ELEKTROMAGNETISCHES STELLSYSTEM SOWIE BETRIEBSVERFAHREN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Stellsystem, insbesondere ein Ventiltriebverstellsystem für Verbrennungsmotoren, bevorzugt in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, umfassend eine bistabile elektromagnetische Stellvorrichtung mit einem entlang einer Verstellachse zwischen einer Einzugsposition und einer Ausschubposition verstellbaren, zumindest abschnittsweise Permanentmagnetmittel aufweisenden, insbesondere tragenden, Stellelement zum Zusammenwirken mit einem Stellpartner, insbesondere einem Nockenfolger, wobei die Permanentmagnetmittel durch Verstellen des Stellelementes entlang der Verstellachse zwischen einem ersten und einem zweiten, axial voneinander beabstandeten Kernbereich verstellbar sind, und in der Einzugsposition des Stellelementes mit einer permanentmagnetischen Haltekraft am ersten Kernbereich und in der Ausschubposition des Stellelementes mit einer permanentmagnetischen Haltekraft an dem zweiten Kernbereich halten, insbesondere haften, und mit einer ersten und einer zweiten Spuleneinrichtung, die über Ansteuermittel ansteuerbar sind, und die Ansteuermittel die erste und die zweite Spuleneinrichtung derart ansteuernd ausgebildet sind, dass in einem ersten Betriebszustand zum Verstellen des Stellelementes aus der Einzugsposition in die Ausschubposition die erste Spuleneinrichtung als Reaktion auf ein elektrisches Ansteuersignal der Ansteuermittel eine der Haltekraft der Permanentmagnetmittel entgegenwirkende, die Permanentmagnetmittel abstoßende und von dem ersten Kernbereich lösende Gegenkraft erzeugt und in einem zweiten Betriebszustand zum Verstellen des Stellelements aus der Ausschubposition in die Einzugsposition und die zweite Spuleneinrichtung als Reaktion auf ein elektrisches Ansteuersignal der Ansteuermittel eine der Haltekraft der Permanentmagnetmittel entgegenwirkende, die Permanentmagnetmittel abstoßende und von dem zweiten Kernbereich lösende Gegenkraft erzeugt. Vorzugsweise dienen der erste und der zweite Kernbereich als Axialanschläge für das Stellelement, welches dann den Verstellendpositionen an jeweils einem Kernbereich anliegt. Bevorzugt sind die Permanentmagnetmittel zwischen zwei axial beabstandeten Polscheiben eingefasst, die dann in den Endpositionen unmittelbar am jeweiligen Kernbereich anliegen. Die Polscheiben haben dabei insbesondere eine mechanische Schutzfunktion beim axialen Anschlagen des Stellelements für die in der Regel spröden Permanentmagnetmittel. Die Permanentmagnetmittel sind bevorzugt in axialer Richtung magnetisiert.

[0002] Solche elektromagnetischen Stellsysteme werden insbesondere dann zur Nockenwellenverstellung eingesetzt, wenn das Stellelement durch Rotation der Nockenwelle nicht automatisch nach erfolgter Nockenwellenverstellung aus der Ausschubposition in die Einzugsposition zurückverstellt wird. Bei derartigen Nockenverstellsystemen muss das Stellelement über die zweite Spuleneinrichtung aktiv zurück in die Einzugsposition verstellt werden. Bei einem derartigen gattungsgemäßen Stellsystem wird die Verstellbewegung des Stellelementes von einem dem Stellelement zugeordneten, in einem Bereich zwischen den Spuleneinrichtungen angeordneten Hall-Sensor überwacht.

[0003] Neben den zuvor erläuterten elektromagnetischen Stellsystemen sind beispielsweise in der DE 102 40 774 B4 der Anmelderin beschriebene Nockenwellenverstellsysteme bekannt, deren elektromagnetische Stellvorrichtung nur eine einzige Spuleneinrichtung umfasst, mit der das Permanentmagnetmittel tragende Stellelement in Richtung seiner Ausschubposition beschleunigbar ist. Die Rückverstellung erfolgt bei derartigen Stellsystemen durch mechanische Kraftbeaufschlagung des Stellelementes über die Nockenwelle.

[0004] Aus der DE 10 2004 030 779 A1 ist ein weiteres, nicht gattungsgemäßes elektromagnetisches Stellsystem mit einer einzigen Spuleneinrichtung bekannt. Diese Spuleneinrichtung dient als Sensorspule zur Detektion eines Induktionssignals, welches erzeugt wird durch die mechanische Rückverstellung des Stellelementes aus der Ausschubposition in die Einzugsposition, um eine Fehlfunktionalität der Ventilhubverstellung zurück in die Einzugsposition bei ausbleibendem Induktionssignal detektieren zu können. Die CH 386 564 A offenbart eine Einrichtung zur Hin- und Herbewegung eines aus magnetischem Material hergestellten Körpers zwischen zwei stabilen Endlagen durch elektromagnetische Mittel, wobei der Körper Teil eines Stellelements bildet, welches an beiden Enden der Einrichtung aus einem Gehäuse heraustritt und dabei oder dazu die an beiden Seiten des Gehäuses vorgesehenen Spulen durchquert oder durchdringt.

[0005] Die DE 101 41 764 A1 lehrt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion der Position eines Objekts, insbesondere des Ankers eines Ventils, beispielsweise eines Ein- und Auslassventils, Kraftstoffeinspritzventils, Gaswechselventils oder dergleichen, mit mindestens zwei Spulen, vorzugsweise zwei Magnetspulen, die mit Strom beaufschlagbar sind, um das Objekt zwischen den zwei Spulen zu bewegen, ist im Hinblick auf eine weitgehend lineare und störungsfreie Erfassung der Position des Objekts bei einfachster Konstruktion der ausgestaltet und weitergebildet, dass die beiden Spulen - wechselweise - zum Bewegen des Objekts zwischen den Spulen und zur Detektion der Position des Objekts dienen.

[0006] Die bekannte Stellvorrichtung ist nicht für den Einsatz bei Stellaufgaben geeignet, bei denen keine automatische Rückverstellung des Stellelementes gegeben ist, da das Stellelement dann mit seinen Permanentmagnetmitteln permanentmagnetisch in der Ausschubposition haften bleibt. Darüber hinaus können mit dem bekannten Stellsystem keine Fehlfunktionalitäten in Bezug auf das Verstellen des Stellelementes von der Einzugsposition in die Ausschubposition detektiert werden.

[0007] Gattungsgemäße Stellsysteme werden im Rahmen von Kfz-Ventiltrieben von Verbrennungsmotoren zum Schalten von Nockenfolgern, wie Kniehebeln, zur Betätigung von Gaswechselventilen mit unterschiedlichen Ventilhüben und/oder Ventilsteuerzeiten oder zu deren zeitweiser Deaktivierung eingesetzt.

[0008] Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Stellsystem, insbesondere zum Verstellen eines Nockenfolgers als Bestandteil eines Ventiltriebes eines Kfz-Verbrennungsmotors anzugeben, das eine bistabile elektromagnetische Stellvorrichtung umfasst, deren Permanentmagnetmittel aufweisendes Stellelement mit zwei Spuleneinrichtungen aktiv elektromagnetisch in zwei einander entgegengesetzte Axialrichtungen verstellbar ist und sich zudem durch erweiterte Diagnose- bzw. Überwachungsmöglichkeiten im Hinblick auf eine ordnungsgemäße Verstellbewegung des Stellelementes auszeichnet. In einer bevorzugten Ausführungsform soll es möglich sein Verstellbewegungen des Verstellelementes in beide Axialrichtungen zu prüfen. Dabei soll auf den im Stand der Technik notwendigen (zusätzlichen) Hall-Sensor verzichtet werden können.
Ferner besteht die Aufgabe darin, ein entsprechend verbessertes Betriebsverfahren für ein solches elektromagnetisches Stellsystem anzugeben. Diese Aufgabe wird hinsichtlich des elektromagnetischen Stellsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0009] Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein gattungsgemäßes elektromagnetisches Stellsystem bzw. dessen bistabile elektromagnetische Stellvorrichtung derart anzusteuern, dass in dem ersten Betriebszustand (Betriebsmodus), in welchem das Stellelement durch Bestromen der ersten Spuleneinrichtung von der Einzugposition in die Ausschubposition verstellt wird die zweite Spuleneinrichtung als Sensorspule genutzt wird. Zu diesem Zweck sind dieser Auswertemittel zugeordnet, mit denen ein Induktionssignal, insbesondere ein elektrisches Spannungssignal detektierbar ist, welches durch elektromagnetische Induktion erzeugt wird, wenn das Permanentmagnetmittel aufweisende Stellelement durch Bestromen der ersten Spuleneinrichtung axial entlang der Verstellachse von der Einzugsposition in die Ausschubposition verstellt wird. Damit die zweite Spuleneinrichtung die Sensorspulenfunktion erfüllen kann ist weiter vorgesehen, dass die zweite Spuleneinrichtung so beschaltet ist, dass diese zumindest zeitweise während des ersten Betriebszustandes, insbesondere während einer Bestromung der ersten Spuleneinrichtung unbestromt ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn dieser unbestromte Zustand über die gesamte Zeitdauer des ersten Betriebszustandes anhält, also von Beginn der Bestromung der ersten Spuleneinrichtung bis zum Erreichen der Ausschubposition durch das Stellelement. Während der unbestromten Zeitspanne der zweiten Spuleneinrichtung im ersten Betriebszustand steht diese somit nicht für eine elektromagnetische Kraftbeaufschlagung des Stellelementes zur Unterstützung seiner Verstellbewegung zur Verfügung. Durch die zuvor beschriebene Ausführungsvariante der Erfindung ist es erstmals möglich, bei einem gattungsgemäßen Stellsystem zu überwachen, (überhaupt) ob und/oder ob rechtzeitig innerhalb vorgegebener Zeitgrenzen, eine Verstellung des Stellelementes von der Auszugsposition in die Ausschubposition erfolgt ist.

[0010] Alternativ oder bevorzugt zusätzlich zu der zuvor beschriebenen Ausführungsvariante bzw. Funktionalität eines erfindungsgemäßen Stellsystems ist vorgesehen, dass, insbesondere auch, eine Überwachung des Stellvorgangs von der Ausschubposition zurück in die Einzugsposition realisiert ist, indem im zweiten Betriebszustand (Betriebsmodus) der ersten Spuleneinrichtung die zuvor erläuterte Sensorspulenfunktionalität zukommt, indem dieser Auswertemittel zugeordnet sind, um ein Induktionssignal, insbesondere ein elektromagnetisches Spannungssignal zu detektieren, welches von dem Stellelement in der ersten Spuleneinrichtung induziert wird, wenn das Stellelement durch Bestromen der zweiten Spuleneinrichtung aus der Ausschubposition in Richtung der Einzugsposition beschleunigt bzw. verstellt wird. Damit die erste Spuleneinrichtung ihre Sensorspulenfunktionalität erfüllen kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese von den Ansteuermitteln zumindest zeitweise während des zweiten Betriebszustandes, insbesondere während die zweite Spuleneinrichtung bestromt ist bzw. wird, unbestromt ist. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die erste Spuleneinrichtung über die gesamte Zeitdauer des zweiten Betriebszustandes unbestromt ist, also von Beginn der Bestromung der zweiten Spuleneinrichtung an bis zum Erreichen der Einzugsposition durch das Stellelement.

[0011] Bei Realisierung der ersten Ausführungsvariante ist also eine Überwachung der Verstellbewegung während des ersten Betriebszustandes, also im Hinblick auf ein Verstellen des Stellelementes von der Einzugsposition in die Ausschubposition möglich und gemäß der zweiten Variante in die entgegengesetzte Richtung. Wie bereits angedeutet ist eine Ausführungsform der Erfindung besonders bevorzugt, in der beide Funktionalitäten gemeinsam (zeitlich nach einander) realisiert sind. Wie eingangs bereits erläutert weist das magnetisch leitende Stellelement zumindest abschnittsweise Permanentmagnetmittel auf, die wiederum zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig zwischen den beiden Kernbereichen aufgenommen bzw. angeordnet und zwischen den Kernbereichen verstellbar sind. Bevorzugt sind die Permanentmagnetmittel scheibenförmig ausgebildet und auf oder an einem Stößel bzw. Stößelabschnitt des Stellelementes angeordnet, welcher ein- oder mehrteilig ausgebildet sein kann und, wie später noch erläutert werden wird, insbesondere ausschließlich, den zweiten Kernbereich axial durchsetzt um mit einem Eingriffsabschnitt, insbesondere einem Endabschnitt mit einem Stellpartner, insbesondere einem Nockenwellenfolger zusammenzuwirken, insbesondere um diesen im Rahmen eines Ventiltriebes eines Kfz-Verbrennungsmotors beispielsweise zur Betätigung wenigstens eines Gaswechselventils mit unterschiedlichen Ventilhüben und/oder unterschiedlichen Steuerzeiten oder zu dessen Zeitweiser Deaktivierung zu schalten.

[0012] Das erfindungsgemäße Stellsystem sowie das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen den Verzicht auf den bei gattungsgemäßen Stellsystemen zwingend zum Einsatz kommenden zusätzlichen Hall-Sensor zur Überwachung der Stellfunktionalität.

[0013] Im Hinblick auf die konkrete Auswertung bzw. Verarbeitung eines erhaltenen, nicht erhaltenen oder verzögert erhaltenen Induktionssignals gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Insbesondere dient die Auswertung bzw. Erfassung des Induktionssignals der On-Board-Diagnose von Motorsteuersystemen zur Überwachung der Ventilhubverstellung mit Funktionsüberprüfung. Mit anderen Worten ist mit dem erfindungsgemäßen System erfassbar, ob eine angeforderte bzw. angesteuerte Verstellbewegung des Stellelementes axial in Richtung Ausschubposition und/oder axial in Richtung Einzugsposition erfolgreich war, d.h. beispielsweise überhaupt und/oder rechtzeitig erfolgt ist. Insbesondere kennen die Auswertemittel und/oder die Steuermittel die tatsächliche bzw. aktuelle Position des Stellelementes und können diese entsprechend berücksichtigen.

[0014] In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Auswertemittel als Reaktion auf ein Ausbleiben eines Induktionssignals und/oder auf ein zeitlich verzögertes Induktionssignal ein entsprechendes Fehlersignal ausgeben, welches eine nicht erfolgte oder eine verzögert erfolgte Verstellbewegung charakterisiert und/oder die Auswertemittel speichern eine entsprechende Fehlerinformation. Zusätzlich oder alternativ können die Auswertemittel als Reaktion auf ein, insbesondere zeitgerecht, erhaltenes Induktionssignal ein entsprechendes Quittiersignal ausgebend ausgebildet sein und/oder eine entsprechende Quittierinformation speichern.

[0015] Denkbar ist auch eine Ausführungsform, bei der die Steuermittel ausgebildet sind als Reaktion auf ein Ausbleiben eines Induktionssignals ein erneutes Ansteuersignal an die erste oder zweite Spuleneinrichtung auszugeben, um das Stellelement nach nicht erfolgter Stellbewegung in die gewünschte Axialrichtung zu verstellen bzw. nochmals in diese Richtung anzusteuern.

[0016] Im Hinblick auf die Ausgestaltung der Stellvorrichtung des erfindungsgemäßen Stellsystems ist es, insbesondere im Hinblick auf Nockenfolgerschaltaufgaben vorgesehen, dass das Stellelement den zweiten Kernbereich mit einem Stößelabschnitt axial durchsetzend angeordnet ist. Bevorzugt ist im zweiten Kernbereich hierzu eine entsprechende Durchgangsöffnung, insbesondere Durchgangsbohrung, vorgesehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Stellelement ausschließlich den zweiten Kernbereich axial durchsetzt, nicht jedoch den ersten Kernbereich, der insoweit dann bevorzugt keine axiale Durchgangsöffnung aufweist. Eine derartige Stellvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement nur einends ein Gehäuse der Stellvorrichtung durchsetzt.

[0017] Besonders zweckmäßig ist es, wenn dem Stellelement im Rahmen des Systems ein Stellpartner zugeordnet ist, insbesondere ein Nockenfolger, der sich dadurch auszeichnet, dass von diesem keine oder zumindest keine ausreichende mechanische Rückstellkraft zum Verstellen des Stellelementes von der Ausschubposition in die Einzugsposition ausgeübt wird bzw. ausübbar ist.

[0018] Insbesondere für eine Ventiltriebverstellung ist es vorteilhaft, wenn die erste Spuleneinrichtung insbesondere durch das Vorsehen einer größeren Anzahl von Wicklungen, leistungsstärker dimensioniert ist als die zweite Spuleneinrichtung, da insbesondere die Verstellbewegung von der Einzugsposition in die Ausschubposition zeitkritisch ist, während die Rückverstellung eine längere Zeitspanne in Anspruch nehmen kann.

[0019] Im Hinblick auf die Realisierung der Auswertemittel hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Auswertemittel, insbesondere beider eingangs ausgeführter Ausführungsvarianten zum Detektieren eines Induktionssignals zum Verstellen sowohl in die eine als auch in die andere Axialeinrichtung sowie die Ansteuermittel für die Spuleneinrichtungen von einer gemeinsamen Logikeinheit, insbesondere einer Motorsteuerung gebildet sind.

[0020] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.

[0021] Diese zeigt in der einzigen Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung einer bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellsystems.

[0022] In Fig. 1 ist stark schematisiert ein bevorzugtes, nach dem Konzept der Erfindung ausgebildetes elektromagnetisches Stellsystem 1, vorliegend beispielhaft ein Ventiltriebverstellsystem für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen, gezeigt. Das elektromagnetische Stellsystem 1 umfasst eine bistabile, elektromagnetische Stellvorrichtung 2 mit einem entlang einer Verstellachse V zwischen einer dargestellten Einzugsposition E und einer axial davon beabstandeten Ausschubposition A verstellbaren Stellelement 3. Das Stellelement 3 umfasst einen magnetisch leitenden Stößelabschnitt 4, welcher axial magnetisierte Permanentmagnetmittel 5 trägt, die axial zwischen zwei magnetisch leitenden, hier bevorzugt metallischen Polscheiben 6, 7 angeordnet sind. In der dargestellten Einzugsposition E wird das Stellelement 3 mit einer von den Permanentmagnetmitteln 5 erzeugten permanentmagnetischen Haltekraft an einem ersten Kernbereich 8 gehalten.

[0023] Die Permanentmagnetmittel 5 befinden sich innerhalb eines den magnetischen Fluss leitenden Stellvorrichtungsgehäuse 15, über welches die beiden, vorzugsweise wechselseitig von den beiden Spuleneinrichtungen 10, 11 erzeugten magnetischen Flusskreisläufe geschlossen werden.

[0024] In der Ausschubposition A, die axial von der Einschubposition E beabstandet ist, haftet das Stellelement 3 über eine permanentmagnetische Haftkraft der Permanentmagnetmittel 5 in analoger Weise an einem zweiten Kernbereich 9, der axial von dem ersten Kernbereich 8 beabstandet ist. Die Kernbereiche 8, 9 bilden gleichzeitig Axialanschläge für das Stellelement 3, indem die Polscheiben 6, 7 in der entsprechenden Position an dem jeweiligen Kernbereich 8, 9 anliegen.

[0025] Ferner umfasst die Stellvorrichtung 2 eine erste Spuleneinrichtung 10, die vorliegend den ersten Kernbereich 8 radial außen umgibt. Zudem umfasst die Stellvorrichtung 2 eine weitere axial beabstandete, zweite Spuleneinrichtung 11, die den zweiten Kernbereich 9 umschließt. Den beiden Spuleneinrichtungen 10, 11 sind Steuermittel 12 zugeordnet, sowie später noch zu erläuternde Auswertemittel 13, wobei Steuermittel 12 und Auswertemittel 13 von gemeinsamen Logikmitteln 14 gebildet sind. In einem ersten Betriebszustand steuern die Steuermittel 12 die erste Spuleneinrichtung 10 mit einem Ansteuersignal (elektrische Bestromung) an, auf Basis dessen die erste Spuleneinrichtung 10 ein Magnetfeld erzeugt, welches dem permanentmagnetischen Magnetfeld entgegenwirkt. Anders ausgedrückt erzeugt die erste Spuleneinrichtung 10 durch das Ansteuersignal eine Gegenkraft zur permanentmagnetischen Halte- bzw. Haftkraft der Permanentmagnetmittel 5, wodurch die Permanentmagnetmittel 5 bzw. das Stellelement 3 von dem ersten Kernbereich 8 in Richtung der Ausschubposition A abgestoßen werden, wodurch sich das Stellelement 3 in seine Ausschubposition A bewegt und somit der Stößelabschnitt 4 axial weiter aus dem Stellvorrichtungsgehäuse 15 herausbewegt wird, um mit einem nicht gezeigten Stellpartner, vorliegend beispielhaft einem Nockenfolger in an sich bekannter Weise zusammenzuwirken.

[0026] Zu erkennen ist, dass das Stellelement 3 hierzu eine zentrische Durchgangsöffnung 16 in dem zweiten Kernbereich 9 durchsetzt - der erste Kernbereich 8 ist geschlossen bzw. weist keine Durchgangsöffnung 16 auf. Die Steuermittel 12 schalten während dieses ersten Betriebszustandes die zweite Spuleneinrichtung 11, welche leistungsschwächer ausgelegt ist als die erste Spuleneinrichtung 10 stromlos. Während dieser Zeit hat die zweite Spuleneinrichtung 11 die Funktion einer Sensorspule, in welcher durch die zuvor erläuterte Verstellbewegung aus der Einzugsposition E in die Ausschubposition A ein Induktionssignal, vorliegend eine elektrische Spannung induziert wird. Diese wird von den Auswertemitteln 13 erfasst und, insbesondere im Zusammenspiel mit den Steuermitteln 12 weiterverarbeitet. Auf diese Weise ist es möglich den Ausschubvorgang bzw. Betätigungsvorgang zum Betätigen des Stellpartners zu überwachen. Es ist also erfassbar, ob die gewollte bzw. angesteuerte Verstellbewegung des Stellelementes 3 tatsächlich stattfindet bzw. stattgefunden hat.

[0027] In einem zweiten Betriebszustand wird das sich in der Ausschubpostion A befindliche Stellelement 3 zurück in die dargestellte Einzugsposition E verstellt. Zu diesem Zweck steuern die Steuermittel 12 die zweite Spuleneinrichtung 11 mit einem Ansteuersignal an, welches eine abstoßende Gegenkraft zur permanentmagnetischen Haltekraft auf das Stellelement 3 ausübt, wodurch dieses von dem zweiten Kernbereich 9 in Richtung hin zum ersten Kernbereich 8 abgestoßen wird. Während dieses zweiten Betriebszustandes schalten die Steuermittel 12 die erste Spuleneinrichtung 10 stromlos, die dadurch die Funktionalität einer Sensorspule aufweist und ein Induktionssignal erfasst, welches durch die axiale Verstellbewegung des Stellelementes 3 mit seinen Permanentmagnetmitteln 5 in der Wicklung der ersten Spuleneinrichtung 10 in Form einer elektrischen Spannung induziert wird. Dieses Induktionssignal, vorliegend ein elektrisches Spannungssignal wird von den Auswertemitteln 13 detektiert und, bevorzugt gemeinsam mit den Steuermitteln 12 weiterverarbeitet. Auf diese Weise ist es möglich, eine Verstellbewegung des Stellelementes 3 von der Ausschubposition A zurück in die Einzugsposition E zu überwachen.

[0028] Bezugszeichen

1

elektromagnetisches Stellsystem

2

bistabile, elektromagnetische Stellvorrichtung

3

Stellelement

4

Stößelabschnitt des Stellelementes

5

Permanentmagnetmittel des Stellelementes

6

Polscheibe des Stellelementes

7

Polscheibe des Stellelementes

8

erster Kernbereich

9

zweiter Kernbereich

10

erste Spuleneinrichtung

11

zweite Spuleneinrichtung

12

Steuermittel

13

Auswertemittel

14

Logikmittel

15

Stellvorrichtungsgehäuse

16

Durchgangsöffnung

E

Einzugsposition

A

Ausschubposition

V

Verstellachse

Ansprüche

1. Elektromagnetisches Stellsystem (1), insbesondere Ventiltriebverstellsystem für Verbrennungsmotoren, umfassend eine bistabile elektromagnetische Stellvorrichtung (2) mit einem entlang einer Verstellachse (A) zwischen einer Einzugsposition (E) und einer Ausschubposition (A) verstellbaren, zumindest abschnittsweise Permanentmagnetmittel (5) aufweisenden Stellelement (3) zum Zusammenwirken mit einem Stellpartner, wobei die Permanentmagnetmittel (5) durch Verstellen des Stellelementes (3) entlang der Verstellachse (V) zwischen einem ersten und einem zweiten, axial voneinander beabstandeten Kernbereich (8, 9) verstellbar sind, und in der Einzugsposition (E) des Stellelementes (3) mit einer permanentmagnetischen Haltekraft am ersten Kernbereich (8) und in der Ausschubposition (A) des Stellelementes (3) mit einer permanentmagnetischen Haltekraft an dem zweiten Kernbereich (9) halten, und mit einer ersten und einer zweiten Spuleneinrichtung (10, 11), weiterhin umfassend Ansteuermittel, welche die erste und die zweite Spuleneinrichtung (10, 11) derart ansteuernd ausgebildet sind, dass in einem ersten Betriebszustand zum Verstellen des Stellelementes (3) aus der Einzugsposition (E) in die Ausschubposition (A) die erste Spuleneinrichtung (10) als Reaktion auf ein elektrisches Ansteuersignal der Ansteuermittel eine der Haltekraft der Permanentmagnetmittel (5) entgegenwirkende, die Permanentmagnetmittel (5) abstoßende und von dem ersten Kernbereich (8) lösende Gegenkraft erzeugt und in einem zweiten Betriebszustand zum Verstellen des Stellelementes (3) aus der Ausschubposition (A) in die Einzugsposition (E) die zweite Spuleneinrichtung (11) als Reaktion auf ein elektrisches Ansteuersignal der Ansteuermittel eine der Haltekraft der Permanentmagnetmittel (5) entgegenwirkende, die Permanentmagnetmittel (5) abstoßende und von dem zweiten Kernbereich (9) lösende Gegenkraft erzeugt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweiten Spuleneinrichtung (11) Auswertemittel (13) zum Detektieren eines durch Verstellen des Stellelementes (3) entlang der Verstellachse (V) von der Einzugsposition (E) in die Ausschubposition (A) erzeugbares Induktionssignals zugeordnet sind, und dass die Ansteuermittel derart ausgebildet sind, dass diese die zweite Spuleneinrichtung (11) im ersten Betriebszustand zumindest während einer Detektionsphase zum Detektieren des Induktionssignals, bevorzugt während des gesamten ersten Betriebszustandes, unbestromt schalten,
und/oder
dass der ersten Spuleneinrichtung (10) Auswertemittel (13) zum Detektieren eines durch Verstellen des Stellelementes (3) entlang der Verstellachse (V) von der Ausschubposition (A) in die Einzugsposition (E) erzeugbares Induktionssignals zugeordnet sind, und dass die Ansteuermittel derart ausgebildet sind, dass diese die erste Spuleneinrichtung (10) im zweiten Betriebszustand zumindest während einer Detektionsphase zum Detektieren des Induktionssignals, bevorzugt während des gesamten zweiten Betriebszustandes, unbestromt schalten
wobei das Stellelement (3) ausschließlich den zweiten Kernbereich (9) mit einem Stößelabschnitt (4) axial durchsetzend angeordnet ist.

2. Elektromagnetisches Stellsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswertemittel (13) als Reaktion auf ein Ausbleiben eines Induktionssignals und/oder als Reaktion auf ein zeitlich verzögertes Induktionssignal ein Fehlersignal ausgebend und/oder eine Fehlerinformation speichernd ausgebildet sind und/oder dass die Auswertemittel als Reaktion auf ein, insbesondere rechtzeitiges, Induktionssignal ein Quittiersignal ausgebend und/oder oder eine Quittierinformation speichernd ausgebildet sind.

3. Elektromagnetisches Stellsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuermittel (12) als Reaktion auf ein Ausbleiben eines Induktionssignals ein erneutes Ansteuersignal an die erste oder zweite Spuleneinrichtung (10, 11) ausgebend ausgebildet sind.

4. Elektromagnetisches Stellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellelement (3) mit einem Stellpartner, insbesondere einem Nockenfolger, zusammenwirkend anordenbar ist, der keine mechanische Rückstellkraft zum Verstellen des Stellelementes (3) von der Ausschubposition (A) in die Einzugsposition (E) ausübend ausgebildet und angeordnet ist.

5. Elektromagnetisches Stellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Spuleneinrichtung (10) bei betragsmäßig gleicher Bestromung ein stärkeres Magnetfeld erzeugend ausgebildet ist als die zweite Spuleneinrichtung (11).

6. Elektromagnetisches Stellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Permanentmagnetmittel (5), zumindest abschnittsweise, bevorzugt vollständig, axial zwischen den axial beabstandeten Spuleneinrichtungen (10, 11), insbesondere mit Axialabstand zu diesen, angeordnet sind.

7. Elektromagnetisches Stellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswertemittel (13) und die Ansteuermittel von einer gemeinsamen Logikmittel insbesondere einer Motorsteuerung, gebildet sind.

8. Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Stellsystems (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem ersten Betriebszustand die Ansteuermittel die erste Spuleneinrichtung (10) mit einem Ansteuersignal beaufschlagen und dadurch das Stellelement (3) von der Einzugsposition (E) in die Ausschubposition (A) verstellt wird, und dass während dieser Verstellbewegung mit den der zweiten Spuleneinrichtung (11) zugeordneten Auswertemitteln (13) ein durch das Verstellen des Stellelementes (3) in der zweiten Spuleneinrichtung (11) erzeugtes Induktionssignals detektiert wird, und dass die Ansteuermittel die zweite Spuleneinrichtung (11) in dem ersten Betriebszustand zumindest während einer Detektionsphase zum Detektieren des Induktionssignals, bevorzugt während des gesamten ersten Betriebszustandes, unbestromt schalten,
und/oder
dass in dem zweiten Betriebszustand die Ansteuermittel die zweite Spuleneinrichtung (11) mit einem Ansteuersignal beaufschlagen und dadurch das Stellelement (3) von der Ausschubposition (A) in die Einzugsposition (E) verstellt wird, und dass während dieser Verstellbewegung mit den der ersten Spuleneinrichtung (10) zugeordneten Auswertemitteln (13) ein durch das Verstellen des Stellelementes (3) in der ersten Spuleneinrichtung (10) erzeugtes Induktionssignals detektiert wird, und dass die Ansteuermittel die erste Spuleneinrichtung (10) in dem zweiten Betriebszustand zumindest während einer Detektionsphase zum Detektieren des Induktionssignals, bevorzugt während des gesamten zweiten Betriebszustandes, unbestromt schalten
wobei bei der Verstellung zwischen Einzugsposition (E) und Ausschubposition (A) das Stellelement (3) ausschließlich den zweiten Kernbereich (9) mit einem Stößelabschnitt (4) axial durchsetzt.

9. Verwendung eines elektromagnetischen Stellsystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Verstellen eines Nockenfolgers eines Ventiltriebs eines Verbrennungsmotors, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.

Claims

1. An electromagnetic positioning system (1), in particular a valve train adjustment system for combustion engines, comprising a bistable electromagnetic positioning device (2) having a positioning element (3) for interacting with a positioning partner, said positioning element (3) being adjustable between a retracted position (E) and an extended position (A) along an axis of adjustment (V) and having permanent magnet means (5) at least in sections, the permanent magnet means (5) being adjustable between axially spaced first and second core parts (8, 9) by adjustment of the positioning element (3) along the axis of adjustment (V) and adhering to the first core part (8) with a permanent-magnetic holding force when the positioning element (3) is in the retracted position (E) and adhering to the second core part (9) with a permanent-magnetic holding force when the positioning element (3) is in the extended position (A), and the positioning device (2) having first and second coil means (10, 11), the electromagnetic positioning system (1) further comprising control means configured to control the first and second coil means (10, 11) in such a manner that, in a first operating mode for adjusting the positioning element (3) from the retracted position (E) into the extended position (A), the first coil means (10) responds to an electrical control signal of the control means by generating a counterforce which counteracts the holding force of the permanent magnet means (5), repels the permanent magnet means (5) and detaches them from the first core part (8), and in a second operating mode for adjusting the positioning element (3) from the extended position (A) into the retracted position (E), the second coil means (11) responds to an electrical control signal of the control means by generating a counterforce which counteracts the holding force of the permanent magnet means (5), repels the permanent magnet means (5) and detaches them from the second core part (9),
characterized in that,
evaluating means (13) for detecting an induction signal which can be generated by adjustment of the positioning element (3) from the retracted position (E) into the extended position (A) along the axis of adjustment (V) are assigned to the second coil means (11), and that the control means are configured in such a manner that they de-energize the second coil means (11) in the first operating mode at least during a detection phase for detecting the induction signal, preferably during the entire first operating mode,
and/or
that evaluating means (13) for detecting an induction signal which can be generated by adjustment of the positioning element (3) from the extended position (A) into the retracted position (E) along the axis of adjustment (V) are assigned to the first coil means (10), and that the control means are configured in such a manner that they de-energize the first coil means (10) in the second operating mode at least during a detection phase for detecting the induction signal, preferably during the entire second operating mode, wherein the positioning element (3) is disposed so as to have a tappet portion (4) axially passing through only the second core part (9).

2. The electromagnetic positioning system according to claim 1,
characterized in that
the evaluating means (13) are configured to respond to the absence of an induction signal and/or to a delayed induction signal by outputting an error signal and/or by storing error information and/or that the evaluating means are configured to respond to an induction signal, in particular a timely induction signal, by outputting an acknowledgement signal and/or by storing acknowledgement information.

3. The electromagnetic positioning system according to claim 1 or 2,
characterized in that
the control means (12) are configured to respond to the absence of an induction signal by outputting a new control signal to the first or second coil means (10, 11).

4. The electromagnetic positioning system according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the positioning element (3) can be disposed so as to interact with a positioning partner, in particular a cam follower, which is configured and disposed so as to not exert any mechanical restoring force for adjusting the positioning element (3) from the extended position (A) into the retracted position (E).

5. The electromagnetic positioning system according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the first coil means (10) is configured to generate a stronger magnetic field than the second coil means (11) when both coils are energized to the same degree.

6. The electromagnetic positioning system according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the permanent magnet means (5) are at least partially, preferably entirely, disposed axially between, in particular at an axial distance from, the axially spaced coil means (10, 11).

7. The electromagnetic positioning system according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the evaluating means (13) and the control means are formed by shared logic means, in particular by an engine control unit.

8. A method for operating an electromagnetic positioning system (1) according to any one of the preceding claims,
characterized in that
in the first operating mode, the control means apply a control signal to the first coil means (10), which causes the positioning element (3) to be adjusted from the retracted position (E) into the extended position (A), and that during said adjustment movement an induction signal generated in the second coil means (11) by the adjustment of the positioning element (3) is detected by the evaluating means (13) assigned to the second coil means (11), and that the control means de-energize the second coil means (11) in the first operating mode at least during a detection phase for detecting the induction signal, preferably during the entire first operating mode,
and/or
that in the second operating mode, the control means apply a control signal to the second coil means (11), which causes the positioning element (3) to be adjusted from the extended position (A) into the retracted position (E), and that during said adjustment movement an induction signal generated in the first coil means (10) by the adjustment of the positioning element (3) is detected by the evaluating means (13) assigned to the first coil means (10), and that the control means de-energize the first coil means (10) in the second operating mode at least during a detection phase for detecting the induction signal, preferably during the entire second operating mode,
wherein the positioning element (3) has a tappet portion (4) axially passing through only the second core part (9) when the positioning element (3) is displaced between the retracted position (E) and the extended position (A).

9. A use of an electromagnetic positioning system (1) according to any one of claims 1 to 7 for adjusting a cam follower of a valve train of a combustion engine, in particular in a motor vehicle.

Revendications

1. Système de positionnement électromagnétique (1), notamment un système de positionnement de commande de soupape pour des moteurs à combustion interne, le système de positionnement électromagnétique (1) comprenant un dispositif de positionnement électromagnétique bistable (2) ayant un élément de positionnement (3) déplaçable entre une position rétractée (E) et une position sortie (A) le long d'un axe de déplacement (V) et ayant, au moins par sections, des moyens d'aimant permanent (5) et étant destiné à interagir avec un partenaire de positionnement, les moyens d'aimant permanent (5) étant déplaçables entre une première et une deuxième partie de noyau (8, 9) axialement espacées l'une de l'autre par un déplacement de l'élément de positionnement (3) le long de l'axe de déplacement (V) et adhérant à la première partie de noyau (8) avec une force de maintien à aimant permanent dans la position rétractée (E) de l'élément de positionnement (3) et adhérant à la deuxième partie de noyau (9) avec une force de maintien à aimant permanent dans la position sortie (A) de l'élément de positionnement (3), et le dispositif de positionnement (2) ayant un premier et un deuxième dispositif de bobine (10, 11), le système de positionnement électromagnétique (1) comprenant en outre des moyens de commande destinés à commander le premier et le deuxième dispositif de bobine (10, 11) de telle manière que, dans un premier état de fonctionnement pour déplacer l'élément de positionnement (3) de la position rétractée (E) à la position sortie (A), le premier dispositif de bobine (10) répond à un signal de commande électrique des moyens de commande en générant une force antagoniste qui s'oppose à la force de maintien des moyens d'aimant permanent (5), qui repousse les moyens d'aimant permanent (5) et qui détache les moyens d'aimant permanent (5) de la première partie de noyau (8) et, dans un deuxième état de fonctionnement pour déplacer l'élément de positionnement (3) de la position sortie (A) à la position rétractée (E), le deuxième dispositif de bobine (11) répond à un signal de commande électrique des moyens de commande en générant une force antagoniste qui s'oppose à la force de maintien des moyens d'aimant permanent (5), qui repousse les moyens d'aimant permanent (5) et qui détache les moyens d'aimant permanent (5) de la deuxième partie de noyau (9),
caractérisé en ce que
des moyens d'évaluation (13) pour la détection d'un signal d'induction qui peut être généré par le déplacement de l'élément de positionnement (3) le long de l'axe de déplacement (V) de la position rétractée (E) à la position sortie (A) sont assignés au deuxième dispositif de bobine (11), et que les moyens de commande sont réalisés de telle manière qu'ils désexcitent le deuxième dispositif de bobine (11) dans le premier état de fonctionnement au moins pendant une phase de détection destinée à détecter le signal d'induction, de préférence pendant tout le premier état de fonctionnement,
et/ou
que des moyens d'évaluation (13) pour la détection d'un signal d'induction qui peut être généré par le déplacement de l'élément de positionnement (3) le long de l'axe de déplacement (V) de la position sortie (A) à la position rétractée (E) sont assignés au premier dispositif de bobine (10), et que les moyens de commande sont réalisés de telle manière qu'ils désexcitent le premier dispositif de bobine (10) dans le deuxième état de fonctionnement au moins pendant une phase de détection destinée à détecter le signal d'induction, de préférence pendant tout le deuxième état de fonctionnement, une partie de poussoir (4) de l'élément de positionnement (3) traversant seulement la deuxième partie de noyau (9) dans le sens axial.

2. Système de positionnement électromagnétique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
les moyens d'évaluation (13) sont configurés pour répondre à une absence d'un signal d'induction et/ou pour répondre à un signal d'induction retardé en émettant un signal d'erreur et/ou en stockant une information d'erreur et/ou que les moyens d'évaluation sont configurés pour répondre à un signal d'induction, notamment un signal d'induction en temps utile, en émettant un signal de quittance et/ou en stockant d'une information de quittance.

3. Système de positionnement électromagnétique selon la revendication 1 ou la revendication 2,
caractérisé en ce que
les moyens de commande (12) sont configurés pour répondre à une absence d'un signal d'induction en émettant un nouveau signal de commande au premier ou deuxième dispositif de bobine (10, 11).

4. Système de positionnement électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'élément de positionnement (3) peut être disposé de telle manière qu'il interagit avec un partenaire de positionnement, notamment un suiveur de came, qui est configuré et disposé pour ne pas exercer une force de rappel mécanique pour le déplacement de l'élément de positionnement (3) de la position sortie (A) à la position rétractée (E).

5. Système de positionnement électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le premier dispositif de bobine (10) est configuré pour générer un champ magnétique plus fort que le deuxième dispositif de bobine (11) quand les deux dispositifs de bobine sont alimentés en courant équivalent.

6. Système de positionnement électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les moyens d'aimant permanent (5) sont disposés, au moins par sections, de préférence entièrement, axialement entre les dispositifs de bobine (10, 11) axialement espacés, notamment à une distance axiale des dispositifs de bobine (10, 11).

7. Système de positionnement électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les moyens d'évaluation (13) et les moyens de commande sont réalisés par un moyen logique commun, notamment une commande de moteur.

8. Procédé de fonctionnement d'un système de positionnement électromagnétique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que,
dans le premier état de fonctionnement, les moyens de commande appliquent un signal de commande au premier dispositif de bobine (10) et l'élément de positionnement (3) est donc déplacé de la position rétractée (E) à la position sortie (A), et que, pendant ce déplacement, un signal d'induction généré dans le deuxième dispositif de bobine (11) par le déplacement de l'élément de positionnement (3) est détecté au moyen des moyens d'évaluation (13) qui sont assignés au deuxième dispositif de bobine (11), et que les moyens de commande désexcitent le deuxième dispositif de bobine (11) dans le premier état de fonctionnement au moins pendant une phase de détection destinée à détecter le signal d'induction, de préférence pendant tout le premier état de fonctionnement,
et/ou
que, dans le deuxième état de fonctionnement, les moyens de commande appliquent un signal de commande au deuxième dispositif de bobine (11) et l'élément de positionnement (3) est donc déplacé de la position sortie (A) à la position rétractée (E), et que, pendant ce déplacement, un signal d'induction généré dans le premier dispositif de bobine (10) par le déplacement de l'élément de positionnement (3) est détecté au moyen des moyens d'évaluation (13) qui sont assignés au premier dispositif de bobine (10), et que les moyens de commande désexcitent le premier dispositif de bobine (10) dans le deuxième état de fonctionnement au moins pendant une phase de détection destinée à détecter le signal d'induction, de préférence pendant tout le deuxième état de fonctionnement,
une partie de poussoir (4) de l'élément de positionnement (3) traversant seulement la deuxième partie de noyau (9) dans le sens axial pendant le déplacement entre la position rétractée (E) et la position sortie (A).

9. Utilisation d'un système de positionnement électromagnétique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour déplacer un suiveur de came d'une commande de soupape d'un moteur à combustion interne, notamment dans un véhicule automobile.

Zeichnung