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EP 1 812 692 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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23.03.2011 Patentblatt 2011/12 |
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Anmeldetag: 19.10.2005 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2005/011220 |
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Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2006/050789 (18.05.2006 Gazette 2006/20) |
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(54) |
VORRICHTUNG ZUR REGELUNG DES HUBVERLAUFES EINES GASWECHSELVENTILS EINER BRENNKRAFTMASCHINE
DEVICE FOR CONTROLLING THE LIFT OF A GAS EXCHANGE VALVE IN AN INTERNAL COMBUSTION
ENGINE
DISPOSITIF POUR REGLER LA LEVEE D'UNE SOUPAPE DE CHANGEMENT DES GAZ D'UN MOTEUR A
COMBUSTION INTERNE
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE
SI SK TR |
(30) |
Priorität: |
12.11.2004 DE 102004054773
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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01.08.2007 Patentblatt 2007/31 |
(73) |
Patentinhaber: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft |
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80809 München (DE) |
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Erfinder: |
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- Dr. SEETHALER, Rudolf
Kelowna, B.C. V1V 1P1 (CA)
- BEIERLIEB, Christian
85354 Freising (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
DE-A1- 10 252 991 DE-C1- 10 034 877
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DE-A1- 10 318 245
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung
des Hubverlaufes eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
der unabhängigen Ansprüche.
[0002] Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren wird die Nockenwelle mechanisch über eine Steuerkette
oder einen Steuerriemen von der Kurbelwelle angetrieben. Zur Steigerung der Motorleistung
und zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs bringt es erhebliche Vorteile, die Ventile
der einzelnen Zylinder individuell anzusteuern. Dies ist durch einen sogenannten vollvariablen
(veränderbare Steuerzeiten und veränderbarer Ventilhub), beispielsweise einen sogenannten
elektromagnetischen Ventiltrieb möglich. Bei einem vollvariablen Ventiltrieb ist jedem
Ventil bzw. jeder "Ventilgruppe" eines Zylinders eine "Aktuatoreinheit" zugeordnet.
Derzeit werden unterschiedliche Grundtypen von Aktuatoreinheiten erforscht.
Bei einem Grundtyp (sogenannte Hubaktuatoren) sind einem Ventil oder einer Ventilgruppe
ein Öffnungs- und ein Schließmagnet zugeordnet. Durch Bestromen der Magneten können
die Ventile axial verschoben, d.h. geöffnet bzw. geschlossen werden.
[0003] Aus der
DE 103 18 245 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen
Ventiltriebs (eines Hubaktuators) bekannt, bei dem zur energiesparenden Bewegungssteuerung
eine Dreipunktregelung durchgeführt wird.
[0004] Bei dem anderen Grundtyp (sogenannter Drehaktuator) ist eine Steuerwelle mit einem
Nocken vorgesehen, wobei die Steuerwelle durch einen Elektromotor hin und her schwenkbar
ist.
In der
DE 101 40 641 A1 ist eine Drehaktuatorvorrichtung zur Hubsteuerung eines Gaswechselventils beschrieben.
Die Hubsteuerung erfolgt hier über einen kennfeldgesteuerten Elektromotor, an dessen
Rotor eine Welle mit einem drehfest verbundenen Steuernocken angeordnet ist. Beim
Betrieb der Brennkraftmaschine schwenkt, bzw. pendelt der Motor hin und her und der
Steuernocken drückt über einen Schwenkhebel periodisch das Gaswechselventil in seine
Öffnungsstellung. Geschlossen wird das Gaswechselventil durch die Federkraft einer
Ventilfeder. Damit der Elektromotor nicht die gesamte Federkraft der Ventilfeder beim
Öffnen des Gaswechselventils überwinden muss, ist an die Welle eine zusätzliche Feder
angebracht. Die Kräfte von Ventilfeder und zusätzlicher Feder sind dergestalt, dass
beim periodischen Betrieb der Drehaktuatorvorrichtung entsprechend der Stellung des
Gaswechselventils die kinetische Energie entweder in der Ventilfeder oder in der zusätzlichen
Feder gespeichert ist. Durch diese Maßnahme wird der Strombedarf beim Betrieb der
Drehaktuatorvorrichtung reduziert. Nachteilig bei der beschriebenen Drehaktuatorvorrichtung
ist der hohe Strombedarf bei niedrigen Drehzahlen.
[0005] Eine Weiterbildung einer derartigen Drehaktuatorvorrichtung beschreibt die
DE 102 52 991 A1. Die bestehende Drehaktuatorvorrichtung wird hier durch ein zweites Betätigungselement
(zweiter Steuernocken) in gegenläufiger Drehrichtung mit einem geringeren Hub gegenüber
dem Hauptnocken erweitert. Dieses zweite Betätigungselement öffnet das Ventil nicht
komplett und wird nur für kleine Hübe im Bereich niedriger Motordrehzahlen verwendet.
Bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine wird die Drehaktuatorvorrichtung derart
bestromt, dass die Welle nur in Richtung des zweiten Betätigungselementes schwenkt,
während bei hohen Drehzahlen ausschließlich in Richtung des ersten Betätigungselementes
geschwenkt wird. Durch den geringen Hub verbraucht die Drehaktuatorvorrichtung bei
niedrigen Drehzahlen in vorteilhafter Weise weniger Strom.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Regelung des Hubverlaufes eines
Gaswechselventils zu schaffen, die eine Verbesserung hinsichtlich des elektrischen
Energieverbrauchs einer Aktuatorvorrichtung gewährleistet.
[0007] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen
Ansprüche gelöst.
[0008] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung des Hubverlaufes eines Gaswechselventils
umfasst eine Regeleinrichtung (sogenannter Sollbahnregler), die eine Antriebseinrichtung
(z.B. den Elektromotor eines Drehaktuators oder den bzw. die Elektromagneten eines
elektromagnetischen Hubaktuators oder die Antriebseinrichtung eines Schwenkaktuators)
gemäß einer hinterlegten Sollbahn ansteuert, wobei die Sollbahn dergestalt ist, dass
durch sie das ideale Ausschwingverhalten des Energiespeicher-Antriebselement-Energiespeicher-Systems
(Feder-Masse-Feder-System) der Aktuatorvorrichtung (nebst anzutreibender Ventileinheit
mit Gaswechselventil und Schließfeder) abgebildet wird. Als hinterlegte Sollbahn(en)
im Sinne der Erfindung gelten sowohl einmalig in einem Speicher hinterlegte Sollbahnen
(Daten) als auch hinterlegte Berechnungsvorschriften anhand derer eine derartige Sollbahn
online berechnet werden kann. Mit Vorteil soll diese Vorrichtung bei einer Drehaktuatorvorrichtung
gemäß der
DE 101 40 461 A1 Verwendung finden und den Energiebedarf des hier verwendeten Elektromotors reduzieren,
indem der Drehverlauf des Rotors des Antriebsmotors gemäß der ermittelten idealen
Sollbahn des Schwingungssystems der Drehaktuatorvorrichtung geregelt wird. Aufgrund
dieser Regelung stellt sich dann ein Regelungsverhalten ein, bei dem der Elektromotor
lediglich vom idealen (berechneten) Schwingungssystem abweichende Umgebungseinflüsse
wie Reibung und Gasgegendrücke durch Einspeisung zusätzlicher Antriebsenergie ausregelt.
Ein ideales Ausschwingverhalten im Sinne der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schwingungsverhalten frei von Reibungsverlusten und Umgebungseinflüssen wie
Gas- und Gasgegendrücken vorhanden ist. Idealerweise entspricht ein ideales Schwingungsverhalten
dem berechneten Schwingungsverlauf des Systems frei von jedweder Art von Verlusten.
Mit Vorteil handelt es sich bei der Erfindung um ein Feder-Masse-Feder-System (gemäß
der
DE 101 40 461 A1) mit einer Ventil-Rückstellfeder bzw. Öffnungsfeder (Feder 1), einer der Ventilrückstellfeder
entgegenwirkenden Öffnungsfeder (Feder 2) und der in diesem System zwischen den Federn
bewegten Masse (beispielsweise: Schlepphebel, Antriebsnocken nebst Antriebswelle und
Rotor des antreibenden Elektromotors, Masseanteile der auf den Antriebsnocken in Öffnungsrichtung
wirkenden Öffnungsfeder sowie Gaswechselventil nebst Masseanteilen der bewegten Schließfeder).
[0009] In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung
eine Drehaktuatorvorrichtung gemäß der nicht vorveröffentlichten
DE 103 58 936. Die
DE 103 58 936 wird insbesondere bezüglich des Aufbaus eines Drehaktuators (insbesondere aber im
Hinblick auf die Anordnung und Ausbildung der Öffnungsfeder als Drehstabfeder) mit
ihrem gesamten Inhalt in die Offenbarung dieser Anmeldung mit einbezogen.
[0010] In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist der Drehaktuator mit einem über
einen Elektromotor angetriebenen Betätigungselement in Form eines sogenannten Doppelnockens
gemäß der
DE 102 52 991 A1 ausgebildet. Bezüglich der besonderen Ausgestaltung eines derartigen zwei Steuerbahnen
aufweisenden Doppelnockens wird an dieser Stelle der Inhalt der
DE 102 52 991 A1 in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung einbezogen.
[0011] Um den Energiebedarf eines Drehaktuators noch weiter zu reduzieren, sind eine Mehrzahl
von sogenannten idealen Sollbahnen hinterlegt, wobei jede Sollbahn einen unterschiedlichen
Ventilhub beschreibt. In einer Ausführung gemäß Patentanspruch 2 bzw. 3 sind zumindest
eine Sollbahn mit einem Maximalhub und eine Sollbahn mit einem im Vergleich hierzu
reduzierten Hub als feste Sollbahnen (abgespeicherte Trajektorie oder entsprechende
Berechnungsvorschrift) hinterlegt, während in einer Weiterbildung nach Patentanspruch
4 jegliche zwischen diesen zumindest zwei festen Sollbahnen benötigten Kurvenverläufe
durch interpolation zwischen den hinterlegten Sollbahnen gebildet werden. Die Weiterbildungen
der Erfindung gemäß den Patentansprüchen 5 bis 9 beziehen sich auf die Ausbildung
der Aktuatorvorrichtung als Drehaktuator gemäß der
DE 101 40 461 A1 und gemäß der
DE 103 58 936.
[0012] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1:
- den schematischen mechanischen Aufbau einer Drehaktuatorvorrichtung gemäß dem Stand
der Technik,
- Figur 2:
- ein Zeitdiagramm mit Sollbahnen des Rotorwinkels des Antriebsmotors eines Drehaktuators
über der Zeit, die das ideale Ausschwingverhalten (Hubverlauf) eines Drehaktuators
gemäß Figur 1 abbilden, und
- Figur 3:
- ein Hubdiagramm für ein Einlass- und ein Auslassventil eines vollvariablen Ventiltriebs
der anhand einer Regeleinrichtung mit idealer Sollbahn gemäß der Erfindung geregelt
wird.
[0013] Figur 1 zeigt die schematische Darstellung einer Drehaktuatorvorrichtung für den
Antrieb eines Gaswechselventils 2 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die
wesentlichen Bestandteile dieser Vorrichtung sind ein, insbesondere als Servomotor
ausgebildeter Elektromotor 4 (Antriebseinrichtung), eine von diesem angetriebene,
vorzugsweise zwei Nocken 6a, 6b unterschiedlichen Hubs aufweisende Nockenwelle 6 (Betätigungselement),
ein mit der Nockenwelle 6 einerseits und mit dem Gaswechselventil 2 andererseits in
Wirkverbindung stehender Schlepphebel 8 (Übertragungselement) zur Bewegungsübertragung
der durch die Nocken 6a, 6b vorgegebenen Hubhöhe auf das Gaswechselventil 2 sowie
ein, das Gaswechselventil 2 in Schließrichtung mit einer Federkraft beaufschlagendes
und als Schließfeder ausgebildetes erstes Energiespeichermittel 10 und ein, über die
Nockenwelle 6 und den Schlepphebel 8 das Gaswechselventil 2 mit einer Öffnungskraft
beaufschlagendes und als Öffnungsfeder ausgebildetes zweites Energiespeichermittel
12. Für die genaue Wirkungsweise und mechanische Ausgestaltung der Drehaktuatorvorrichtung
wird auf die
DE 102 52 991 A1 verwiesen.
[0014] Um einen energiearmen Betrieb des Elektromotors 4, der über die Nockenwelle 6 das
vorhandene Gaswechselventil 2 antreibt, zu gewährleisten, wird neben der optimalen
Auslegung der einander entgegenwirkenden Federn (Schließfeder 10, Öffnungsfeder 12)
und der idealen Positionierung von Dreh- und Anlenkpunkten in der Geometrie der Vorrichtung
selbst, der Elektromotor 4 über eine Regeleinrichtung 20 gemäß einer Sollbahn SB1,
SB2, SB3, die das ideale Ausschwingverhalten des Feder-Masse-Feder-Systems abbildet
geregelt. Insbesondere erfolgt diese Regelung durch Regelung des Rotorverlaufes des,
das mindestens eine Betätigungselement 6, 6a, 6b antreibenden Elektromotors 4. Der
ideale Wegverlauf des Rotors, der als Teil des Schwingungssystems mitschwingt, wird
analog zum idealen Schwingungsverlauf des Gesamtsystems rechnerisch ermittelt und
bildet die Sollbahn zur Regelung des Elektromotors 4. Zur Überwachung der Istposition
des Rotors ist ein nicht dargestellter Wegsensor vorhanden, der ein Sensorsignal S
an die Regeleinrichtung 20 oder eine andere Steuereinrichtung übermittelt. Der Elektromotor
4 wird derart durch die Regeleinrichtung 20 angesteuert, dass das zumindest eine Gaswechselventil
2 von einer ersten Ventilendlage E1, die beispielsweise der geschlossenen Ventilposition
entspricht, in eine zweite Ventilendlage E2, E2', die beispielsweise einer teilweise
(E2': Teilhub) oder maximal geöffneten (E2: Vollhub) Ventilposition entspricht, überführt
wird und umgekehrt. Bei der Regelung des Elektromotors 4 wird der Rotor und damit
das mit dem Rotor wirkverbundene Betätigungselement 6, 6a, 6b in seiner Position entsprechend
gesteuert, so dass der Rotor bzw. das Betätigungselement 6, 6a, 6b analog zur Schließposition
E1 des Gaswechselventils 2 eine Position im Wegebereich des Nockengrundkreises, z.B.
im Wegebereich zwischen R1 und R1' einnehmen wird und analog zur zweiten Endlage E2,
E2' eine Position im Wegebereich des Nockens 6a, 6b, z.B. im Wegebereich zwischen
R2 und R2' einnehmen wird. Das System ist idealerweise so ausgelegt, dass das Betätigungselement
6, 6a, 6b bei Ausschluss der Umgebungseinflüsse (insbesondere Reibung und Gasgegendruck)
den Weg zwischen zwei Endpositionen R1 - R2 oder R1' - R2' ohne Einspeisung zusätzlicher
Energie, also ohne aktiven Antrieb durch die Antriebseinrichtung 4, zurücklegt und
somit nur bei den in der Praxis auftretenden Umgebungseinflüssen unterstützend eingreift.
Das erfindungsgemäße System ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es in den Maximalendlagen
R1, R2 des Rotors (Schwingungsendlagen bei maximalem Schwingungshub) sich jeweils
in einer momentenneutralen Position befindet, in der sich die auftretenden Kräfte
in einem Kräftegleichgewicht befinden und in der der Rotor ohne Aufbringung einer
zusätzlichen Haltekraft gehalten ist.
[0015] Bei dem berechneten idealen Ausschwingverhalten schwingt der Rotor also von einer
Endposition E1, E1' in die andere Endposition E2, E2' allein aufgrund der in den Energiespeichermitteln
10, 12 gespeicherten Kräfte ohne Einspeisung einer zusätzlichen Energie, etwa durch
den Elektromotor 4. In dem Fall, dass der Rotor im Teilhubbereich von einer ersten
Endlage R1' zu einer korrespondierenden zweiten Endlage R2' schwingt, wäre das ideale
Ausschwingverhalten somit das eines Perpetuum mobile (unendliche gleichbleibende Schwingung).
Für den Fall, dass der Rotor im Vollhubbereich von einer ersten Endlage R1 zu einer
korrespondierenden zweiten Endlage R2 schwingt, wäre er jeweils in den Endlagen R1,
R2 in einer momentenneutralen Position gehalten und müsste aus dieser Position jeweils
durch Einbringung einer Anstoßenergie (Motorimpuls) wieder veranlasst werden die nächste
Schwingung in die andere Endlage vorzunehmen. Dadurch, dass die Sollbahnen für Vollhub
und für Teilhub dem Ausschwingverhalten der Drehaktuatorvorrichtung ohne Reibungsverluste
entsprechen wird gewährleistet, dass die Regeleinrichtung 20 den Elektromotor 4 ausschließlich
zum Ausgleich der in der Praxis stets vorhandenen Reibungsverluste ansteuert. Da Reibungsverluste
hauptsächlich bei hohen Rotordrehzahlen auftreten, muss der Elektromotor 4 bei hohen
Drehzahlen die größte Leistung abgeben. Da dies mit dem energieoptimalen Betriebspunkt
des Elektromotors 4 zusammenfällt, kann durch die Regelung anhand idealisierter Sollbahnen
des zu betreibenden Aktuatorsystems ein energiesparsamer Betrieb des selben gewährleistet
werden.
[0016] Die Figur 2 zeigt ein Zeitdiagramm mit Sollbahnen des Rotorwinkels des Antriebsmotors
eines Drehaktuators über der Zeit, anhand derer eine Regelung des Hubs von Gaswechselventilen
gemäß der Erfindung erfolgt. Durch die Sollbahnen wird das ideale Ausschwingverhalten
(Hubverlauf) einer Drehaktuatorvorrichtung gemäß Figur 1 abgebildet. Dargestellt sind
drei verschiedene Sollbahnen SB1, SB2, und SB3, wobei die erste Sollbahn SB1 den Maximalhub
(Rotor schwingt zwischen R1 und R2 hin und her; Ventilposition zwischen E1 und E2
stellt sich ein) des Gaswechselventils 2 bei einer vorgegebenen Steuerzeit mit einer
ersten Ventilöffnungszeit Tö1 darstellt. Die Sollbahnen SB2 und SB3 beschreiben jeweils
Teilhübe (Rotor schwingt zwischen R1' und R2' hin und her; Ventilposition zwischen
E1 und E2' stellt sich ein) mit verkürzten Ventilöffnungszeiten Tö2 und Tö3.
[0017] Das ideale Ausschwingverhalten eines über eine Drehaktuatorvorrichtung gemäß Figur
1 angetriebenen Gaswechselventils 2 ist in Figur 3 veranschaulicht. Dabei ist mit
VH_max der maximale Ventilhub und mit VH_teil ein möglicher Teilhub, der beispielsweise
aufgrund einer der Sollbahnen SB2 oder SB3 eingestellt wurde dargestelllt.
1. Vorrichtung zur Regelung des Hubverlaufes eines Gaswechselventils (2) einer Brennkraftmaschine,
umfassend
- eine Drehaktuatorvorrichtung mit einer steuerbaren und als Elektromotor ausgebildeten
Antriebseinrichtung (4) mit einem Betätigungselement (6, 6a, 6b) zur Betätigung des
Gaswechselventils (2),
- zwei in entgegengesetzte Antriebsrichtungen auf das Gaswechselventil (2) wirkende
Energiespeichermittel (10, 12),
- und eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass
- die Steuereinheit eine Regeleinrichtung (20) umfasst, die die Antriebseinrichtung
(4) gemäß einer hinterlegten Sollbahn (SB1; SB2; SB3) ansteuert anhand der das Gaswechselventil
(2) von einer ersten Ventilendlage (E1) in eine zweite Ventilendlage (E2; E2') überführt
wird und umgekehrt,
- wobei die zumindest eine Sollbahn (SB1; SB2; SB3) das ideale Ausschwingverhalten
zumindest einer bewegten Komponente des Energiespeicher-Antriebselement-Energiespeicher-Systems
der Vorrichtung ohne Berücksichtigung von weiteren Umgebungseinflüssen abbildet, und
- wobei das ideale Ausschwingverhalten sich ergibt aus dem berechneten Ausschwingverhalten
eines Rotors des Elektromotors, bei dem der Rotor ohne eine Einspeisung zusätzlicher
Energie von einer Endposition in eine andere Endposition schwingt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Sollbahnen (SB1; SB2; SB3) hinterlegt ist, wobei zumindest eine
der Sollbahnen (SB1; SB2; SB3) den Hubverlauf des Gaswechselventils (2) zwischen der
Schließposition (E1) mit Ventilhub gleich Null und der Öffnungsposition (E2) mit maximalem
Ventilhub beschreibt und mindestens eine weitere Sollbahn (SB1; SB2; SB3) vorhanden
ist, die den Hubverlauf des Gaswechselventils (2) zwischen der Schließposition (E1)
und einer vorbestimmten Zwischenposition (E2') mit einem Teilhub beschreibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass zwischen zwei hinterlegten
Sollbahnen (SB1; SB2; SB3) zumindest eine weitere Sollbahn durch Interpolation erzeugbar
ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Betätigungselement (6, 6a, 6b) und Gaswechselventil (2) ein Übertragungselement
(8), insbesondere ein Rollenschlepphebel, zur Betätigung des Gaswechselventils (2)
angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (4) als Synchronmaschine ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (6, 6a, 6b) als auf einer Welle angeordneter Nocken ausgebildet
ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiespeichermittel (12) als eine das Gaswechselventil (2) in Öffnungsrichtung
mit einer Federkraft beaufschlagende Öffnungsfeder ausgebildet ist und/oder ein Energiespeichermittel
(10) als eine das Gaswechselventil (2) in Schließrichtung mit einer Federkraft beaufschlagende
Schließfeder (10) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Öffnungsrichtung auf das Gaswechselventil (2) wirkende Energiespeichermittel
(12) als Drehstabfeder ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Regelung des Hubverlaufes eines Gaswechselventils (2) einer Brennkraftmaschine
mit einer Drehaktuatorvorrichtung umfassend eine, über eine Regeleinrichtung (20)
steuerbare und als Elektromotor ausgebildete Antriebseinrichtung (4) und zwei in entgegengesetzte
Antriebsrichtungen auf ein Antriebselement (6, 6a, 6b) wirkende Energiespeichermittel
(10, 12), wobei das Antriebselement (6, 6a, 6b) zur Betätigung eines Gaswechselhubventils
(2) zumindest zeitweise gemeinsam mittels der steuerbaren Antriebsmittel (4) und jeweils
einem der Energiespeichermittel (10, 12) aus einer ersten Ventilendlage (E1) in eine
zweite Ventilendlage (E2, E2') überführbar ist, wobei die Regeleinrichtung (20) die
steuerbaren Antriebsmittel (4) gemäß einer hinterlegten Sollbahn (SB1; SB2; SB3) von
der einen Endlage (E1) in die andere Endlage (E2, E2') überführt und umgekehrt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sollbahn (SB1; SB2; SB3) das ideale Ausschwingverhalten des Feder-Masse-Feder-Systems
der Aktuatorvorrichtung ohne Berücksichtigung von weiteren Umgebungseinflüssen abbildet,
wobei das ideale Ausschwingverhalten sich ergibt aus dem berechneten Ausschwingverhalten
eines Rotors des Elektromotors, bei dem dieser ohne eine Einspeisung zusätzlicher
Energie von einer Endposition in eine andere Endposition schwingt.
1. A device for regulating the lift characteristic of a gas exchange valve (2) of an
internal combustion engine, comprising
- a rotary actuator device with a drive mechanism (4), which is controllable and configured
as an electric motor, with an actuating element (6, 6a, 6b) to actuate the gas exchange
valve (2),
- two energy storage means (10, 12) acting in opposite drive directions on the gas
exchange valve (2),
- and a control unit for activating the drive mechanism (4),
characterised in that
- the control unit comprises a regulating mechanism (20), which activates the drive
mechanism (4) according a stored set path (SB1; SB2; SB3), with the aid of which the
gas exchange value (2) is transferred from a first end valve position (E1) into a
second end valve position (E2; E2') and vice versa,
- wherein the at least one set path (SB1; SB2; SB3) maps the ideal attenuation property
of at least one moved component of the energy storage-drive element-energy storage
system of the device without taking into account further environmental influences,
and
- wherein the ideal attenuation property is produced from the calculated attenuation
property of a rotor of the electric motor, in which the rotor swings from one end
position into another end position without additional energy being fed in.
2. A device according to claim 1 or 2, characterised in that a plurality of set paths (SB1; SB2; SB3) is stored, at least one of the set paths
(SB1; SB2; SB3) describing the lift characteristic of the gas exchange valve (2) between
the closing position (E1) with a valve lift equal to zero and the opening position
(E2) with a maximum valve lift and at least one further set path (SB1; SB2; SB3) being
present, which describes the lift characteristic of the gas exchange valve (2) between
the closing position (E1) and a predetermined intermediate position (E2'), with a
partial lift.
3. A device according to claim 2 or 3, characterised in that the regulating mechanism (20) is configured in such a way that at least one further
desired path can be generated by interpolation between two stored set paths (SB1;
SB2; SB3).
4. A device according to any one or more of the preceding claims, characterised in that a transmission element (8), especially a roller cam follower, is arranged between
the actuating element (6, 6a, 6b) and the gas exchange valve (2), to actuate the gas
exchange valve (2).
5. A device according to any one or more of the preceding claims, characterised in that the drive mechanism (4) is configured as a synchronous machine.
6. A device according to any one or more of the preceding claims, characterised in that the actuating element (6, 6a, 6b) is configured as a cam arranged on a shaft.
7. A device according to any one or more of the preceding claims, characterised in that an energy storage means (12) is configured as an opening spring loading the gas exchange
valve (2) in the opening direction with a spring force and/or an energy storage means
(10) is configured as a closing spring loading the gas exchange valve (2) in a closing
direction with a spring force.
8. A device according to any one or more of the preceding claims, characterised in that the energy storage means (12) acting in the opening direction on the gas exchange
valve (2) is configured as a torsion bar spring.
9. A method for regulating the lift characteristic of a gas exchange valve (2) of an
internal combustion engine with a rotary actuator device comprising a drive mechanism
(4), which can be controlled by a regulating mechanism (20) and is configured as an
electric motor, and two energy storage means (10, 12) acting in opposite drive directions
on a drive element (6, 6a, 6b), wherein the drive element (6, 6a, 6b), to actuate
a gas exchange valve (2), can be transferred at least intermittently jointly by means
of the controllable drive means (4) and one of the respective energy storage means
(10, 12) from a first end valve position (E1) into a second end valve position (E2,
E2'), the regulating mechanism (20) transferring the controllable drive means (4)
according to a stored set path (SB1; SB2; SB3) from one end position (E1) into the
other end position (E2, E2') and vice versa, characterised in that the set path (SB1; SB2; SB3) maps the ideal attenuation property of the spring-mass-spring
system of the actuator device without taking into account further environmental influences,
the ideal attenuation property being produced from the calculated attenuation property
of a rotor of the electric motor in which the latter swings from one end position
into another end position without additional energy being fed in.
1. Dispositif de régulation de la levée d'une soupape d'échange de gaz (2) d'un moteur
thermique comprenant
- un dispositif d'actionneur rotatif avec une installation d'entraînement (4) commandée,
constitué par un moteur électrique, ayant un élément d'actionnement (6, 6a, 6b) pour
actionner la soupape d'échange de gaz (2),
- deux moyens d'accumulation d'énergie (10, 12) agissant dans une direction d'entraînement
opposée sur la soupape d'échange de gaz (2), et
- une unité de commande pour commander l'installation d'entraînement (4),
dispositif
caractérisé en ce que
- l'unité de commande comporte une installation de régulation (20) qui commande l'installation
d'entraînement (4) selon une trajectoire de consigne enregistrée (SB 1 ; SB2 ; SB3)
à l'aide de laquelle la soupape d'échange de gaz (2) passe d'une première position
de fin de course (E1) dans une seconde position de fin de course (E2, E2') de la soupape
et inversement,
- au moins une trajectoire de consigne (SB1 ; SB2 ; SB3) représentant le comportement
d'oscillation idéal d'au moins un composant mobile du système (accumulateur d'énergie/élément
d'entraînement/accumulateur d'énergie) du dispositif sans tenir compte d'autres influences
de l'environnement, et
- le comportement oscillant idéal résultant du comportement oscillant calculé d'un
rotor du moteur électrique selon lequel le rotor oscille sans recevoir d'alimentation
d'énergie supplémentaire, en passant d'une position de fin de course à une autre position
de fin de course.
2. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé par l'enregistrement de plusieurs trajectoires de consigne (SB 1 ; SB2 ; SB3),
- au moins l'une des trajectoires de consigne (SB1 ; SB2 ; SB3) décrit la course de
la soupape d'échange de gaz (2) entre la position de fermeture (E1) avec une course
de soupape nulle et la position d'ouverture (E2) avec une course de soupape maximale,
et
- au moins une autre trajectoire de consigne (SB 1 ; SB2 ; SB3) décrit la course de
la soupape d'échange de gaz (2) entre la position de fermeture (E1) et une certaine
position intermédiaire (E2') avec une course partielle.
3. Dispositif selon la revendication 2,
caractérisé en ce que
l'installation de régulation (20) est réalisée pour générer par l'interpolation au
moins une autre trajectoire de consigne entre deux trajectoires de consigne enregistrées
(SB1 ; SB2 ; SB3).
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé par
un élément de transmission (8) notamment un levier tiré, à galet, pour actionner la
soupape d'échange de gaz (2) entre l'élément d'actionnement (6, 6a, 6b) et la soupape
d'échange de gaz (2).
5. Dispositif selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'installation d'entraînement (4) est une machine synchrone.
6. Dispositif selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'élément d'actionnement (6, 6a, 6b) est constitué par des cames installées sur un
arbre.
7. Dispositif selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'
un moyen accumulateur d'énergie (12) est réalisé comme soupape d'échange de gaz (2)
agissant dans la direction d'ouverture sous l'effet d'une force de ressort générée
par un ressort d'ouverture et/ou un moyen d'accumulation d'énergie (10) comme soupape
d'échange de gaz (2) sollicitée en position de fermeture par la force du ressort de
fermeture (10).
8. Dispositif selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le moyen accumulateur d'énergie (12) agissant dans le sens de l'ouverture sur la soupape
d'échange de gaz (2) est un ressort-tige rotatif.
9. Procédé de régulation de la levée d'une soupape d'échange de gaz (2) d'un moteur thermique
comportant un actionneur rotatif, une installation d'entraînement (4) réalisée comme
moteur électrique et commandée par une installation de régulation (20) et deux moyens
accumulateurs d'énergie (10, 12) agissant dans des directions d'entraînement opposées
sur un élément d'entraînement (6, 6a, 6b),
pour actionner au moins une soupape d'échange de gaz (2) l'élément d'entraînement
(6, 6a, 6b) pouvant être transféré au moins de temps en temps en commun par les moyens
d'entraînement commandés (4) et chaque fois l'un des moyens d'accumulation d'énergie
(10, 12) à partir d'une première position de fin de course de soupape (E1), dans une
seconde position de fin de course de soupape (E2, E2'),
l'installation de régulation (20) transférant les moyens d'entraînement commandés
(4) suivant une trajectoire de consigne enregistrée (SB1 ; SB2 ; SB3) à partir d'une
position de fin de course (E1) vers une autre position de fin de course (E2, E2')
et réciproquement,
caractérisé en ce que
la trajectoire de consigne (SB 1 ; SB2 ; SB3) représente le comportement oscillant
idéal du système (ressort/masse/ressort) du dispositif d'actionnement sans tenir compte
d'autres influences de l'environnement,
le comportement oscillant idéal résultant du comportement oscillant calculé d'un rotor
du moteur électrique pour lequel celui-ci sans alimentation d'énergie supplémentaire
oscillerait d'une position de fin de course vers l'autre position de fin de course.
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