % zurück, das heißt, das Stellglied 1L wurde wieder eingefahren beziehungsweise ist „nicht vollständig ausgefahren“, wobei ein erfasstes Rückwurfsignal SRÜCK = 1 beträgt, wodurch die Rückstellung des linken Stellgliedes 1 L aus der tieferen Schaltnut S-N in der End- Schaltstellung E2 des Nockenstücks 1 L überprüft, das heißt durch das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 bestätigt ist.
Erläuterung der Positionserkennung der dritten Ausführungsvariante anhand der rechten höheren Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L:
Den Tabellen 6A bis 6C sind die Figuren 6A bis 6C zugeordnet, das heißt, Tabelle 6A gehört zu Figur 6A und Tabelle 6B zu Figur 6B sowie Tabelle 6C zu Figur 6C.
T abelle 6A und Figur 6A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1 L, 1 R. Das Nockenstück 20L befindet sich in seiner zweiten End-Schaltstellung E2 gemäß Figur 5C.
Die Schaltung der höheren Schaltnut X-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der höheren Schaltnut X-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für den Hall-Sensor 12M und des Rückwurfsignals SRückfür das linke Stellglied 1L im Motor-Steuergerät, denn die höhere Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L soll geschaltet werden.
In der Ausgangsposition gemäß Figur 6A und Tabelle 6A wird von dem Hall-Sensor 12M ein Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E‘ < 70 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, 1R sind „nicht vollständig ausgefahren“. Die erfassten Rückwurfsignale sind zu diesem Zeitpunkt = 0.
Gemäß Figur 6B und Tabelle 6B verändert sich das Hallgebersignal des linken Stellgliedes 1L nicht in dem PWM-Signalbereich A > 70 %. Es beträgt unverändert gemäß PWM-Signalbereich E’ < 70 %. Das heißt, das Stellglied 1L wurde „nicht vollständig ausgefahren“ und das linke Nockenstück 1L wurde nach links von der End-Schaltstellung E2 in die End-Schaltstellung E1 zurück umgeschaltet. Das unveränderte Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E’ < 70 % bedeutet, dass trotz der Initiierung einer Schaltung kein Wechsel der PWM-Signalbereiche erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1L in die höhere Schaltnut X-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 60 und Tabelle 60 verändert sich das Hallgebersignal nicht, das heißt, das Stellglied 1 L wurde wieder eingefahren, da ein erfasstes Rückwurfsignal SRÜCK = 1 beträgt, wodurch die Rückstellung des linken Stellgliedes 1L aus der höheren Schaltnut X-N überprüft, das heißt durch das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 bestätigt ist.
Vierte Ausführungsvariante:
Beiden Stellgliedern 1 L, 1 R eines Aktors 10 wird im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsvarianten nur noch ein Hall-Sensor 12M zugeordnet. Der Hall-Sensor 12M ist im Aktor 10 mittig (bezogen auf die vertikale Längserstreckung des Aktors 10 in den Figuren) angeordnet und sensiert beide Stellglieder 11 L, 11 R.
Der Hall-Sensor 12M gemäß der vierten Ausführungsvariante ist im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante derart ausgestattet, dass er (analog zur zweiten Ausführungsvariante) bereichsweise (nur) zwei verschiedene PWM-Signalbereiche, die zwei Hubpositionen des Stellgliedes 1L entsprechen, herausgibt.
Der Hall-Sensor 12M der Stellglieder 1 L, 1 R kann wie bei der vorherigen Ausführungsvariante die Hubposition E „eingefahren“ und die Hubposition EA „nur bis zur Hälfte ausgefahren“ nicht voneinander unterscheiden.
Der PWM-Signalbereich, der sich von dem PWM-Signalbereich A „ausgefahren“ unterscheidet, wird in dieser Ausführungsvariante als PWM-Signalbereich E‘ „nicht vollständig ausgefahren“ bezeichnet. E‘ verdeutlicht einen PWM-Signalbereich, die sich von dem PWM-Signalbereich Hubposition A „vollständig ausgefahren“ unterscheidet.
Je nachdem, wie die PWM-Signalbereiche aufgeteilt (beispielsweise 70%/30% oder 50%/50%) sind, kann im Motor-Steuergerät nur in zwei Hubpositionen unterschieden werden, ob sich das jeweilige Stellglied 1L, 1R in der Hubposition A „vollständig ausgefahren“ oder in der Hubposition E’ „nicht vollständig ausgefahren“ befindet.
Im Unterschied zur dritten Ausführungsvariante kann jetzt nicht mehr separat für jedes Stellglied 1L, 1 R eines Aktors 10 ein Rückwurfsignal SRÜCK detektiert werden. Durch das Rückwurfsignal SRÜCK kann in dieser vierten Ausführungsvariante der Einfahrvorgang des jeweiligen Stellgliedes 1 L, 1 R „nur ohne direkte Zuordnung“ zu den Stellgliedern 1 L, 1 R detektiert werden.
Das Motor-Steuergerät kann nicht mehr anhand des Rückwurfsignals SRÜCK unterscheiden, ob eine Rückstellung des linken oder rechten Stellgliedes 1 L, 1 R erfolgt ist.
Wie bereits in der Einleitung erläutert wird, fährt bei einer Bestromung des Aktors 10 das jeweilige Stellglied 1 L, 1 R maximal bis zur materialseitigen Begrenzung durch die jeweilige Schaltnut X-N, S-N aus. Wenn die Bestromung des jeweiligen Stellgliedes 1 L, 1 R aufhört, bleibt das jeweilige Stellglied 1 L, 1 R durch Mechaniken, insbesondere die zu dem jeweiligen Stellglied gehörende Ankerbaugruppe, im Aktor 10 ausgefahren.
Mit anderen Worten, es ist möglich, aus dem durch das Motor-Steuergerät generierten Bestromungssignal ein Ansteuersignal SAnst = 0 (nicht bestromt) und = 1 (bestromt) zu generieren, das als Ansteuersignal SAnst signalisiert, dass das linke Stellglied 1 L oder das rechte Stellglied 1 R bestromt und damit voraussichtlich geschaltet und ausgefahren worden ist.
Die Positionserkennung gemäß der vierten Ausführungsvariante, ob das linke Stellglied 1 L oder das rechte Stellglied 1 R bestromt wird, bedient sich dieser Möglichkeit, wobei die daraus ergebende Vorgehensweise zur Positionserkennung der Nockenstücke 20L, 20R nachfolgend verdeutlicht wird.
Erläuterung der Positionserkennung gemäß der vierten Ausführungsvariante anhand der tieferen Schaltnut S-N des linken Nockenstücks 20L:
Den Tabellen 7A bis 7C sind die Figuren 7A bis 7C zugeordnet, das heißt, Tabelle 7A gehört zu Figur 7A und Tabelle 7B zu Figur 7B sowie Tabelle 7C zu Figur 7C. Tabelle 7A und Figur 7A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1 L, 1 R. Die Nockenstücke 20L, 20R befinden sich in ihrer ersten End-Schaltstellung E1 .
Die Schaltung der tieferen Schaltnut S-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der tieferen Schaltnut S-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für den Hall-Sensor 12M und des Rückwurfsignals SRÜCK für das linke Stellglied 1 L im Motor-Steuergerät.
In der Ausgangsposition gemäß Figur 7A und Tabelle 7A wird von dem Hall-Sensor 12M ein Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E < 70 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, 1 R sind „nicht vollständig ausgefahren“. Das erfasste Rückwurfsignal SRÜCK ist ZU diesem Zeitpunkt = 0.
Gemäß Figur 7B und Tabelle 7B verändert sich das Hallgebersignal in den PWM-Signalbereich A > 70 % und es wird als Ansteuersignal SAnst = 1 registriert, das heißt, das linke Stellglied 1 L wurde bestromt, das heißt weiter, dass das linke Stellglied 1 L „vollständig ausgefahren“ wurde. Das linke Nockenstück 1 L wird nach rechts von der End-Schaltstellung E1 in die End- Schaltstellung E2 umgeschaltet.
Das Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich A > 70 % in Kombination mit dem Ansteuersignal SAnst = 1 bedeutet, dass durch den Wechsel der PWM-Signalbereiche und durch das Ansteuersignal SAnst = 1 erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1 L in die tiefere Schaltnut S-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 7C und Tabelle 7C verändert sich das Hallgebersignal in den PWM-Signalbereich E’ < 70 % zurück, das heißt, das Stellglied 1 L befindet sich wieder in der Hubposition „nicht vollständig ausgefahren“, wobei jetzt das erfasste Rückwurfsignal SRÜCK = 1 beträgt, wodurch die Rückstellung des linken Stellgliedes 1 L aus der tieferen Schaltnut S-N in der End-Schaltstellung E2 des Nockenstücks 1 L überprüft, das heißt durch das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 nicht direkt aber indirekt bestätigt ist, da das linke Stellglied 1 L gemäß dem erkannten Ansteuersignal SAnst = 1 bestromt worden ist.
Erläuterung der Positionserkennung der vierten Ausführungsvariante anhand der rechten höheren Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L: Den Tabellen 8A bis 8C sind die Figuren 8A bis 8C zugeordnet, das heißt, Tabelle 8A gehört zu Figur 8A und Tabelle 8B zu Figur 8B sowie Tabelle 8C zu Figur 8C.
Tabelle 8A und Figur 8A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1 L, 1 R. Das
Nockenstück 20L befindet sich in seiner zweiten End-Schaltstellung E2 gemäß Figur 7C.
Die Schaltung der höheren Schaltnut X-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der höheren Schaltnut X-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für die Hall- Sensoren 12L, 12R und des Rückwurfsignals SRÜCK für das linke Stellglied 1L im Motor- Steuergerät, denn die höhere Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L soll geschaltet werden.
In der Ausgangsposition gemäß Figur 8A und Tabelle 8A wird von dem Hall-Sensor 12M ein PWM-Signal in dem PWM-Signalbereich E’ < 70 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, 1R sind „nicht vollständig ausgefahren“. Das erfasste Rückwurfsignal SRÜCK ist ZU diesem Zeitpunkt = 0.
Gemäß Figur 8B und Tabelle 8B verändert sich das Hallgebersignal des linken Stellgliedes 1L nicht in dem PWM-Signalbereich A > 70 %. Es beträgt unverändert gemäß dem PWM- Signalbereich E’ < 70 %.
Das heißt, das Stellglied 1 L wurde zwar ausgefahren und das linke Nockenstück 1 L wurde nach links von der End-Schaltstellung E2 in die End-Schaltstellung E1 zurück umgeschaltet. Das unveränderte Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E’ < 70 % bedeutet, dass trotz der Initiierung einer Schaltung kein Wechsel der PWM-Signalbereiche erfasst wurde, wodurch sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1 L in die höhere Schaltnut X-N eingegriffen hat. Ein Rückwurfsignal SRÜCK liegt zu diesem Zeitpunkt ebenfalls nicht vor, das heißt, es ist weiterhin = 0. Durch das Ansteuersignal SAnst = 1 ist aber festgelegt, dass nur das Stellglied 1 L bestromt worden sein kann.
Gemäß Figur 80 und Tabelle 80 verändert sich der PWM-Signalbereich des Hallgebersignals nicht. Das Stellglied 1L wurde jedoch wieder „eingefahren“, ohne dass sich der PWM- Signalbereich des Hallgebers 12M geändert hat, da das erfasste Rückwurfsignal SRÜCK = 1 beträgt. Das Rückwurfsignal SRÜCK ist zwar nicht eindeutig dem einen oder anderen Stellglied 1L, 1R zuordenbar, jedoch ist durch das Ansteuersignal SAnst = 1 sichergestellt, dass das Rückwurfsignal SRÜCK = 1 nur von dem Stellglied herrührt, das auch gemäß dem Ansteuersignal SAnst = 1 bestromt worden ist, wodurch die Rückstellung des linken Stellgliedes 1L aus der höheren Schaltnut X-N überprüft, das heißt bestätigt ist.
Fünfte Ausführungsvariante:
Die fünfte Ausführungsvariante geht wieder von der ersten Ausführungsvariante aus, wobei auf die Erfassung des Rückwurfsignales SRÜCK verzichtet wird.
Im Unterschied zu der ersten Ausführungsvariante wird ein Hall-Sensor 12M als im Aktor 10 mittig (bezogen auf die vertikale Längserstreckung des Aktors 10 in den Figuren) angeordneter Hall-Sensor 12M verwendet, der im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsvarianten in der Lage ist, beide Stellglieder 11 L, 11R hinsichtlich ihrer Position bereichsweise zu sensieren, wobei der mittig angeordnete Hall-Sensor 12M derart ausgebildet ist, dass er die erfassten PWM-Signalbereiche, das heißt die zugehörigen Hubpositionen, dem linken oder dem rechten Stellglied 1 L, 1R zeitversetzt eindeutig zuordnen kann.
Das heißt, beide Stellglieder 1L, 1 R des Aktors 10 werden durch den gleichen - mittig angeordneten - Hall-Sensor 12M detektiert. Der Hall-Sensor 12M gemäß der fünften Ausführungsvariante ist derart ausgestattet, dass er (für beide Stellglieder 1L, 1 R) bereichsweise drei verschiedene PWM-Signalbereiche, die der Hubposition der Stellglieder 1L, 1R entsprechen, herausgeben kann. An einen solchen Hall-Sensor werden somit hinsichtlich der Auflösung höhere Anforderungen gestellt, da er bei mittiger Anordnung beide Stellglieder 1L, 1 R des Aktors 10 sensiert.
Das heißt, das Motor-Steuergerät kann anhand des PWM-Signals unterscheiden, ob das jeweilige Stellglied 1L, 1R in dem PWM-Signalbereich E „eingefahren“ oder in dem PWM- Signalbereich EA „nur bis zur Hälfte ausgefahren“ oder in dem PWM-Signalbereich A „vollständig ausgefahren“ angeordnet ist, wobei die daraus ergebende Vorgehensweise zur Positionserkennung der Nockenstücke 20L, 20R nachfolgend verdeutlicht wird.
Erläuterung der Positionserkennung gemäß der fünften Ausführungsvariante anhand der tieferen Schaltnut S-N des linken Nockenstücks 20L:
Den Tabellen 9A bis 9C sind die Figuren 9A bis 9C zugeordnet, das heißt, Tabelle 9A gehört zu Figur 9A und Tabelle 9B zu Figur 9B sowie Tabelle 9C zu Figur 9C.
Tabelle 9A und Figur 9A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1L, 1 R. Die Nockenstücke 20L, 20R befinden sich in ihrer ersten End-Schaltstellung E1.
Die Schaltung der tieferen Schaltnut S-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der tieferen Schaltnut S-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für den Hall-Sensor 12M für das linke Stellglied 1 L im Motor-Steuergerät, denn die tiefere Schaltnut S-N des linken Nockenstücks 20L soll geschaltet werden.
In der Ausgangsposition gemäß Figur 9A und Tabelle 9A werden von dem Hall-Sensor 12M jeweils ein Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E = 0 - 33 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, 1R sind „eingefahren“.
Gemäß Figur 9B und Tabelle 9B verändert sich das Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich A = 67 - 100 %, das heißt, das Stellglied 1 L wurde „vollständig ausgefahren“, das heißt, das linke Nockenstück 1L wurde nach rechts von der End-Schaltstellung E1 in die End- Schaltstellung E2 umgeschaltet. Das Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich
A = 67 - 100 % bedeutet, dass erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1 L in die tiefere Schaltnut S-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 9C und Tabelle 9C verändert sich das Hallgebersignal in den PWM-Signalbereich E = 0 - 33 % zurück, das heißt, das Stellglied 1 L wurde wieder „eingefahren“. Erläuterung der Positionserkennung der fünften Ausführungsvariante anhand der höheren
Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L:
Den Tabellen 10A bis 10C sind die Figuren 10A bis 10C zugeordnet, das heißt, Tabelle 10A gehört zu Figur 10A und T abelle 10B zu Figur 10B sowie T abelle 10C zu Figur 10C.
Tabelle 1OA und Figur 1OA zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1 L, 1 R. Das Nockenstück 20L befindet sich in seiner zweiten End-Schaltstellung E2 gemäß Figur 9C.
Die Schaltung der höheren Schaltnut X-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der höheren Schaltnut X-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für den Hall-Sensor 12M für das linke Stellglied 1 L im Motor-Steuergerät, denn die höhere Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L soll geschaltet werden.
In der Ausgangsposition gemäß Figur 10A und Tabelle 10A wird von dem Hall-Sensor 12M ein Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E = 0 - 33 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, I R sind „eingefahren“.
Gemäß Figur 10B und Tabelle 10B verändert sich das Hallgebersignal in den PWM- Signalbereich EA = 33 - 66 %, das heißt, das Stellglied 1L wurde „bis zur Hälfte ausgefahren“, das heißt, das linke Nockenstück 1 L wurde nach links von der End-Schaltstellung E2 in die End-Schaltstellung E1 zurück umgeschaltet. Das Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich EA = 33 % bis 66 % bedeutet, dass erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1 L in die höhere Schaltnut X-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 10C und Tabelle 10C verändert sich das Hallgebersignal in den PWM- Signalbereich E = 0 - 33 % zurück, das heißt, das Stellglied 1 L wurde wieder „eingefahren“. Sechste Ausführungsvariante:
Die sechste Ausführungsvariante geht schließlich wieder von der ersten Ausführungsvariante aus, wobei wiederum auf die Erfassung des Rückwurfsignales SRÜCK verzichtet wird.
Beide Stellglieder 1 L, 1 R des Aktors 10 werden mit einem eigenen Hall-Sensor 12L, 12R ausgestattet. Der Hall-Sensor 12M gemäß der sechsten Ausführungsform ist wiederum derart ausgestattet, dass er (für beide Stellglieder 11 L, 11R) bereichsweise drei verschiedene PWM- Signalbereiche, die der Hubposition der Stellglieder 1L, 1 R entsprechen, herausgeben kann.
Das heißt, das Motor-Steuergerät kann anhand des PWM-Signalbereichs unterscheiden, ob das jeweilige Stellglied 1L, 1 R in dem PWM-Signalbereich E „eingefahren“ oder in dem PWM- Signalbereich EA „nur bis zur Hälfte ausgefahren“ oder in dem PWM-Signalbereich A „ausgefahren“ angeordnet ist, wobei die daraus ergebende Vorgehensweise zur Positionserkennung der Nockenstücke 20L, 20R nachfolgend verdeutlicht wird.
Erläuterung der Positionserkennung gemäß der sechsten Ausführungsvariante anhand der tieferen Schaltnut S-N des linken Nockenstücks 20L:
Den Tabellen 11A bis 11C sind die Figuren 11A bis 11C zugeordnet, das heißt, Tabelle 11A gehört zu Figur 11A und Tabelle 11 B zu Figur 11 B sowie Tabelle 11C zu Figur 11C.
Tabelle 11A und Figur 11A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1L, 1 R. Die Nockenstücke 20L, 20R befinden sich in ihrer ersten End-Schaltstellung E1.
Die Schaltung der tieferen Schaltnut S-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der tieferen Schaltnut S-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für die Hall- Sensoren 12L, 12R für das linke Stellglied 1 L im Motor-Steuergerät, denn die tiefere Schaltnut S-N des linken Nockenstücks 20L soll geschaltet werden. In der Ausgangsposition gemäß Figur 11A und Tabelle 11A werden von den Hall-Sensoren 12L, 12R jeweils ein Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E = 0 - 33 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1 L, 1 R sind „eingefahren“.
Gemäß Figur 11 B und T abelle 11 B verändert sich das Hallgebersignal in den PWM- Signalbereich A = 67 - 100 %, das heißt, das linke Stellglied 1L wurde ausgefahren, das heißt, das linke Nockenstück 1L wurde nach rechts von der End-Schaltstellung E1 in die End- Schaltstellung E2 umgeschaltet. Das Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich
A = 67 - 100 % bedeutet, dass erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1 L in die tiefere Schaltnut S-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 11C und Tabelle 11C verändert sich das Hallgebersignal in den PWM- Signalbereich E = 0 - 33 % zurück, das heißt, das Stellglied 1 L wurde wieder „eingefahren“.
Erläuterung der Positionserkennung der sechsten Ausführungsvariante anhand der höheren Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L:
Den Tabellen 12A bis 12C sind die Figuren 12A bis 12C zugeordnet, das heißt, Tabelle 12A gehört zu Figur 12A und Tabelle 12B zu Figur 12B sowie Tabelle 12C zu Figur 12C.
Tabelle 12A und Figur 12A zeigen eine Ausgangsposition der Stellglieder 1L, 1 R. Das Nockenstück 20L befindet sich in seiner zweiten End-Schaltstellung E2 gemäß Figur 11C.
Die Schaltung der höheren Schaltnut X-N erfolgt ausgehend von einer Schaltstellung der höheren Schaltnut X-N entsprechend dem letzten Speicherstand oder einer Initialisierungsschaltung. Zudem erfolgt zuerst das Rücksetzen aller Merker für die Hall- Sensoren 12L, 12R für das linke Stellglied 1 L im Motor-Steuergerät, denn die höhere Schaltnut X-N des linken Nockenstücks 20L soll geschaltet werden.
In der Ausgangsposition gemäß Figur 12A und Tabelle 12A werden von den Hall-Sensoren 12L, 12R jeweils ein Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich E = 0 - 33 % registriert, das heißt, die Stellglieder 1L, 1R sind „eingefahren“. Gemäß Figur 12B und Tabelle 12B verändert sich das Hallgebersignal in den PWM- Signalbereich EA = 34 - 66 %, das heißt, das Stellglied 1L wurde „bis zur Hälfte ausgefahren“, das heißt, das linke Nockenstück 1 L wurde nach links von der End-Schaltstellung E2 in die End-Schaltstellung E1 zurück umgeschaltet. Das Hallgebersignal in dem PWM-Signalbereich EA = 33 % - 66 % bedeutet, dass erfasst wurde und somit sichergestellt ist, dass das linke Stellglied 1 L in die höhere Schaltnut X-N eingegriffen hat.
Gemäß Figur 12C und Tabelle 12C verändert sich der PWM-Signalbereich des Hallgebersignals in dem PWM-Signalbereich E = 0 - 33 % zurück, das heißt, das linke Stellglied 1 L ist wieder „eingefahren“.
Es ist ergänzend von Bedeutung, dass die Positionserkennung des rechten Nockenstücks 20R analog zu der vorhergehenden Beschreibung des linken Nockenstücks 20L durchgeführt wird.
Bei den Ausführungsvarianten 1, 2, 6 ist es möglich, die Nockenstücke 20L, 20R zeitgleich oder zeitversetzt axial auf der Mittelachse M der Nockenwelle relativ zur Nockenwelle zu verschieben, weil jedem Stellglied 1 L, 1R eine eindeutige Positionserkennung zugeordnet ist.
Bei den Ausführungsvarianten 3, 4, 5 ist es nur möglich, die Nockenstücke 20L, 20R zeitversetzt axial auf der Mittelachse M der Nockenwelle relativ zur Nockenwelle zu verschieben, da die Positionserkennung bei zeitgleichen oder sich zeitlich überlagerten Schaltvorgängen keinem der Stellglieder 1 L, 1R eindeutig zugeordnet werden kann. Es kann in solchen Fällen bei zeitgleichen oder sich zeitlich überlagerten Schaltvorgängen nicht unterschieden werden, ob das linke oder rechte Stellglied 1L, 1 R geschaltet wurde.
Unabhängig von den Ausführungsvariante ist es ferner von Bedeutung, dass das Motor- Steuergerät bei einem Motorstart zunächst nicht unterscheiden kann, in welcher Position (Betriebsstellung End-Schaltstellung E1 oder End-Schaltstellung E2 oder zwischen E1 und E2) sich die Nockenstücke 20L, 20R, 1 L, 1R gerade befinden. Es ist vorgesehen, dass nach einem Erreichen einer Mindestdrehzahl eine Probeschaltung, das heißt die Initialisierungsschaltung, durchgeführt wird.
Eine der Ausführungsvarianten dient somit stets dazu, bei Erreichen der Mindestdrehzahl zu ermitteln, wo sich das jeweilige Nockenstück 20L, 20R gerade befindet. Durch die Probeschaltung jedes Stellgliedes 1 L, 1 R (wie in den Ausführungsvarianten erläutert) kann ermittelt werden, in welche Nut S-N oder X-N das Stellglied 1 L, 1R zu einem bestimmten Zeitpunkt gerade eingreift.
Daraus kann abgeleitet werden, in welcher Position sich das jeweilige Nockenstück 20L, 20R am Ende der Probeschaltung gerade befindet, so dass im Motor-Steuergerät nach dieser Initialisierung als ein letzter Speicherstand die Position des jeweiligen Nockenstücks 20L, 20R zur Verfügung steht.
Im Betrieb werden (vergleiche Figur 1) die Nockenkonturen 20L-N und 20L-V eines Nockenstücks 20L oder bei dem Nockenstück 20R die Nockenkonturen 20R-N und 20R-V, die pro Ventil eines Zylinders einer Brennkraftmaschine vorhanden sind, axial verschoben.
Über einen Rollenschlepphebel wird die jeweilige Nockenkontur auf das Ventil (nicht dargestellt) übertragen. Der Verschiebemechanismus wird durch den Aktor 10 pro Nockenstück 20L, 20R in Gang gesetzt. Das Stellglied 1 L, 1 R in der Art eines Pins spurt in die jeweilige Schaltnut S-N, X-N der Nockenstücke 20L, 20R ein.
Das jeweilige Nockenstück 20L, 20R wird in Abhängigkeit der eingreifenden Nockenkonturen 20L-N, 20L-V des jeweiligen Nockenstücks 20L oder bei dem Nockenstück 20R in Abhängigkeit der Nockenkonturen 20R-N, 20R-V zwischen zwei Nockenhubkonturen hin und her verschoben.
Die Ventile und damit die Brennräume der zum Nockenstück 20L, 20R gehörigen Zylinder bleiben bei Nutzung der Nockenkontur 20R-N, 20L-N geschlossen. Die Kraftstoffeinspritzung in dem/n jeweiligen Zylinder/n wird beispielsweise zeitgleich abgeschaltet und sie laufen unbefeuert mit.
Die in den Ausführungsbeispielen erläuterten End-Schaltstellungen E1 und E2 sind dabei dem Vollhub oder dem Nullhub zugeordnet.
Die Positionserkennung und die erläuterten strukturellen und funktionellen Vorgehensweisen können somit in vorteilhafter Weise für das „Aktive Zylindermanagement“ eingesetzt werden. Bezugszeichenliste
10 Aktor
11L linke Spuleneinheit
11 R rechte Spuleneinheit
SRÜCK Rückwurfsignal
SAnst Ansteuersignal
12L linker Hall-Sensor
12R rechter Hall-Sensor
12M mittlerer Hall-Sensor
E Signalbereich „eingefahrene Ausgangsposition“
EA Signalbereich „bis zur Hälfte ausgefahrene Stellposition“
A Signalbereich „ausgefahrene Stellposition“
E’ Signalbereich „nicht vollständig ausgefahrene Stellposition“
20L linkes Nockenstück
20L-V Nockenkontur Vollhub für ein Ventil
20L-N Nockenkontur Nullhub für ein Ventil
20R rechtes Nockenstück
20R-V Nockenkontur Vollhub für ein Ventil
20R-N Nockenkontur Nullhub für ein Ventil
1L linkes Stellglied
1R rechtes Stellglied
M Mittelachse der Nockenwelle
XS Schaltkulisse
X-N gegenüber einer Mittelachse M radial beabstandete höhere Nut
S-N gegenüber einer Mittelachse M radial beabstandete tiefere Nut
E1 erste End-Schaltstellung
E2 zweite End-Schaltstellung

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Positionserkennung mindestens eines Nockenstücks (20L, 20R) eines Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine, wobei der Ventiltrieb wenigstens eine Nockenwelle aufweist, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verlagerbar mindestens ein Nockenstück (20L, 20R) angeordnet ist, an dem wenigstens ein Nocken mit einer vorgebbaren Nockenkontur (20L-V, 20L-N; 20R-V, 20R-N) ausgebildet ist, wobei ein axiales Verlagern des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) mittels eines Aktors (10) entlang der Nockenwelle erfolgt, wobei dem mindestens einen Nockenstück (20L, 20R) eine als Nut ausgebildete Schaltkulisse (XS) zugeordnet wird, in der eine erste Schaltnut (X-N) und eine zweite Schaltnut (S-N) angeordnet sind, deren Nuttiefen sich in einem Kreuzungsbereich, in dem sich die Schaltnuten (X-N, X-S) zur axialen Verlagerung des mindestens einen Nockenstück (20L, 20R) spiralförmig kreuzen, voneinander unterscheiden, wobei der Aktor (10) bezüglich des mindestens eines Nockenstücks (20L, 20R) in einer Einbauposition angeordnet ist, die es ermöglicht, dass das mindestens eine Stellglied (1 L, 1 R) in Richtung der Nockenwelle aus dem Aktor (10) reversibel ausgefahren und in die Schaltkulisse (XS) eingefahren wird, wobei die axiale Verlagerung des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) durch Initiierung eines Ansteuersignals (SAnst) erfolgt, indem eine in dem Aktor (10) stationär angeordnete Spuleneinheit (11 L, 11 R) bestromt wird, die eine mit dem mindestens einen Stellglied (1 L, 1 R) verbundene Ankerbaugruppe antreibt, woraufhin das mindestens eine Stellglied (1 L, 1 R) in Richtung der Nockenwelle aus dem Aktor (10) ausgefahren wird und in der Schaltkulisse (XS) positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Position des mindestens einen Stellgliedes (1 L, 1 R) durch mindestens einen Hall-Sensor (12L, 12R; 12M) durchgeführt wird, der zur Positionserkennung des mindestens einen Stellgliedes (1 L, 1 R) in dem Aktor (10) angeordnet wird, wobei der Hall- Sensor (12L, 12R; 12M) in Abhängigkeit der Position des mindestens einen Stellgliedes (1 L, 1 R) ein Hallgebersignal bereitstellt, aus dem rückgeschlossen wird, ob das mindestens eine Stellglied (1 L, 1 R) in der ersten Schaltnut (X-N) oder zweiten Schaltnut (S-N) des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) eingefahren ist. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das positionsabhängige Hallgebersignal zur Positionserkennung des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) mit einem Rückwurfsignal (SRÜCK) der in dem Aktor (10) angeordneten Spuleneinheit (11 L, 11 R) kombiniert wird, welche das mindestens eine Stellglied (1 L, 1R) nach seiner Bestromung bezogen auf die Mittelachse (M) der Nockenwelle aus einer Ausgangsposition radial verlagert und bei der Rückverlagerung des mindestens einen Stellgliedes (1 L, 1R) das Rückwurfsignal (SRÜCK) generiert, wenn das mindestens eine Stellglied (1L, 1 R) nach seiner Verlagerung wieder in seine Ausgangsposition zurückgekehrt ist, wobei in Abhängigkeit des erfassten positionsabhängigen Hallgebersignals und des Rückwurfsignals (SRÜCK) auf die Position des mindestens einen Stellgliedes (20L, 20R) rückgeschlossen wird, ob das mindestens eine Stellglied (1 L, 1R) in der ersten Schaltnut (X-N) oder zweiten Schaltnut (S-N) des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) eingefahren ist. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das positionsabhängige Hallgebersignal zur Positionserkennung des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) mit dem Rückwurfsignal (SRÜCK) der in dem Aktor (10) angeordneten Spuleneinheit (11 L, 11R) kombiniert wird, welche das mindestens eine Stellglied (1 L, 1R) nach seiner Bestromung bezogen auf die Mittelachse (M) der Nockenwelle aus der Ausgangsposition radial verlagert und bei der Rückverlagerung des mindestens einen Stellgliedes (1 L, 1R) das Rückwurfsignal (SRÜCK) generiert, wenn das mindestens eine Stellglied (1 L, 1R) nach seiner Verlagerung wieder in seiner Ausgangsposition zurückgekehrt ist, wobei das positionsabhängige Hallgebersignal und das Rückwurfsignal (SRÜCK) ferner mit einem Ansteuersignal (SAnst) kombiniert werden, das von der in dem Aktor (10) angeordneten Spuleneinheit (11 L, 11R) generiert wird, nachdem das mindestens eine Stellglied (1L, 1 R) bestromt wird, um bezogen auf die Mittelachse (M) der Nockenwelle aus der Ausgangsposition radial verlagert zu werden, um in der Betriebsposition in die mindestens eine Schaltkulisse (XS) einzufahren, wobei in Abhängigkeit des erfassten positionsabhängigen Hallgebersignals und des Rückwurfsignals (SRÜCK) und des Ansteuersignals (SAnst) auf die Position des mindestens einen Stellgliedes (1L, 1 R) rückgeschlossen wird, ob das mindestens eine Stellglied (1 L, 1R) in der ersten Schaltnut (X-N) oder zweiten Schaltnut (S-N) des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) eingefahren ist. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das positionsabhängige Hallgebersignal für die erste und zweite Schaltnut (X-N, S-N) der Schaltkulisse (XS) in hinsichtlich der Anzahl vorgebbaren und festgelegten PWM-Signalbereichen (E, EA, A, E‘) bereitgestellt wird, wobei die PWM-Signalbereiche Hubpositionen des mindestens einen Stellgliedes (1 L, 1R) zugeordnet werden. 5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aktor (10) zur Positionserkennung von zwei Stellgliedern (1 L, 1R), die je einem Nockenstück (20L, 20R) zugeordnet werden, zwei Hall-Sensoren (12L, 12R) angeordnet werden, welche die Position von zwei Stellgliedern (1L, 1 R) in dem Aktor (10) unabhängig voneinander erfassen und das positionsabhängige Hallgebersignal für jedes der Stellglieder (1 L, 1 R) bereitstellen, wobei in Abhängigkeit des erfassten positionsabhängigen Hallgebersignals auf die Position der beiden Stellglieder (1 L, 1R) rückgeschlossen wird, ob das mindestens eine Stellglied (1 L, 1 R) in der ersten Schaltnut (X-N) oder zweiten Schaltnut (S-N) des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) eingefahren ist, wobei die Positionserkennung der zwei Stellglieder (1 L, 1R) zeitgleich oder zeitlich versetzt durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aktor (10) zur Positionserkennung von zwei Stellgliedern (1 L, 1R), die je einem Nockenstück (20L, 20R) zugeordnet werden, ein einziger Hall-Sensor (12M) angeordnet wird, der die Position von zwei Stellgliedern (1 L, 1R) in dem Aktor (10) erfasst und das positionsabhängige Hallgebersignal für jedes der Stellglieder (1L, 1 R) bereitstellt, wobei in Abhängigkeit des erfassten positionsabhängigen Hallgebersignals auf die Position der beiden Stellglieder (1 L, 1 R) rückgeschlossen wird, ob das mindestens eine Stellglied (1 L, 1R) in der ersten Schaltnut (X-N) oder zweiten Schaltnut (S-N) des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) eingefahren ist, wobei die Positionserkennung der zwei Stellglieder (1L, 1R) zeitlich versetzt durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine, nach einem Erreichen einer Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine, eine Initialisierungsschaltung durchgeführt wird, wodurch festgestellt wird, in welcher Position sich das mindestens eine Nockenstück (20L, 20R) gerade befindet, indem ermittelt wird, in welcher Schaltnut (X-N; S-N) der Schaltkulisse (XS) das mindestens eine Stellglied (1 L, 1R) eingreift.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Initialisierungsschaltung erfasste Position des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) abgespeichert und anschließend der laufende Betrieb des Ventiltriebs durchgeführt wird. Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventiltrieb wenigstens eine Nockenwelle aufweist, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verlagerbar mindestens ein Nockenstück (20L, 20R) angeordnet ist, an dem wenigstens ein Nocken mit einer vorgebbaren Nockenkontur (20L-V, 20L-N; 20R-V, 20R-N) ausgebildet ist, wobei dem mindestens einen Nockenstück (20L, 20R) mittels eines Aktors (10) entlang der Nockenwelle eine als Nut ausgebildete Schaltkulisse (XS) zugeordnet ist, in der eine erste Schaltnut (X-N) und eine zweite Schaltnut (S-N) angeordnet sind, deren Nuttiefen sich in einem Kreuzungsbereich, in dem sich die Schaltnuten (X-N, X-S) zur axialen Verlagerung des mindestens einen Nockenstücks (20L, 20R) spiralförmig kreuzen, voneinander unterscheiden, wobei der Aktor (10) bezüglich des mindestens eines Nockenstücks (20L, 20R) in einer Einbauposition angeordnet ist, die es ermöglicht, dass das mindestens eine Stellglied (1L, 1R) in Richtung der Nockenwelle aus dem Aktor (10) reversibel ausgefahren und in die Schaltkulisse (XS) eingefahren wird, wobei in dem Aktor (10) eine stationär angeordnete Spuleneinheit (11 L, 11R) angeordnet ist, die eine mit dem mindestens einen Stellglied (1L, 1 R) verbundene, im Aktor (10) angeordnete, relativ zur Spuleneinheit (111, 11 R) bewegliche Ankerbaugruppe antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass im Aktor (10) zur Positionserkennung des mindestens einen Stellgliedes (1 L, 1 R) mindestens ein Hall-Sensor (12L, 12R; 12M) angeordnet ist, der in Abhängigkeit der Position des mindestens einen Stellgliedes (1L, 1R) ein Hallgebersignal bereitstellt. Ventiltrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aktor (10) zwei Stellglieder (1L, 1R) angeordnet sind, die zwei auf einer Nockenwelle axial verlagerbaren Nockenstücken (20L, 20R) zugeordnet sind. Ventiltrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Stellglied (1 L, 1R) ein eigener Hall-Sensor (12L, 12R) zugeordnet ist, der bezogen auf die vertikale Längserstreckung des Aktors (10), die orthogonal zu der Mittelachse (M) der Nockenwelle verläuft, im Wesentlichen in vertikaler Längserstreckung der Stellglieder (1 L, 1 R) in dem Aktor (10) angeordnet ist, so dass die Hall-Sensoren (12L, 12R) für jedes Stellglied (1 L, 1R) zeitgleich oder zeitlich versetzt eigene positionsabhängige Hallgebersignale bereitstellen. Ventiltrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass den zwei Stellgliedern (1L, 1R) ein einziger Hall-Sensor (12M) zugeordnet ist, der bezogen auf eine vertikale Längserstreckung des Aktors (10), die orthogonal zu einer Mittelachse (M) der Nockenwelle verläuft, mittig in dem Aktor (10) angeordnet ist, so dass der mittig angeordnete Hall-Sensor (12M) das positionsabhängige Hallgebersignal des einen oder des anderen Stellgliedes (1L, 1 R) zeitlich versetzt bereitstellt. Ventiltrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der zwei Stellglieder (1 L, 1 R) stets eine eigene Spuleneinheit (11 L, 11 R) und eine eigene Ankerbaugruppe zugeordnet ist, wobei die jeweilige Spuleneinheit (11 L, 11 R) die jeweilige zugehörige Ankerbaugruppe antreibt.
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