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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb, der wenigstens eine Grundnockenwelle sowie zumindest einen auf der Grundnockenwelle drehfest und axial zwischen mindestens zwei Axialpositionen verlagerbar gelagerten Nockenträger aufweist, wobei aus den Axialpositionen eine Sollposition ausgewählt und eine Stelleinrichtung zum Verlagern des Nockenträgers in die Sollposition angesteuert wird, wobei der Nockenträger in der Sollposition mittels einer Rastvorrichtung arretiert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb.
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Das eingangs genannte Verfahren kann für Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, bei welchen das Arbeitsspiel von Gaswechselventilen einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine oder aller Zylinder zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften beeinflusst werden kann. Der mindestens eine Nockenträger, welcher auch als Nockenstück bezeichnet werden kann, ist drehfest und axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle angeordnet. Dem Nockenträger sind üblicherweise mehrere, also zumindest zwei, Ventilbetätigungsnocken zugeordnet. Jeder dieser Ventilbetätigungsnocken weist eine Exzentrizität auf, welche der Betätigung eines der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine bei einer bestimmten Drehwinkelposition der Grundnockenwelle dient. Die Ventilbetätigungsnocken laufen demnach gemeinsam mit der Grundnockenwelle um, sodass das jeweilige Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zumindest einmal pro Umdrehung der Grundnockenwelle von dem jeweils zugeordneten Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise dessen Exzentrizität betätigt wird. Der Ventilbetätigungsnocken wirkt dazu vorzugsweise mit einem Rollenschlepphebel des Gaswechselventils zusammen, indem er mit diesem in Anlagekontakt tritt.
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Vorzugsweise sind mehrere Ventilbetätigungsnocken vorgesehen, welche unterschiedlichen Nockengruppen zugeordnet sein können. Die Ventilbetätigungsnocken einer Nockengruppe unterscheiden sich nun beispielsweise hinsichtlich der Winkellage ihrer Exzentrizität oder der Erstreckung derselben in radialer Richtung (Höhe) und/oder in Umfangsrichtung (Länge). Durch das axiale Verlagern des Nockenträgers kann dieser in wenigstens zwei Axialpositionen, beispielsweise in eine erste und eine zweite Axialposition, gebracht werden. In der ersten Axialposition wird das Gaswechselventil von einem ersten der Ventilbetätigungsnocken und in der zweiten von einem zweiten der Ventilbetätigungsnocken betätigt, welche derselben Nockengruppe zugeordnet sind. Durch das Verlagern des Nockenträgers können somit insbesondere der Öffnungszeitpunkt, die Öffnungsdauer und/oder der Hub des Gaswechselventils, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ausgewählt werden. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Ventilbetätigungsnocken pro Nockengruppe und eine entsprechende Anzahl von Axialpositionen vorgesehen sein.
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Das Verlagern des Nockenträgers in axialer Richtung erfolgt beispielsweise mithilfe einer Stelleinrichtung, die eine Schaltkulisse an dem Nockenträger und einen ortsfest angeordneten Aktuator, üblicherweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, umfasst. Der Aktuator verfügt beispielsweise über einen ausfahrbaren Mitnehmer, der sich mit einer, insbesondere schrauben- oder spiralförmigen, Kulissenbahn beziehungsweise Verschiebenut der Schaltkulisse in Eingriff bringen lässt. Die Kulissenbahn ist an der Schaltkulisse vorgesehen, welche dem Nockenträger zugeordnet ist. Beispielsweise liegt die Schaltkulisse an dem Nockenträger vor oder ist mit diesem zum axialen Verlagern zumindest wirkverbunden. Die Kulissenbahn ist vorzugsweise als Radialnut ausgebildet, welche den Umfang der Schaltkulisse durchgreift, also randoffen in dieser ausgebildet ist. Die Schaltkulisse weist insoweit wenigstens eine Kulissenbahn auf, in welcher der Mitnehmer des Aktuators zum Verschieben des Nockenträgers einbringbar ist.
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Die momentane Position des Nockenträgers wird im Folgenden als Istposition und die gewünschte Position als Sollposition bezeichnet. Die Sollposition wird aus den möglichen Axialpositionen des Nockenträgers ausgewählt. Nachfolgend wird die Stelleinrichtung beziehungsweise der Aktuator derart betätigt, dass der Nockenträger in Richtung der Sollposition verlagert wird, sodass im Anschluss an das Verlagern die Istposition mit der Sollposition übereinstimmt. Um den Nockenträger in der momentanen Axialposition zu halten, wenn keine Verlagerung mittels der Stelleinrichtung bewirkt wird, ist die Rastvorrichtung vorgesehen. Das bedeutet, dass die Rastvorrichtung insbesondere dazu ausgebildet ist, den Nockenträger derart zu arretieren, dass die Istposition der Sollposition entspricht, bis ein erneutes Verlagern des Nockenträgers mithilfe der Stelleinrichtung eingeleitet wird.
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Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise die Druckschriften
DE 10 2004 056 290 A1 und
DE 10 2011 117 244 A1 bekannt. Erstere beschreibt einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Grundnockenwelle, auf der axial verschiebbare Nockenträger angeordnet sind. Die Nockenträger werden jeweils von einer Rastvorrichtung gehalten, die in einer Aussparung der Grundnockenwelle angeordnet ist. Zur Versorgung der Rastvorrichtung mit Schmiermittel sowie zur Be- und Entlüftung sind Ausnehmungen in der Grundnockenwelle ausgebildet, die den Umfangskreis der Primärbohrung der Rastvorrichtungen durchbrechen. Die zuletzt genannte Druckschrift beschreibt einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, bei welchem zur Verbesserung hinsichtlich Verschleiß und erhöhter Betriebssicherheit vorgeschlagen wird, dass ein Verriegelungselement ausschließlich zum axialen Verschieben eines Nockenstücks entriegelt und ausschließlich im Bereich der eingenommenen Endpositionen des Nockenstücks verriegelt.
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Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Druckschrift
DE 10 2008 049 103 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Ventiltriebvorrichtung mit zumindest einem ersten Nockenelement und einem zweiten Nockenelement, die mittels einer Schaltkulisse axial verschiebbar sind und die dazu vorgesehen sind, einen schaltbaren Ventiltrieb bereitzustellen, und mit einer Sensoreinheit mit einem ersten Sensorelement, das mit dem ersten Nockenelement gekoppelt ist, und mit einem zu dem ersten Sensorelement korrespondierenden zweiten Sensorelement, das mit dem zweiten Nockenelement gekoppelt ist.
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Weiterhin ist aus der Druckschrift
DE 10 2009 006 632 A1 ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, der mindestens eine Nockenwelle, auf der drehfest und axial verschiebbar mindestens ein Nockenträger vorgesehen ist, und eine Verschiebevorrichtung zum axialen Verschieben des Nockenträgers auf der Nockenwelle aufweist. Die Verschiebevorrichtung weist mindestens einen in eine von mindestens zwei auf dem Nockenträger vorgesehenen, zumindest abschnittsweise schräg verlaufenden Verschiebenuten einbringbaren Aktor auf. Dabei ist vorgesehen, dass die Verschiebenuten sich im Verlauf unterscheidende Ausschieberampen zum Ausschieben des eingebrachten Aktors aufweisen und dass der Aktor über Mittel zum Feststellen des jeweiligen Verlaufs verfügt.
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Schließlich beschreibt die Druckschrift
DE 10 2012 006 820 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, der mindestens eine Grundnockenwelle aufweist, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verlagerbar mindestens ein Nockenträger vorgesehen ist, dem zum axialen Verlagern in eine aus den Axialpositionen ausgewählte Sollposition ein Aktuator zugeordnet ist, wobei nur nach erfolgreichem Verlagern ein Bestätigungssignal von dem Aktuator erzeugt wird. Dabei ist vorgesehen, dass zum Überprüfen der Istposition des Nockenträgers der Aktuator zum erneuten Verlagern des Nockenträgers in dieselbe Sollposition angesteuert wird.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches gegenüber dem bekannten Stand der Technik Vorteile aufweist, insbesondere ein Auswandern des Nockenträgers aus der Sollposition beziehungsweise das Vorliegen einer von der Sollposition abweichenden Istposition effektiv verhindert, sodass die Istposition des Nockenträgers zumindest in einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine mit der Sollposition übereinstimmt.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass in zumindest einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Stelleinrichtung bei gleichbleibender Sollposition wenigstens einmalig im Rahmen einer Positionsverifizierung derart angesteuert wird, dass der Nockenträger aus der Sollposition heraus in eine andere der Axialpositionen und unmittelbar anschließend wieder in die Sollposition verlagert wird. Es wird also gezielt die Istposition des Nockenträgers verändert, wobei der Nockenträger zunächst aus der Sollposition heraus und unmittelbar anschließend wieder in sie zurückbewegt wird. Dies erfolgt beispielsweise, wenn der Nockenträger beziehungsweise ein dem Nockenträger zugeordneter Zylinder der Brennkraftmaschine nicht zur Drehmomenterzeugung der Brennkraftmaschine beiträgt. Vorzugsweise ist der Betriebszustand entsprechend gewählt. Besonders bevorzugt wird die Positionsverifizierung periodisch durchgeführt, insbesondere während des Betriebszustands der Brennkraftmaschine.
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Ein Auswandern des Nockenträgers aus der Sollposition kann insbesondere durch verschleiß- und fertigungsbedingte Abweichungen in dem Ventiltrieb auftreten. Beispielsweise wird der Nockenträger, insbesondere durch solche Abweichungen, mit einer Axialkraft beaufschlagt, welche nicht durch die Stelleinrichtung bewirkt wird. Diese Axialkraft kann im Extremfall so groß sein, dass eine Sperrwirkung der Rastvorrichtung überwunden wird. Zudem kann die Rastvorrichtung fertigungsbedingte Oberflächenstrukturen aufweisen, welche ein Wandern eines Rastelements in einer Rastaufnahme der Rastvorrichtung ermöglichen oder begünstigen. Die Axialkraft kann beispielsweise durch eine nicht fluchtende Bohrung eines HVA-Elements oder einer Rolle des Rollenschlepphebels und ihrer Wälzlagerung in dem Rollenschlepphebel oder eines Kugelkopfs des HVA-Elements beziehungsweise des Gegenstücks, der Kugelaufnahme im Rollenschlepphebel, vorliegen. Das Auswandern könnte beispielsweise durch eine alternative Arretierung verhindert werden, welche an die Stelle der Rastvorrichtung tritt. Dabei könnte ein öldruckbetätigter Pin aus der Grundnockenwelle in den Nockenträger verlagerbar sein und durch Formschluss ein Verschieben des Nockenträgers verhindert werden.
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Weil sich die Effekte, welche zu dem Auswandern des Nockenträgers aus der Sollposition führen, häufig aufgrund einer sich über einen längeren Zeitraum erstreckenden Kraftbeaufschlagung des Nockenträgers ergeben, kann mit einem gezielten Verlagern des Nockenträgers aus der Sollposition heraus und wieder in sie hinein entgegengewirkt werden, weil die Rastvorrichtung erneut in ihre Ausgangsposition, nämlich die Sollposition, gebracht wird. Für das Durchführen der Positionsverifizierung wird beispielsweise aus dem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine in einen Verifikationsbetrieb umgeschaltet. Am Ende der Positionsverifizierung wird unmittelbar wieder in den Normalbetrieb gewechselt. Somit kann gewährleistet werden, dass die Istposition des Nockenträgers in dem Normalbetrieb nicht oder allenfalls innerhalb einer zulässigen Abweichung von der Sollposition abweicht. In dem Verifikationsbetrieb liegt dagegen selbstverständlich eine gewollte Abweichung vor, weil der Nockenträger gezielt aus der Sollposition heraus verlagert wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Betriebszustand der Brennkraftmaschine ein Schubbetrieb verwendet wird. In dem Schubbetrieb wird die Brennkraftmaschine nicht zum Erzeugen eines Drehmoments betrieben. Vielmehr wird sie durch ein extern aufgebrachtes Drehmoment geschleppt. Beispielsweise wird der Brennkraftmaschine in dem Schubbetrieb kein oder nur eine geringe Menge Kraftstoff zugeführt. Die Brennkraftmaschine dient insoweit vorzugsweise als Motorbremse. In diesem Betriebszustand ist es üblicherweise nicht relevant, in welcher Axialposition der Nockenträger vorliegt. Entsprechend ist es unproblematisch, ihn für die Positionsverifizierung kurzfristig aus der Sollposition heraus zu verlagern.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Positionsverifizierung durchgeführt wird, wenn die Temperatur eines Betriebsmediums der Brennkraftmaschine innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs liegt. Das bedeutet, dass die Temperatur des Betriebsmediums größer oder gleich einer Mindesttemperatur des Temperaturbereichs und gleichzeitig kleiner oder gleich einer Höchsttemperatur des Temperaturbereichs sein soll. Entsprechend wird vor dem Durchführen der Positionsverifizierung eine entsprechende Abfrage durchgeführt, bei welcher die Temperatur mit der Mindesttemperatur und der Höchsttemperatur verglichen wird. Lediglich wenn die Temperatur in dem bestimmten Temperaturbereich liegt, soll die Positionsverifizierung vorgenommen werden, also der Nockenträger aus der Sollposition heraus und anschließend wieder in die Sollposition hinein verlagert werden. Es kann alternativ bereits ausreichend sein, zu prüfen, ob die Temperatur des Betriebsmediums größer oder gleich der Mindesttemperatur ist.
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Als Betriebsmedium kann beispielsweise ein Schmiermittel, ein Kühlmittel und/oder Luft verwendet werden. Das Betriebsmedium zeichnet sich dadurch aus, dass es zum Betreiben der Brennkraftmaschine dieser zugeführt wird. Die Luft ist beispielsweise Frischluft, insbesondere aus einer Umgebung der Brennkraftmaschine angesaugte Frischluft. Die Temperatur der Luft kann dabei bereits in der Umgebung der Brennkraftmaschine oder erst unmittelbar vor dem Einbringen in Brennräume der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Positionsverifizierung durchgeführt wird, wenn die Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine größer oder gleich einer Drehzahlschwelle ist. Ein erfolgreiches Wechseln der Axialposition mithilfe der Stelleinrichtung ist nur möglich, wenn die Grundnockenwelle eine bestimmte Drehzahl aufweist beziehungsweise diese überschreitet. Weil die Grundnockenwelle üblicherweise von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird, kann die Drehzahl der Kurbelwelle herangezogen werden, um zu beurteilen, ob eine Verlagerung des Nockenträgers zuverlässig möglich ist. Dies ist der Fall, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle größer oder gleich der Drehzahlschwelle ist. Alternativ oder zusätzlich ist es selbstverständlich möglich, die Drehzahl der Grundnockenwelle zu verwenden, welche entsprechend ebenfalls größer oder gleich einer weiteren Drehzahlschwelle sein muss. Erst unter den genannten Bedingungen soll die Positionsverifizierung vorgenommen werden.
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Schließlich kann vorgesehen sein, dass in jeder Zeiteinheit lediglich eine bestimmte Maximalanzahl an Positionsverifizierungen zugelassen wird. Um das Einhalten dieses Kriteriums sicherzustellen, ist beispielsweise ein Zähler vorgesehen, welcher bei jeder Positionsverifizierung inkrementiert wird, insbesondere um Eins. Ist der Zähler bei dem Einleiten einer weiteren Positionsverifizierung größer als die Maximalanzahl, so wird diese weitere Positionsverifizierung nicht zugelassen und entsprechend nicht durchgeführt beziehungsweise übersprungen. Beispielsweise wird nun nach Ablauf der Zeiteinheit der Zähler zurückgesetzt. Die Zeiteinheit bezeichnet einen Zeitraum mit einer bestimmten Zeitdauer. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass der Zähler bei jeder Positionsverifizierung inkrementiert wird, jedoch mit einem bestimmten zeitlichen Gradient dekrementiert wird. Als untere Schwelle für den Zähler wird dabei beispielsweise ein konstanter Wert, vorzugsweise Null, vorgegeben.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei der Ventiltrieb wenigstens eine Grundnockenwelle sowie zumindest einen auf der Grundnockenwelle drehfest und axial zwischen mindestens zwei Axialpositionen verlagerbar gelagerten Nockenträger aufweist, wobei vorgesehen ist, aus den Axialpositionen eine Sollposition auszuwählen und eine Stelleinrichtung zum Verlagern des Nockenträgers in die Sollposition anzusteuern, wobei der Nockenträger in der Sollposition mittels einer Rastvorrichtung arretiert ist. Dabei ist die Brennkraftmaschine dazu ausgebildet, in zumindest einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Stelleinrichtung bei gleichbleibender Sollposition wenigstens einmalig im Rahmen einer Positionsverifizierung derart anzusteuern, dass der Nockenträger aus der Sollposition heraus in eine andere der Axialpositionen und unmittelbar anschließend wieder in die Sollposition verlagert wird. Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise sowie einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine wurde bereits eingegangen. Die Brennkraftmaschine sowie das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
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Figur eine schematische Darstellung eines Bereichs eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine.
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Die Figur zeigt einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1, nämlich einen Bereich eines Ventiltriebs 2 der Brennkraftmaschine 1. Der Ventiltrieb 2 weist eine Grundnockenwelle 3 auf, welche um eine Drehachse 4 drehbar gelagert ist, beispielsweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1. Auf der Grundnockenwelle 3 sind zwei Nockenträger 5 und 6 angeordnet, welche vorzugsweise identisch aufgebaut sind. Entsprechend wird im Folgenden lediglich auf den Nockenträger 5 eingegangen.
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Der Nockenträger 5 ist mittels einer Stelleinrichtung 7 zwischen wenigstens zwei Axialpositionen in axialer Richtung bezüglich der Grundnockenwelle 3 verlagerbar. Das Verlagern wird dabei mithilfe eines Aktuators 8 bewirkt, welcher einen Mitnehmer 9 aufweist.
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Dieser Mitnehmer 9 ist mit einer Schaltkulisse 10, die dem Nockenträger 5 zugeordnet beziehungsweise mit ihm verbunden ist, in Wirkverbindung bringbar. Zu diesem Zweck weist die Schaltkulisse 10 beispielsweise eine Verschiebenut 11 auf, in welche der Mitnehmer 9 einbringbar ist. Dabei wird aus den verfügbaren Axialpositionen des Nockenträgers 5 eine Sollposition ausgewählt und die Stelleinrichtung 7 zum Verlagern des Nockenträgers 5 in diese angesteuert.
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Zum Arretieren des Nockenträgers 5 in der Sollposition ist eine Rastvorrichtung 12 vorgesehen, welche beispielsweise ein Rastelement 13, insbesondere eine Kugel, aufweist. Das Rastelement 13 ist vorzugsweise mithilfe eines Federelements 14 federkraftbeaufschlagt. Die Federkraft ist dabei derart gerichtet, dass das Rastelement 13 in radialer Richtung in Richtung von mehreren Rastaufnahmen 15 gedrängt wird. Bevorzugt ist jeder Axialposition des Nockenträgers 5 eine der Rastaufnahmen 15 zugeordnet. Bei dem Erreichen der der jeweiligen Rastaufnahme 15 zugeordneten Axialposition greift das Rastelement 13 in diese Rastaufnahme 15 ein. Entsprechend muss zum Verlagern des Nockenträgers 5 aus der momentan vorliegenden Axialposition heraus eine entsprechende Axialkraft auf den Nockenträger 5 bewirkt werden. Dies kann bei einer gewollten Verlagerung mithilfe der Stelleinrichtung 7 bewerkstelligt werden.
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Während eines Betriebs der Brennkraftmaschine 1 können derartige Axialkräfte jedoch auch durch andere Einflüsse auftreten. Diese bewirken unter Umständen ein schrittweises Herausverlagern des Nockenträgers 5 aus der Sollposition, beispielsweise durch ein Wandern des Rastelements 13 in der Rastaufnahme 15. Um in einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 ein Vorliegen des Nockenträgers 5 außerhalb seiner Sollposition zu verhindern, ist es daher vorgesehen, in wenigstens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 die Stelleinrichtung 7 im Rahmen einer Positionsverifizierung anzusteuern. Bei dieser Positionsverifizierung soll der Nockenträger 5 aus der Sollposition heraus in eine andere der Axialpositionen und unmittelbar anschließend wieder in die Sollposition verlagert werden. Dies erfolgt beispielsweise in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, in welchem diese nicht zur Erzeugung eines auf ein Antreiben eines Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments dient.
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Die beschriebene Vorgehensweise wird bevorzugt periodisch durchgeführt, insbesondere solange der bestimmte Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 vorliegt. Auf diese Art und Weise können nachteilige Effekte, welche durch das Herauswandern des Nockenträgers 5 aus der Sollposition auftreten können, effektiv vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Ventiltrieb
- 3
- Grundnockenwelle
- 4
- Drehachse
- 5
- Nockenträger
- 6
- Nockenträger
- 7
- Stelleinrichtung
- 8
- Aktuator
- 9
- Mitnehmer
- 10
- Schaltkulisse
- 11
- Verschiebenut
- 12
- Rastvorrichtung
- 13
- Rastelement
- 14
- Federelement
- 15
- Rastaufnahme
