• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Aktors (1), der eine Umschaltnockenvorrichtung (6) einer von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetriebe Nockenwelle (6a) zum Umschalten eines Ventilhubs betätigt. Zum Verbessern der Ventilumschaltung wird ein Ansteuerzeitpunkt des Aktors (1) zum Schalten zwischen einem die Umschaltnockenvorrichtung (6) freigebenden Zustand und einem die Umschaltnockenvorrichtung (6) betätigenden Zustand des Aktors (1) abhängig von zum Schalten zwischen einem die Umschaltnockenvorrichtung (6) freigebenden Zustand und einem die Umschaltnockenvorrichtung (6) betätigenden Zustand des Aktors (1) abhängig von Betriebsbedingungen des Aktors (1) eingestellt.
    公开号:DE102004027966A1
    申请号:DE200410027966
    申请日:2004-06-08
    公开日:2006-01-12
    发明作者:Stefan Dengler；Rainer Wolf
    申请人:Audi AG；
    IPC主号:F01L1-04
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreibeneines Aktors, der eine Umschaltnockenvorrichtung betätigt, nachdem Oberbegriff des Anspruchs 1 und dem Oberbegriff des Anspruchs11.
    [0002] Esist bekannt, zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs und der SchadstoffemissionVentilstuerzeiten sowie Ventilhubcharakteristiken in Abhängigkeitvon Motorbetriebszuständeneiner Brennkraftmaschine zu verändern.Bei einer durch eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenenNockenwelle ist beispielsweise bekannt, von einem ersten Nockenhubeiner Nocke fürden unteren Drehzahlbereich auf einen zweiten Nockenhub einer Nockefür denoberen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine umzuschalten. Hierzubewirkt ein Aktor eine axiale Verschiebung eines oder mehrerer Nockenauf der Nockenwelle. Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 199 33 437 A1 bekannt.
    [0003] Aufgabeder Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einerVorrichtung zum Betreiben eines Aktors, mit der eine Ventilumschaltungverbessert wird.
    [0004] Erfindungsgemäß wird dieAufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und desunabhängigenAnspruchs 11 gelöst,vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
    [0005] Daserfindungsgemäße Verfahrensieht außerden gattungsbildenden Merkmalen vor, dass ein Ansteuerzeitpunktdes Aktors zum Schalten zwischen einem die Umschaltnockenvorrichtungfreigebenden Zustand und einem die Umschaltnockenvorrichtung betätigendenZustand des Aktors abhängig vonBetriebsbedingungen des Aktors eingestellt wird. Damit gelingt eineprozesssichere Umschaltung der Umschaltnockenvorrichtung trotz einervon Betriebsbedingungen des Aktors abhängigen Schaltgeschwindigkeit.Insbesondere kann eine Beschleunigung oder ein Verlangsamen desAusfahrens eines Verstellelements des Aktors kompensiert werden. Vorteilhafterweisewerden möglichstsolche Einflussgrößen, dieEinfluss auf ein Schaltverhalten und insbesondere ein Zeitverhalteneiner Ansteuerung in einem Ansteuermittel des Aktors haben, kompensiert.
    [0006] Vorzugsweisewird der Ansteuerzeitpunkt so gewählt, dass ein mit der Umschaltnockenvorrichtungin Wirkverbindung gelangendes Verstellelement des Aktors stets ineinem definierten Ansteuerfenster mit der Umschaltnockenvorrichtungin Wirkverbindung gerät.Der Ansteuerzeitpunkt, in dem der Aktors so angesteuert wird, dasssein Verstellelement in einem Ansteuerfenster ausgefahren ist, istinsbesondere auf einen definierten Kurbelwinkel bezogen. Greiftbeispielsweise das Verstellelement in eine Spiralnut eines Umschaltnockensein, um diesen zum Umschalten axial auf der Nockenwelle axial zuverschieben, ist eine Verschiebung des Umschaltnockens nur in einemGrundkreis der Nockenkontur möglich,wobei die bevorzugte Ausgestaltung sicherstellt, dass eine Verschiebungnur bei einer definierten Zuordnung der Verschiebung zu einer Kurbelwellenpositionund/oder einer Nockenwellenposition ist. Zweckmäßigerweise ist daher das Ansteuerfenster andie definierte Kurbelwellenposition und/oder die definierte Nockenwellenpositiongebunden. Vorzugsweise ist das Verstellelement in einem definiertenIntervall des Ansteuerfensters voll ausgefahren und mit der Umschaltnockenvorrichtungin Wirkverbindung. Insbesondere ist der Ansteuerzeitpunkt die Summe ausTotzeit und Flugzeit des Verstellelements und entspricht insbesonderedem Beginn der Bestromung des Aktors bis das Verstellelement vollständig ausgefahrenist.
    [0007] Günstigerweiseliegt das Ansteuerfenster zwischen einem Öffnungszeitpunkt und einem Schließzeitpunkteines Motor-Einlassventils bezogen auf einen Kurbelwinkel, so dassdas Verstellelement füreine Verstellung der Umschaltnockenvorrichtung genau in einem gewünschtenKurbelwinkelbereich des Ansteuerfensters mit der Umschaltnockenvorrichtungin Wirkverbindung gebracht wird. Bei unterschiedlichen Geometrienkann der Fachmann jeweils andere, sinnvolle Zuordnungen des Ansteuerfensters auswählen.
    [0008] Ineiner bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Einstellung des Ansteuerzeitpunktshinsichtlich einer Veränderungeiner Flugzeit eines mit der Umschaltnockenvorrichtung in Wirkverbindunggelangenden Verstellelements des Aktors. Günstig ist, wenn bei einem Anstiegeiner Betriebsspannung des Aktors der Ansteuerzeitpunkt hinsichtlichder verringerten Flugzeit und/oder bei sinkender Temperatur desAktors der Ansteuerzeitpunkt hinsichtlich der verlängertenFlugzeit eingestellt wird. Entsprechend kann bei einer abnahe derBetriebsspannung des Aktors der Ansteuerzeitpunkt hinsichtlich derverlängertenFlugzeit und/oder bei steigender Temperatur des Aktors hinsichtlichder verkürztenFlugzeit eingestellt werden. Weiterhin ist günstig, wenn der Ansteuerzeitpunktabhängigvon Alterungseffekten im Aktor eingestellt wird und oder der Ansteuerzeitpunktabhängigvon einer Motordrehzahl und/oder einer Motordrehzahländerungder Brennkraftmaschine eingestellt wird.
    [0009] Beieiner erfindungsgemäßen Vorrichtung wirdvorgeschlagen, dass ein Ansteuermittel vorgesehen ist, um einenAnsteuerzeitpunkt des Aktors, an dem der Aktor zwischen einem dieUmschaltnockenvorrichtung freigebenden Zustand und einem die UmschaltnockenvorrichtungbetätigendenZustand des Aktors umschaltbar ist, abhängig von Betriebsbedingungendes Aktors einzustellen. Vorzugsweise ist wenigstens eine Temperaturdes Aktors und/oder eine Betriebsspannung des Aktors bestimmbar.
    [0010] WeitereAusführungsformen,Aspekte und Vorteile der Erfindung sind unabhängig von ihrer Zusammenfassungin den Ansprüchen.ohne Beschränkungder Allgemeinheit der nachfolgenden detaillierten Darstellung anhandvon Zeichnungen zu entnehmen. Dabei zeigen:
    [0011] 1 schematischeine Vorrichtung mit einem Aktor zur Betätigung einer Umschaltnockenvorrichtungals Schnitt;
    [0012] 2 einenfunktionalen Zusammenhang zwischen Ventilhub, axialer Verschiebungder Umschaltnockenvorrichtung und Nuttiefe mit einem Kurbelwellenwinkel.
    [0013] In 1 isteine Vorrichtung mit einem Aktor 1 zur Betätigung einerUmschaltnockenvorrichtung 6 im Schnitt dargestellt. Ineinem vorzugsweise metallischen Gehäuse 5 des Aktors 1 istein als Stift ausgebildetes Verstellelement 2 auf und abbeweglich. In seiner Mitte weist das Verstellelement 2 einenals Steg ausgebildeten Dauermagneten 3 auf. Ein Ende desVerstellelements 2 ragt in eine Spule 4, welche mittelseiner Stromzuführung 8 bestrombarist und das Verstellelement 2 anziehen oder abstoßen kann. DasVerstellelement 2 ist in seinem eingefahrenen Zustand miteiner durchgezogenen Linie dargestellt, in seinem ausgefahrenenZustand ist das Verstellelement 2 gestrichelt dargestellt.Im eingefahrenen Zustand ist das Verstellelement 2 nichtmit einer Umschaltnockenvorrichtung 6 in Wirkverbindung,im ausgefahrenen Zustand des Verstellelements 2 stehendieses und die Umschaltnockenvorrichtung 6 so in Wirkverbindung,dass die Umschaltnockenvorrichtung 6 auf einer im Querschnittdargestellten Nockenwelle 6a axial (senkrecht zur Bildebene)verschiebbar ist. Der Dauermagnet 3 sorgt für eine stabileLage des Verstellelements 2 im eingefahrenen und ausgefahrenenZustand, indem dieser im ausgefahrenen Zustand am Gehäuse 5 undim eingefahrenen Zustand an einem nicht näher bezeichneten Anschlag imGehäuseanschlägt.
    [0014] DieUmschaltnockenvorrichtung 6 weist ein Nockenstück mit einerSpiralnut 9 auf, in die das als Stift ausgebildetes Verstellelement 2 zumVerschieben der Umschaltnockenvorrichtung 6 in seinem ausgefahrenenZustand eingreift und in der Spiralnut 9 entlangfährt, während dasNockenstückauf der Nockenwelle 6a verschoben wird. Ist der Aktor 1 ganz ausgefahren,befindet sich das Verstellelement 2 in seinem ausgefahrenenZustand und greift in die Spiralnut 9 ein. Das Nockenstück trägt unterschiedliche Nockenkonturen,beispielsweise eine erste Nockenkontur für einen großen Ventilhub und eine zweite Nockenkonturfür einenkleinen Ventilhub. Während dasNockenstückauf der Nockenwelle 6a verschoben wird, wird beispielsweiseein nicht dargestelltes Gaseinlassventil oder Gasauslassventil einerBrennkraftmaschine mit dem der Nockenkontur entsprechendem erstenoder zweiten Ventilhub betätigt.
    [0015] DerAktor ist mit einem Ansteuermittel 7 verbunden, der einenAnsteuerzeitpunkt des Aktors 1, an dem der Aktor 1 zwischeneinem die Umschaltnockenvorrichtung 6 freigebenden Zustandund einem die Umschaltnockenvorrichtung 6 betätigendenZustand des Aktors 1 umschaltbar ist, abhängig vonBetriebsbedingungen des Aktors 1 einstellt. Das Ansteuermittel 7 kannin einem üblichenMotorsteuergerätintegriert sein.
    [0016] 2 zeigteinen funktionalen Zusammenhang zwischen einem auf der Ordinateaufgetragenem ersten und zweiten Ventilhub 12, 16,einem Tiefenverlauf einer Spiralnut 9 und einem auf derAbszisse aufgetragenen Kurbelwellenwinkel KW der Vorrichtung aus 1.Ein Ansteuerfenster 13 liegt zwischen einem Zeitpunkt,in dem ein Einlassventil geöffnetwird und einem Zeitpunkt, in dem das Einlassventil geschlossen wird.Der Aktor 1 bzw. dessen Verstellelement 2 wirdzu einem Ansteuerzeitpunkt bestromt, und das Verstellelement 2 musssich innerhalb des Ansteuerfensters 13 in ausgefahrenemZustand befinden. Der Ansteuerzeitpunkt wird so gewählt, dasseine Totzeit und eine Flugzeit des Verstellelements berücksichtigtbzw. ausgeglichen werden werden. Ein Tiefenverlauf 10 derSpiralnut 9 zeigt einen wannenförmigen Verlauf mit einem ebenenBoden, entsprechend einer beobachteten Auslenkung des Verstellelements 2 beimAusfahren aus dem Gehäuse 5,wobei sich ein erster Ventilhub 12 im vorderen Bereichdes Tiefenverlaufs 10 ereignet. Als gestrichelte Kurveist der Weg 17 des Verstellelements 2 aus dereingefahrenen Position in seine ausgefahrene Position eingezeichnet.Im weiteren Verlauf der Spiralnut 9 bzw. des Tiefenverlaufs 10 istam Ende des Ansteuerfensters 13 eine Axialverschiebung 11 zubeobachten, sobald das Verstellelement 2 seine Flugzeitvom eingefahrenen Zustand in den ausgefahrenen Zustand zurückgelegthat und sich im ausgefahrenen Zustand befindet. Bis zu einem PunktA ist der erste Ventilhub 12 wirksam, ab einem Punkt B istder zweite Ventilhub 16 wirksam. Zwischen den Punkten Aund B er folgt die Umschaltung zwischen den den beiden Ventilhüben zugeordnetenNockenkonturen, indem die Umschaltnockenvorrichtung 6 axialverschoben wird. Ein Intervall 18 kennzeichnet den Bereich,in dem das Verstellelement 2 ausgefahren sein muss, umin die Spiralnut 9 einzugreifen. Der Ansteuerzeitpunktist entsprechend früher,um Totzeiten und die Flugzeit des Verstellelements 2 zu kompensieren.Für dieAxialverstellung 11 befindet sich der Aktor 1 bzw.dessen Verstellelement 2 genau im Kurbelwinkelbereich °KW des Ansteuerfensters 13 imausgefahrenen Zustand.
    [0017] Daserfindungsgemäße Verfahrensieht vor, dass der Ansteuerzeitpunkt des Aktors 1 zumSchalten zwischen einem die Umschaltnockenvorrichtung 6 freigebendenZustand Und einem die Umschaltnockenvorrichtung 6 betätigendenZustand des Aktors 1 abhängig von Betriebsbedingungendes Aktors 1 eingestellt wird. Der Ansteuerzeitpunkt wirdso früh gewählt, dassein mit der Umschaltnockenvorrichtung 6 in Wirkverbindunggelangendes Verstellelement 2 des Aktors 1 stetsin einem definierten Intervall 18 des Ansteuerfensters 13 mitder Umschaltnockenvorrichtung 6 in Wirkverbindung gerät.
    [0018] Vorzugsweiseist das Ansteuerfenster an eine definierte Kurbelwellenpositionentsprechend einem Kurbelwinkel und/oder eine definierte Nockenwellenpositiongebunden, wobei die Lage des Ansteuerfensters geometrieabhängig ist.Zweckmäßigerweiseliegt das Ansteuerfenster zwischen einem Öffnungszeitpunkt 14 undeinem Schließzeitpunkt 15 einesEinlassventils bezogen auf einem Kurbelwinkel der Kurbelwelle 6a.Die Ansteuerzeit ergibt sich als Summe der Totzeit und der Flugzeitdes Verstellelements 2. Bei der Ansteuerzeit wird insbesonderedie Dauer berücksichtigtab dem Zeitpunkt, bei dem die Bestromung des Aktors bzw. dessenSpule 4 beginnt, bis das Verstellelement 2 desAktors 1 vollständig ausgefahrenist.
    [0019] DieEinstellung des Ansteuerzeitpunkts erfolgt hinsichtlich einer Veränderungeiner Flugzeit eines mit der Umschaltnockenvorrichtung 6 inWirkverbindung gelangenden Verstellelements 2 des Aktors 1.Die Flugzeit des Verstellelements 2, d.h. die Zeit, diedas Verstellelement 2 benötigt, um von seiner eingefahrenenPosition in die ausgefahrene Position zu gelangen, wenn es geschaltetwird, ist von unterschiedlichen Betriebsbedingungen abhängig, wie Temperatur,angelegte Spannung, Verschmutzung und dergleichen. Ferner ist der überschritteneKurbelwinkelbereich abhängigvon der Drehzahl der Brennkraftmaschine.
    [0020] Vorzugsweisewird bei einem Anstieg einer Betriebsspannung des Aktors 1 derAnsteuerzeitpunkt hinsichtlich der verringerten Flugzeit eingestellt.Sinkt die Betriebsspannung, wird der Ansteuerzeitpunkt hinsichtlicheiner verlängertenFlugzeit eingestellt. Günstigist auch, bei sinkender Temperatur des Aktors 1 den Ansteuerzeitpunkthinsichtlich der verlängertenFlugzeit einzustellen und umgekehrt, bei steigender Temperatur eineverkürzteFlugzeit zu berücksichtigen.Ferner kann der Ansteuerzeitpunkt abhängig von Alterungseffektenim Aktor 1 und/oder abhängigvon einer Motordrehzahl und/oder einer Motordrehzahländerungder Brennkraftmaschine eingestellt werden.
    [0021] Dieangelegte Spannung am Aktor 1 ist aus dem Ansteuermittel 7 bzw.dem Motorsteuergerätbekannt. Steigt die Spannung, verringert sich die Flugzeit. DieTemperatur des Aktors 1 kann über ein Temperaturmodell imAnsteuermittel 7 bzw. im Motorsteuergerät modelliert werden, beispielsweiseals Funktion der Motortemperatur, der Ansteuerzeit und dergleichen.Da der Aktor 1 bzw. dessen Verstellelement 2 in Öl läuft, hatdie Temperatur Einfluss auf die Reibung des Verstellelements 2 undsomit auf die Flugzeit. Sinkt die Temperatur, steigt die Flugzeit.Ebenso haben Laufzeiteffekte und Alterung einen Einfluss auf dieFlugzeit und umgekehrt. Mit zunehmender Nutzung nimmt die Ölqualität durchVerschmutzung ab, so dass durch Reibungseinfluss die Flugzeit ansteigt. DieserEffekt kann überWartungsintervalle erfasst werden. Befindet sich die Brennkraftmaschinenicht in einem stationärenZustand, so vergrößert oderverkleinert sich je nach dem der überstrichene Bereich °KW von derAnsteuerung bis zum ausgefahrenen Zustand.
    1 Aktor 2 Verstellelement 3 Dauermagnet 4 Spule 5 Gehäuse 6 Umschaltnockenvorrichtung 6a Nockenwelle 7 Ansteuermittel 8 Stromzuführung 9 Spiralnut 10 TiefenverlaufSpiralnut 11 Axialverstellung 12 ersterVentilhub 13 Ansteuerfenster 16 zweiterVentilhub 17 Wegdes Verstellelements 18 Intervall
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] Verfahren zum Betreiben eines Aktors (1 ),der eine Umschaltnockenvorrichtung (6) einer von einer Kurbelwelleeiner Brennkraftmaschine angetriebene Nockenwelle (6a)zum Umschalten eines Ventilhubs betätigt, dadurch gekennzeichnet,dass ein Ansteuerzeitpunkt des Aktors (1) zum Schaltenzwischen einem die Umschaltnockenvorrichtung (6) freigebendenZustand und einem die Umschaltnockenvorrichtung (6) betätigendenZustand des Aktors (1) abhängig von Betriebsbedingungendes Aktors (1) eingestelltwird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Ansteuerzeitpunkt so gewählt wird, dass ein mit derUmschaltnockenvorrichtung (6) in Wirkverbindung gelangendesVerstellelement (2) des Aktors (1) stets in einemdefinierten Ansteuerfenster (13) mit der Umschaltnockenvorrichtung(6) in Wirkverbindung gerät.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass das Ansteuerfenster an eine definierte Kurbelwellenpositionund/oder eine definierte Nockenwellenposition gebunden ist.
    [4] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Ansteuerzeitpunktshinsichtlich einer Veränderungeiner Flugzeit eines mit der Umschaltnockenvorrichtung (6)in Wirkverbindung gelangenden Verstellelements (2) desAktors (1) erfolgt.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass bei einem Anstieg einer Betriebsspannung des Aktors (1)der Ansteuerzeitpunkt hinsichtlich der verringerten Flugzeit eingestelltwird.
    [6] Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass bei einer Abnahme einer Betriebsspannung des Aktors (1)der Ansteuerzeitpunkt hinsichtlich der zunehmenden Flugzeit eingestellt wird.
    [7] Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis6, dadurch gekennzeichnet, dass bei sinkender Temperatur des Aktors(1) der Ansteuerzeitpunkt hinsichtlich der verlängertenFlugzeit eingestellt wird.
    [8] Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis7, dadurch gekennzeichnet, dass bei steigender Temperatur des Aktors(1) der Ansteuerzeitpunkt hinsichtlich der verkürzten Flugzeiteingestellt wird.
    [9] Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerzeitpunkt abhängig vonAlterungseffekten im Aktor (1) eingestellt wird.
    [10] Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerzeitpunkt abhängig voneiner Motordrehzahl und/oder einer Motordrehzahländerung der Brennkraftmaschineeingestellt wird
    [11] Vorrichtung zum Betreiben eines Aktors (1), mitdem eine Umschaltnockenvorrichtung (6) einer von einerKurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetriebenen Nockenwelle (6a)zum Umschalten eines Ventilhubs betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet,dass ein Ansteuermittel (7) vorgesehen ist, um einen Ansteuerzeitpunktdes Aktors (1), an dem der Aktor (1) zwischeneinem die Umschaltnockenvorrichtung (6) freigebenden Zustandund einem die Umschaltnockenvorrichtung (6) betätigendenZustand des Aktors (1) umschaltbar ist, abhängig von Betriebsbedingungendes Aktors (1) einzustellen.
    [12] Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,dass eine Temperatur des Aktors (1) bestimmbar ist.
    [13] Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,dass eine Betriebsspannung des Aktors (1) bestimmbar ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004027966B4|2019-02-28|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2006-01-12| OR8| Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law|
    2006-05-11| 8125| Change of the main classification|Ipc: F01L1/047AFI20051017BHDE |
    2006-05-11| 8105| Search report available|
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    2019-11-29| R020| Patent grant now final|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004027966.7A|DE102004027966B4|2004-06-08|2004-06-08|Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Aktors, der eine Umschaltnockenvorrichtung betätigt|DE102004027966.7A| DE102004027966B4|2004-06-08|2004-06-08|Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Aktors, der eine Umschaltnockenvorrichtung betätigt|
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