EP3520125B1 - Elektromagnetisches stellsystem sowie betriebsverfahren - Google Patents

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EP3520125B1
EP3520125B1 EP17771685.9A EP17771685A EP3520125B1 EP 3520125 B1 EP3520125 B1 EP 3520125B1 EP 17771685 A EP17771685 A EP 17771685A EP 3520125 B1 EP3520125 B1 EP 3520125B1
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EP
European Patent Office
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positioning element
adjustment
coil
operating mode
coil means
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EP17771685.9A
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English (en)
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Jörg BÜRSSNER
Peter Vincon
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ETO Magnetic GmbH
Original Assignee
ETO Magnetic GmbH
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Publication date
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    • H01F2007/1692—Electromagnets or actuators with two coils

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuating system, in particular a valve train adjusting system for internal combustion engines, preferably in motor vehicles, according to the preamble of claim 1, comprising a bistable electromagnetic actuating device with a permanent magnet means that can be adjusted along an adjustment axis between a retracted position and an extended position, at least in sections, has permanent magnet means, in particular carrying, Actuating element for interaction with an actuating partner, in particular a cam follower, the permanent magnet means being adjustable by adjusting the adjusting element along the adjustment axis between a first and a second, axially spaced core area, and in the retracted position of the adjusting element with a permanent magnetic holding force on the first core area and in hold the push-out position of the actuating element with a permanent magnetic holding force on the second core area, in particular adhere, un d with a first and a second coil device which can be controlled via control means, and the control means are designed to control the first and the second coil device in such a way that in a first operating state
  • the first and the second core area preferably serve as axial stops for the adjusting element, which then rests against a core area in each case for the adjustment end positions.
  • the permanent magnet means are preferably enclosed between two axially spaced pole disks, which then rest directly on the respective core area in the end positions.
  • the pole disks in particular have a mechanical protective function when the actuating element strikes axially for the permanent magnet means, which are usually brittle.
  • the permanent magnet means are preferably magnetized in the axial direction.
  • Such electromagnetic actuating systems are used in particular for camshaft adjustment when the actuating element is not automatically adjusted back from the extension position to the retracted position after the camshaft has been adjusted by rotating the camshaft.
  • the adjusting element In cam adjustment systems of this type, the adjusting element must be actively adjusted back into the retraction position via the second coil device.
  • the adjusting movement of the actuating element is monitored by a Hall sensor assigned to the actuating element and arranged in an area between the coil devices.
  • the electromagnetic actuating device of which comprises only a single coil device with which the actuating element carrying the permanent magnet means can be accelerated in the direction of its extension position.
  • the reset takes place by applying mechanical force to the actuating element via the camshaft.
  • the CH 386 564 A discloses a device for reciprocating a body made of magnetic material between two stable end positions by electromagnetic means, the body forming part of an actuating element which protrudes from a housing at both ends of the device and at the same time or to that at both sides of the housing provided coils crosses or penetrates.
  • the DE 101 41 764 A1 teaches a device and a method for detecting the position of an object, in particular the armature of a valve, for example an inlet and outlet valve, fuel injection valve, gas exchange valve or the like, with at least two coils, preferably two magnetic coils, to which current can be applied, around the object Moving between the two coils is designed and developed in terms of a largely linear and interference-free detection of the position of the object with the simplest construction that the two coils - alternately - to move the object between the coils and to detect the position of the object serve.
  • the known actuating device is not suitable for use in actuating tasks in which there is no automatic reset of the actuating element, since the actuating element with its permanent magnet means then remains permanently magnetically stuck in the extension position.
  • the known positioning system cannot detect any malfunctions relating to the adjustment of the positioning element from the retracted position to the extended position.
  • Generic actuating systems are used in the context of motor vehicle valve trains of internal combustion engines for switching cam followers, such as toggle levers, for actuating gas exchange valves with different valve lifts and / or valve control times or for their temporary deactivation.
  • cam followers such as toggle levers
  • the invention is based on the object of an improved adjusting system, in particular for adjusting a cam follower as part of a valve train of a motor vehicle internal combustion engine, which comprises a bistable electromagnetic actuating device, the actuating element having permanent magnet means with two coil devices is actively electromagnetically adjustable in two mutually opposite axial directions and also through extended diagnostic and monitoring options with regard to proper Adjusting movement of the adjusting element is characterized.
  • the object is to specify a correspondingly improved operating method for such an electromagnetic control system. This object is achieved with the features of claim 1 with regard to the electromagnetic actuating system With regard to the method, the object is achieved with the features of claim 8.
  • the invention is based on the idea of controlling a generic electromagnetic actuating system or its bistable electromagnetic actuating device in such a way that in the first operating state (operating mode), in which the actuating element is moved from the retraction position to the extension position by energizing the first coil device the second coil device is used as a sensor coil.
  • these are assigned evaluation means with which an induction signal, in particular an electrical voltage signal, can be detected, which is generated by electromagnetic induction when the actuating element having permanent magnet means is adjusted axially along the adjustment axis from the retraction position to the extension position by energizing the first coil device.
  • the second coil device can fulfill the sensor coil function
  • the second coil device is connected in such a way that it is at least temporarily de-energized during the first operating state, in particular while the first coil device is energized. It is particularly preferred if this de-energized state persists over the entire duration of the first operating state, that is, from the beginning of the energization of the first coil device until the actuating element reaches the push-out position. During the non-energized time span of the second coil device in the first operating state, this is therefore not available for an electromagnetic force application of the actuating element to support its adjustment movement.
  • the previously described variant of the invention makes it possible for the first time in a generic actuating system to monitor whether and / or whether the actuating element has been moved from the pull-out position to the push-out position in good time within predetermined time limits.
  • an actuating system according to the invention described above, it is provided that, in particular, monitoring of the actuating process from the push-out position back to the pull-in position is implemented in the second operating state (operating mode) of the first coil device Sensor coil functionality is provided in that evaluation means are assigned to this in order to detect an induction signal, in particular an electromagnetic voltage signal, which is induced by the actuating element in the first coil device when the actuating element is removed from the by energizing the second coil device Extension position is accelerated or adjusted in the direction of the retraction position.
  • an induction signal in particular an electromagnetic voltage signal
  • the first coil device can fulfill its sensor coil functionality, it is provided according to the invention that it is de-energized by the control means at least temporarily during the second operating state, in particular while the second coil device is or is being energized. It is particularly preferred if the first coil device is de-energized for the entire duration of the second operating state, that is, from the beginning of the energization of the second coil device until the actuating element reaches the retraction position.
  • the magnetically conductive actuating element has permanent magnet means, at least in sections, which in turn are accommodated or arranged at least in sections, preferably completely, between the two core areas and are adjustable between the core areas.
  • the permanent magnet means are preferably disc-shaped and arranged on or on a tappet or tappet section of the actuating element, which can be constructed in one or more parts and, as will be explained later, in particular exclusively, axially penetrates the second core area with an engagement section, in particular an end section to interact with an actuator, in particular a camshaft follower, in particular to switch it in the context of a valve train of a motor vehicle internal combustion engine, for example to actuate at least one gas exchange valve with different valve lifts and / or different control times or to deactivate it temporarily.
  • the actuating system according to the invention and the method according to the invention make it possible to dispense with the additional Hall sensor, which is mandatory in generic actuating systems, for monitoring the actuating functionality.
  • the evaluation or acquisition of the induction signal is used for on-board diagnosis of engine control systems for monitoring the valve lift adjustment with a functional check.
  • the system according to the invention it is possible to detect whether a requested or controlled adjustment movement of the adjusting element was successful axially in the direction of the extension position and / or axially in the direction of the retraction position, i.e., for example, at all and / or in time.
  • the evaluation means and / or the control means know the actual or current position of the actuating element and can take this into account accordingly.
  • the evaluation means output a corresponding error signal in response to the absence of an induction signal and / or to a time-delayed induction signal, which characterizes an adjustment movement that has not occurred or that has been delayed and / or the evaluation means store a corresponding one Error information.
  • the evaluation means can be designed to output a corresponding acknowledgment signal in response to an induction signal received, in particular in a timely manner, and / or store corresponding acknowledgment information.
  • control means are designed to output a new control signal to the first or second coil device as a reaction to the absence of an induction signal in order to achieve the To adjust the adjusting element in the desired axial direction after the adjusting movement has not taken place or to control it again in this direction.
  • the actuating element is arranged axially penetrating the second core area with a tappet section.
  • a corresponding through opening, in particular through hole is preferably provided in the second core area.
  • the actuating element only axially penetrates the second core area, but not the first core area, which in this respect then preferably has no axial through-opening.
  • Such an adjusting device is characterized in that the adjusting element penetrates a housing of the adjusting device only at one end.
  • an actuating partner is assigned to the actuating element within the framework of the system, in particular a cam follower which is characterized in that it exerts no or at least insufficient mechanical restoring force to move the actuating element from the extension position to the retracted position. is exercisable.
  • the first coil device is dimensioned to be more powerful than the second coil device, in particular due to the provision of a larger number of windings, since in particular the adjustment movement is controlled by the The retraction position into the extension position is time-critical, while the return adjustment can take a longer period of time.
  • the evaluation means in particular both of the variant embodiments set out at the beginning, for detecting an induction signal for adjustment in both the one and the other axial device as well as the control means for the coil devices from a common logic unit, in particular an engine control are formed.
  • FIG. 1 This shows in the only one Fig. 1 a highly schematic representation of a preferred embodiment of an electromagnetic control system according to the invention.
  • FIG. 1 A preferred electromagnetic actuating system 1 designed according to the concept of the invention is shown in a highly schematic manner, in the present case a valve train adjustment system for internal combustion engines, in particular in motor vehicles, as an example.
  • the electromagnetic actuating system 1 comprises a bistable, electromagnetic actuating device 2 with an actuating element 3 which can be adjusted along an adjustment axis V between an illustrated retraction position E and an extension position A which is axially spaced therefrom.
  • the actuating element 3 comprises a magnetically conductive plunger section 4 which carries axially magnetized permanent magnet means 5, which are arranged axially between two magnetically conductive, here preferably metallic pole disks 6, 7.
  • the adjusting element 3 is with a The permanent magnetic holding force generated by the permanent magnet means 5 is held on a first core area 8.
  • the permanent magnet means 5 are located within an actuator housing 15 which conducts the magnetic flux and via which the two magnetic flux circuits, preferably alternately generated by the two coil devices 10, 11, are closed.
  • the actuating element 3 adheres in an analogous manner to a second core area 9, which is axially spaced from the first core area 8, via a permanent magnetic adhesive force of the permanent magnet means 5.
  • the core areas 8, 9 at the same time form axial stops for the adjusting element 3, in that the pole disks 6, 7 rest against the respective core area 8, 9 in the corresponding position.
  • the adjusting device 2 comprises a first coil device 10, which in the present case surrounds the first core region 8 radially on the outside.
  • the adjusting device 2 comprises a further axially spaced, second coil device 11 which surrounds the second core area 9.
  • Control means 12 are assigned to the two coil devices 10, 11, as well as evaluation means 13 to be explained later, with control means 12 and evaluation means 13 being formed by common logic means 14.
  • the control means 12 control the first coil device 10 with a control signal (electrical current supply), on the basis of which the first coil device 10 generates a magnetic field which counteracts the permanent magnetic field.
  • control signal generates the first coil device 10 a counterforce to the permanent magnetic holding or adhesive force of the permanent magnet means 5, whereby the Permanent magnet means 5 or the actuating element 3 are repelled from the first core area 8 in the direction of the extension position A, whereby the actuating element 3 moves into its extension position A and thus the plunger section 4 is moved axially further out of the actuator housing 15 in order to work with an actuating partner, not shown , in the present case, by way of example, to interact with a cam follower in a manner known per se.
  • the actuating element 3 penetrates a central through opening 16 in the second core area 9 - the first core area 8 is closed or has no through opening 16.
  • the control means 12 switch the second coil device 11, which is designed to be less powerful than the first coil device 10, currentless.
  • the second coil device 11 has the function of a sensor coil, in which an induction signal, in the present case an electrical voltage, is induced by the previously explained adjustment movement from the retraction position E to the extension position A.
  • an induction signal in the present case an electrical voltage
  • the control means 12 control the second coil device 11 with a control signal, which exerts a repulsive counterforce to the permanent magnetic holding force on the actuating element 3, causing it to move from the second core area 9 in Direction towards the first core area 8 is repelled.
  • the control means 12 de-energize the first coil device 10, which thereby has the functionality of a sensor coil and detects an induction signal that is generated by the axial adjustment movement of the actuating element 3 with its permanent magnet means 5 in the winding of the first coil device 10 in the form of an electrical voltage is induced.
  • This induction signal in the present case an electrical voltage signal, is detected by the evaluation means 13 and further processed, preferably together with the control means 12. In this way it is possible to monitor an adjustment movement of the adjusting element 3 from the extension position A back into the retraction position E.

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
  • Diese zeigt in der einzigen Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung einer bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Stellsystems.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Claims (9)

  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.
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