JP2011521138A - バルブ駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、軸方向に移動可能なカムエレメント（１２ａ；１２ｂ）を、シフティングゲート（１３ａ；１３ｂ）を使って切り替えるシフトユニット（１１ａ；１１ｂ）のシフト動作をモニタするように構成された制御ユニット（１０ａ；１０ｂ）を備える、特に内燃機関のバルブ駆動装置に基づいている。
この制御ユニット（１１ａ；１１ｂ）は、電圧積分（１４ａ；１４ｂ）の少なくとも１つの特性パラメータを考慮するように構成されていることが提案される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づくバルブ駆動装置に関する。

軸方向に移動可能なカムエレメントを、シフティングゲートを使って切り替えるシフトユニットのシフト動作をモニタするように構成された制御ユニットを備える、特に内燃機関のバルブ駆動装置がすでに知られている。

本発明は、特に、シフト動作モニタのエラー率を低下させる課題に基づいている。

この課題は、本発明に基づき、独立請求項の特徴により解決される。その他の実施形態は、従属請求項に示されている。

本発明は、軸方向に移動可能なカムエレメントを、シフティングゲートを使って切り替えるシフトユニットのシフト動作をモニタするように構成された制御ユニットを備える、特に内燃機関のバルブ駆動装置に基づいている。

この制御ユニットは、電圧積分のための少なくとも１つの特性パラメータを考慮するように構成されることが提案される。本発明に基づく実施形態により、シフト動作のモニタは、個々の電圧値とは無関係に制御ユニットによって行われ、それによってモニタのエラー率を減少させることができる。特に、電圧積分の特性パラメータの評価によるモニタは、開始状態と終了状態にのみ対応しており、開始状態から終了状態までの経過とは無関係であるため、例えば干渉電圧ピークなどに対するエラー率が特に少なくなる。「制御ユニット」とは、特に、メモリユニットと、そのメモリユニットに保存されている作動プログラムとを備えるプロセッサユニットを示すものとする。

「構成されている」とは、特に、特別に装備、設計及び／又はプログラムされていることを示すものとする。さらに、「電圧積分」とは、特に、シフト動作の間、シフトユニットによって発生する電圧の積分を示すものとする。「シフト動作のモニタ」とは、特に、所定のシフト動作がエラーなく実施されるかどうかを監視することを示すものとする。特に、制御ユニットは、シフト動作をモニタするように構成されているべきであり、この制御ユニット内で、シフトピンが、送り出されているシフト位置から収納されている基本位置に移動する。

さらに、「特性パラメータ」とは、例えばコンデンサを用いて決定される充電量又は電圧変化から算出される特性パラメータなど、制御ユニットによって設定可能なパラメータを示すものとし、電圧積分値は直接又は間接的にこのパラメータに対応している。特に、この特性パラメータは、この場合、例えば足し算による電圧積分の数学的近似によってもほぼ特定することができる。

さらに、制御ユニットは、特性パラメータのため、少なくとも２つの時間的に離れた電圧値を足し算するように構成されていることが提案される。少なくとも２つの値の足し算により、電圧積分の特性パラメータを、とりわけ簡単に決定することができる。このとき、この特性パラメータは、基本的に足し算によってのみ計算することができる。しかし、原則的には、例えば個々の足し算の項を増やすために足し算と掛け算とを組み合わせることも可能である。

電圧値の数によって精度が向上するため、足し算される電圧値の数は、２つよりも明らかに大きいことが好ましい。「電圧値」とは、ここでは、特にシフトユニットによって発生する、特定の時点での電圧に該当するパラメータを意味するものとする。

好ましいのは、この制御ユニットが、収納シフト動作をモニタするように構成されていることである。これにより、異常なシフト動作による機能障害を回避することができる。さらに、異常な収納シフト動作から異常な送出しシフト動作を予測することができるため、制御ユニットによって、異常な送出しシフト動作も検知することができる。この場合、「収納シフト動作」とは、特にシフトユニットがシフト位置からニュートラル位置に切り替えられるシフト動作を意味するものとする。特に、この場合、シフトユニットは、シフティングゲートによって切り替えられることになっている。送出しシフト動作とは、特に、基本位置からシフト位置へのアクティブなシフト動作を意味するものとする。

本発明の有利な実施形態においては、制御ユニットが、少なくとも１つの作動モードにおいて、時間に応じて特性パラメータを特定するように構成されていることが提案される。時間に応じた特定によって、特性パラメータの特定はとりわけ簡単になる。とくに、測定時間が十分に長い場合は、これにより、特定パラメータの数値がシフト動作の時間的経過とは無関係になる。「時間に応じた特定」とは、この場合、特に、あらかじめ規定された時間間隔ごとに、電圧値を特定するように制御ユニットが構成されていることを意味するものとする。

もう１つの有利な実施形態においては、制御ユニットが、少なくとも１つの作動モードにおいて、特性パラメータを角度に応じて特定するように構成されていることが提案される。「角度に応じた特定」とは、この場合、特に、あらかじめ規定されたカムエレメント及び／又はクランクシャフトの回転角間隔ごとに、電圧値を特定するように制御ユニットが構成されていることを意味するものとするこれによって、高コストとなる時間に応じた特定方法を回避することができ、さらにエラー率を低下させることができる。基本的に、例えば、クランクシャフト及び／又はカムシャフトの境界回転数以下では角度に応じ、境界回転数以上では時間に応じて特定するなど、角度と時間とに応じた特定も考えられる。

好ましいのは、この制御ユニットが、規定のインターバルを評価するように構成されていることである。これによって、最終の特定時点を簡単に確定することができる。「規定のインターバル」とは、この場合、インターバルの終了時点がすでにインターバルの開始時に決定されているインターバルを意味するものとする。

特に、インターバルの長さが時間に対応している場合は有利である。これによって、例えば、次のシフト動作によって誤りが生じるおそれのある、不必要に長い特定を回避することができる。

同様に、インターバルの長さが角度に対応している場合も有利である。このことにより、インターバルの長さをスライディングパスの形態に対応させられることは有利である。基本的に、インターバル長さを、時間と角度とに対応させることが可能であり、例えば、インターバルは、あらかじめ規定された角度範囲とその角度範囲に従う時間範囲をカバーしている。

本発明の有利な実施形態においては、制御ユニットが、特性パラメータ限界値に関して、シフト速度とは無関係である特性パラメータを設定するように構成されている。それによって、特性パラメータ限界値の特定に手間取ることが回避される。シフト速度とは無関係の「特性パラメータ限界値」とは、特に、カムエレメントの回転数及び／又は潤滑剤温度とは無関係である特性パラメータ限界値を意味するものとする。この場合、シフト速度は、特に回転数及び潤滑剤温度に対応している。

さらに、制御ユニットが、シフトユニットをモニタするように構成されていることが提案される。「シフトユニットのモニタ」とは、特にシフトユニットが、例えば誤った送出し及び／又は収納など、予期しないシフト動作に関して制御ユニットによりモニタされることを示すものとする。これにより、予期しないシフト動作による機能障害を回避することができる。

本発明のもう１つの実施形態では、制御ユニットが少なくとも１つのインテグレータ回路を有していることが提案される。「インテグレータ回路」とは、この場合、特に、特性パラメータがハードウェア側で特定可能な回路を意味するものとし、例えば、充電され、それによって特性パラメータを提供するコンデンサを備える回路などである。このような実施形態により、とりわけ単純なソフトウェアによって、制御ユニットを使用することができる。

その他の利点は、以下の図の説明から生じる。図には、本発明の実施例が示されている。これらの図、説明及び請求項には、組合せの形で多数の特徴が含まれている。当業者は、これらの特徴を個々においても有利なものとみなし、その他の有効な組合せにまとめるであろう。

シフトユニットと制御ユニットとを備えるバルブ駆動装置である。 シフトユニットの動作及びシフトユニットによって発生した電圧を、時間に応じて示した図である。 シフトユニットによって発生した電圧を、第１の回転数の時間に応じて示した図である。 シフトユニットによって発生した電圧を、第２の回転数の時間に応じて示した図である。 シフトユニットと代替の制御ユニットとを備えるバルブ駆動装置である。

図１は、内燃機関のバルブ駆動装置を示している。このバルブ駆動装置は軸方向に移動可能で、トルク耐性に（共回転するように）カムシャフト１５ａに配置されているカムエレメント１２ａを有している。このカムエレメント１２ａは、シフトユニット１１ａとシフティグゲート１３ａとによって動かされる。シフティングゲート１３ａは、溝として実施されているスライディングパス１６ａを有している。

シフトユニット１１ａは、アクチュエータ１７ａとシフトエレメント１８ａとを有している。このシフトエレメント１８ａは、部分的にシフトピン１９ａとして形成されており、このシフトピンは、シフトエレメント１８ａのシフト位置では外側に送り出されている。このシフト位置においては、シフトピン１９ａが、シフティングゲート１３ａのスライディングパス１６ａの中にかみ合っている。

シフトエレメント１８ａを動かすアクチュエータ１７ａは、電磁ユニット２０ａを有している。この電磁ユニット２０ａにはコイル２１ａが含まれており、このコイルは電磁ユニットのスタータ２２ａの中に配置されている。コイル２１ａによって磁界が発生し、この磁界は、シフトエレメント１８ａの中に配置されている永久磁石２３ａと相互に作用する。これにより、シフトピン１９ａを備えるシフトエレメント１８ａが外に送り出されることができる。コア２４ａは、電磁ユニット２０ａによって生じた磁界を強化する。

コイル２１ａが通電されていない場合、永久磁石２３ａは周辺材料と相互に作用する。ニュートラル位置では、永久磁石２３ａが、電磁ユニット２０ａの、磁化可能な材料から作られているコア２４ａと相互に作用する。シフト位置では、永久磁石２３ａがアクチュエータ１７ａのスタータ２２ａと相互に作用する。通電されていない作動状態では、永久磁石２３ａがシフト位置又はニュートラル位置にあるシフトエレメント１８ａを安定に保つ。シフトユニット１１ａは、通電されていない状態において、シフト位置又はニュートラル位置に向かう双安定系として実施されている。

電磁ユニット２０ａが通電されている作動状態では、永久磁石２３ａが、電磁ユニット２０ａの磁界と相互に作用する。このとき、永久磁石２３ａと電磁ユニット２０ａの極性に応じて、引力と斥力とを生じさせることができる。電磁ユニット２０ａの極性は、電磁ユニット２０ａに流される電流の方向によって変更することができる。シフトエレメント１８ａをニュートラル位置からシフト位置に送り出すために、電磁ユニット２０ａと永久磁石２３ａとの間で斥力が発生する電流方向に電磁ユニット２０ａが通電される。

さらに、アクチュエータ１７ａにはスプリングユニット２５ａが配置されており、このスプリングユニットも、同様に、シフトエレメント１８ａに力を加える。スプリングユニット２５ａの力は、電磁ユニット２０ａと永久磁石２３ａとの間で発生する斥力の方向に該当する方向に向けられており、このことによって、シフトエレメント１８ａの送出し動作が加速される。

スライディングパス１６ａは、軸方向の方向成分を有している。シフトエレメント１８ａがシフト位置にある場合、カムエレメント１２ａの回転運動の際に、軸方向の方向成分によってカムエレメント１２ａに力が作用し、この力によってカムエレメント１２ａが動かされる。カムエレメント１２ａの移動後にシフトエレメント１８ａをその基本位置に動かすため、スライディングパス１６ａは凹部２６ａを有しており、溝の底部２７ａはこの凹部の中で基本円レベル２８ａまで上昇している。離脱セグメント２６ａによって、シフトエレメント１８ａを元に戻す力がシフトエレメント１８に作用する。

シフトエレメント１８ａが、離脱セグメント２６ａによってシフト位置からニュートラル位置に動かされる収納シフト動作の場合、第１段階２９ａにおいて、シフトエレメント１８ａは、永久磁石２３ａとスタータ２２ａとの相互作用によりシフト位置に向かって動く。シフトエレメント１８ａは、離脱セグメント２６ａとカムエレメント１２ａの回転運動とによって、基本位置方向に動かされる。シフトエレメント１８ａは、離脱セグメント２６ａによって、永久磁石２３ａとスタータ２２ａとの相互作用によって発生する力とは反対方向に動かされる。

第２段階３０ａでは、シフトエレメント１８ａが溝の底部２７ａから離れ、永久磁石２３ａとコア２４ａとの相互作用によりニュートラル位置に向かって動く。シフトエレメント１８ａは、永久磁石２３ａとコア２４ａとの相互作用によりカムエレメント１２ａの回転運動とは無関係にニュートラル位置に動かされる。

電磁ユニット２０ａが通電されていない収納シフト動作の場合、永久磁石２３ａの移動によってコイル２１ａの中に電圧３１ａが誘起される。誘起された電圧３１ａは、制御ユニット１０ａによって評価される。制御ユニット１０は、誘起された電圧３１ａを用いて収納シフト動作をモニタする。制御ユニット１０ａは、この場合、特に、シフト動作が正常であり、シフトエレメント１８ａがシフト位置からニュートラル位置に切り替えられるかどうかをモニタする。

収納シフト動作をモニタするため、制御ユニット１０ａは、電圧積分１４ａの特性パラメータを考慮する。このとき、電圧積分１４ａは、シフト動作によってコイル２１ａの中に誘起され、それによりシフトユニット１１ａによって発生する電圧３１ａ上を進行する。

電圧積分１４ａの値は、特定開始時と特定終了時でのシフトエレメント１８ａのリフト３２ａにのみ左右される。十分に長いインターバルによる測定に関して、電圧積分１４ａの値は、例えばシフトエレメントが動かされるシフト速度３３ａなどの、シフト動作パラメータとは無関係となる。

電圧積分１４ａの特性パラメータを特定するため、制御ユニット１０ａは、コイルの中に誘起される電圧３１ａの電圧値を、時間を追って特定する。特性パラメータは、時間的に連続する電圧値を加算することによって特定される。

第１の作動モードにおいて、制御ユニット１０ａは、時間に応じて特性パラメータを特定する。電圧値は、この場合、あらかじめ決められた一定の時間間隔をあけて特定される。このとき、２つの電圧値は、約１０ミリ秒の間隔をおいて特定される。従って、特性パラメータの特定には、電圧値を加算することで十分である。しかし、基本的には、１つのパラメータに応じて時間間隔を決定し、１つのファクタによってそれぞれの電圧値を決定することも考えられる。

制御ユニット１０ａは、規定のインターバルを評価する。このインターバルは、予想されるシフト動作の長さに該当する時間的長さを示している。この長さは、制御ユニット１０ａの中であらかじめ規定されており、その他のパラメータに対応させることができる。

インターバル終了時の特性パラメータをとる特性パラメータ値は、シフトエレメント１８ａがシフト位置からニュートラル位置に切り替えられるシフト速度３３ａとは無関係である。特に、シフトエレメント１８ａが溝の底部２７ａを介して動く第１段階２９ａでは、シフト速度３３ａがカムエレメント１２ａの回転数に左右される。シフトエレメントが、永久磁石２３ａの相互作用によって動かされる第２段階３０ａでは、シフト速度３３ａ及び電圧３１ａは、カムエレメントの回転数とは無関係である。第２段階３０ａでは、シフト速度３３ａは、特にシフトユニットの潤滑剤温度など、シフトユニット１１ａのパラメータのみに左右される（図２を参照）。時間に応じた特定の場合、特性パラメータは、カムエレメント１２ａの回転数とは無関係である。

正常なシフト動作を検知することができるように、制御ユニット１０ａには、特性パラメータに対して設定されている特性パラメータ限界値がメモリされている。特性パラメータが特性パラメータ限界値を上回っている場合、収納シフト動作は正常である。この場合、特性パラメータ限界値は、特にカムシャフトの回転数及び潤滑剤温度に左右される、シフトエレメントの予想シフト速度とは無関係である。

第２の作動モードにおいて、制御ユニット１０ａは、角度に応じて特性パラメータを特定する。第１の作動モードとは異なり、この作動モードでは、制御ユニット１０ａが、カムエレメント１２ａの回転位置に応じて特定される電圧値を加算する。制御ユニット１０ａは、この場合、すでにあるセンサ装置（図示されていない）を用いる。

このような特定の場合、カムエレメント１２ａの回転数に応じた特性パラメータ値が発生するため、この特性パラメータ値を回転数で割るだけで、回転数とは無関係の値が得られる。特に、経費のかかる方法で特定する必要がなくなる。

第１の作動モードは、カムエレメント１２ａの回転数が境界回転数より上になった場合に選択される（図３を参照）。２つの連続する電圧値の時間間隔は、この場合、制御ユニット１０ａが電圧値特定にかかる作業時間に該当する。第２の作動モードは、カムエレメント１２ａの回転数が境界回転数より下になった場合に選択される（図４を参照）。

さらに、制御ユニット１０ａは、電磁ユニット２０ａが通電されていない場合に、シフトユニット１１ａをモニタするように構成されている。この場合、シフトエレメント１８ａがシフト位置にあり、シフトエレメント１８ａが予期しない収納シフト動作を行うことが基本的に可能である場合に、特にシフトユニット１１ａがモニタされる。

図５は、本発明のもう１つの実施例を示している。実施例を区別するために、図１〜４の実施例の記号中の文字ａは、図５の実施例の記号中の文字ｂになっている。以下の説明は、主に図１〜４の実施例との違いに限定され、その際、同一のままの部品、特徴及び機能は、図１〜４の実施例の説明を参照することができる。

図５は、バルブ駆動装置の代替の実施形態図を示している。このバルブ駆動装置は、インテグレータ回路３４ｂを備える制御ユニット１０ｂを有している。インテグレータ回路３４ｂは、電磁ユニット２０ｂのコイル２１ｂに接続されているコンデンサ３５ｂによって実現されている。制御ユニット１０ｂは、コンデンサ３５ｂの電圧値を特定するように構成されている。

通電されていない電磁ユニット２０ｂのコイル２１ｂの中に電圧が誘起される、シフトユニットのシフトエレメント１８ａのシフト動作で、コンデンサ３５ｂが充電される。このときコンデンサ３５ｂに流れる充電の回数が、誘起電圧の電圧積分１４ｂを形成する。制御ユニット１０ｂによって特定されるコンデンサ３５ｂの電圧値は、流される充電回数に比例する。従って、この電圧値は、電圧積分１４ｂを特定できる特性パラメータを直接形成している。

基本的には（図５には示されていないが）、インテグレータ回路３４ｂを補う及び／又は最適化するために構成されているもう１つの回路が考えられる。例えば、誘起電圧を増幅し、それによってコンデンサ３５ｂによる不正確性を減らす増幅回路によってインテグレータ回路３４ｂを補うことが考えられる。

Claims (12)

1. 軸方向に移動可能なカムエレメント（１２ａ；１２ｂ）を、シフティングゲート（１３；１３ｂ）を使って切り替えるシフトユニット（１１ａ；１１ｂ）のシフト動作をモニタするように構成された制御ユニット（１０ａ；１０ｂ）を備える、特に内燃機関のバルブ駆動装置であって、
   前記制御ユニット（１０ａ；１０ｂ）は、電圧積分（１４ａ；１４ｂ）のための少なくとも１つの特性パラメータを考慮するように構成されていることを特徴とするバルブ駆動装置。
2. 前記制御ユニット（１０ａ）が、前記特性パラメータのため、少なくとも２つの時間的に離れた電圧値を足し算するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のバルブ駆動装置。
3. 前記制御ユニット（１０ａ；１０ｂ）が、収納シフト動作をモニタするように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバルブ駆動装置。
4. 前記制御ユニット（１０ａ）が、少なくとも１つの作動モードにおいて、前記特性パラメータを時間に応じて特定するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
5. 前記制御ユニット（１０ａ）が、少なくとも１つの作動モードにおいて、前記特性パラメータを角度に応じて特定するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
6. 前記制御ユニット（１０ａ；１０ｂ）が、規定のインターバルを評価するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
7. 前記インターバルが、時間に応じたインターバル長さを有していることを特徴とする、請求項６に記載のバルブ駆動装置。
8. 前記インターバルが、角度に応じたインターバル長さを有していることを特徴とする、請求項６又は７に記載のバルブ駆動装置。
9. 前記制御ユニット（１０ａ；１０ｂ）が、前記特性パラメータ限界値に関して、シフト速度とは無関係である特性パラメータを設定するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
10. 前記制御ユニット（１０ａ；１０ｂ）が、前記シフトユニット（１１ａ；１１ｂ）をモニタするように構成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
11. 前記制御ユニット（１０ｂ）が、少なくとも１つのインテグレータ回路（３４ｂ）を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のバルブ駆動装置。
12. 軸方向に移動可能なカムエレメント（１２ａ；；１２ｂ）を、シフティングゲート（１３；１３ｂ）を使って切り替えるように構成されているシフトユニット（１１ａ；１１ｂ）のシフト動作をモニタする、特に内燃機関のバルブ駆動装置の方法であって、
    前記モニタのために、電圧積分（１４ａ；１４ｂ）の少なくとも１つの特性パラメータが考慮されることを特徴とする方法。

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