PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005012592A1 06.10.2005
Titel Leistungselektronikschaltung mit Spannungsregler für elektromechanischen Ventilstellantrieb einer Brennkraftmaschine
Anmelder Ford Global Technologies, LLC, Dearborn, Mich., US
Erfinder Degner, Michael, Novi, Mich., US;
Grabowski, John, Dearbon, Mich., US
Vertreter Rechts- und Patentanwälte Lorenz Seidler Gossel, 80538 München
DE-Anmeldedatum 18.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005012592
Offenlegungstag 06.10.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.10.2005
IPC-Hauptklasse F01L 9/04
Zusammenfassung Es wird ein Doppelspulen-Halbbrückenwandler, welcher für die Kopplung mit einem Doppelspulen-Stellantrieb eines Zylinderventils in einer Brennkraftmaschine ausgelegt ist, beschrieben. In einem Beispiel weist der Wandler einen ersten und zweiten Kondensator und eine Spannungsquelle auf, wobei der Wandler über Schalter betätigt wird, um die Spulen in dem Doppelspulen-Stellantrieb einzeln einzuschalten. Ferner wird ein Spannungsregler für das Wahren der Mittelpunktspannung während einer ungleichen Belastung verschiedener Stellantriebsspulen in dem Wandler gezeigt.

Beschreibung[de]
Gebiet

Das Gebiet der Offenbarung betrifft Leistungselektronik für elektromechanische Stellantriebe, welche mit Zylinderventilen einer Brennkraftmaschine gekoppelt sind, und insbesondere für einen Doppelspulen-Ventilstellantrieb.

Hintergrund und zusammenfassende Beschreibung

Bei mehrphasigen elektronischen Wandleranwendungen können eine Reihe von Brückentreiberschaltungen (Voll- oder Halbbrücke) unter gemeinschaftlicher Nutzung einer gemeinsamen Stromzufuhr 110 in Kaskade zusammengeschaltet werden. Ein Vollbrückenwandler 100 wird in 1 mit vier Stellantrieben (120) in Kaskade zusammengeschaltet gezeigt. Bei dieser Ausgestaltung wird jedes Lastelement (120) (Stellantrieb) durch Modulieren der Leitung der entsprechenden Leistungsbauelemente in einer der drei Spannungsbetriebsarten (positive Spannung, negative Spannung, Freilaufmodus) jeweils durch Betätigen der Schalter 112 und 118, 114 und 116, 112 und 116 bzw. 114 und 118 unabhängig gesteuert.

Bei Anwendungen, die keinen bidirektionalen Stromfluss erfordern, kann, wie in 2 gezeigt, auch eine äquivalente Halbbrückenkonfiguration verwendet werden. Ein Unterschied zwischen den beiden ist, dass bei der Halbbrückenschaltung 200 zwei der Hauptschalter (114 und 116) durch Leistungsdioden (122 bzw. 124) ersetzt sind. Dieser Ersatz erlaubt durch Verzicht auf die Hauptschalter sowie die zugehörige Gate-Treiberschaltung und Reglerkomplexität eine Kostensenkung.

Für das Steuern von Stellantrieben kann jede Art von Wandler verwendet werden und diese sind für die Mehrzahl von verwendbaren Leistungswandlern repräsentativ.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben jedoch einen Nachteil erkannt, wenn man versucht, diese Wandlerkonstruktionen zur Steuerung von elektromechanisch betätigten Ventilen eines Zylinders in einer Brennkraftmaschine zu verwenden. Bei einem Halbbrückenwandler zum Beispiel sind vier Leistungsbauelemente (2 Schalter und 2 Dioden) pro Elektromagnet erforderlich. Da elektrisch betätigte Ventile einer Brennkraftmaschine typischerweise zwei Stellantriebspulen pro Zylinder nutzen, würde ein typischer V-8-Motor mit 32 Ventilen 256 Bauelemente erfordern. Dies führt zu erheblichen Mehrkosten für eine Brennkraftmaschine mit elektromechanisch betätigten Ventilen, selbst wenn nicht alle Ventile elektrisch angetrieben werden. Weiterhin würden die obigen Wandlerstrategien nicht nur eine beträchtliche Anzahl an Bauelementen erfordern, sondern würden auch die Schaltverbindungs- und Kabelsatzkosten erhöhen, da pro Stellantriebspule zwei Drähte benötigt werden.

Zur Behebung der obigen Nachteile haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung einen Leistungswandler entwickelt, der eine geteilte Kondensatorstromversorgung in mehreren unterschiedlichen Formen nutzt. Durch Verwenden einer solchen Wandlertopologie zusammen mit einer geeigneten Positionierung von Rücklaufdioden und Schaltern ist es möglich, dass nur ein einziger Schalter zur Betätigung jeder Spule erforderlich wird (wenngleich bei Bedarf mehrere verwendet werden können).

Die obige Konfiguration kann aber abhängig von der Betätigung und Belastung der verschiedenen Stellantriebe zu unsymmetrischen Kondensatorspannungen führen. Dies kann zu einer uneinheitlichen Betätigung der Spulen und bei Verwendung zur Steuerung der Ventile eines Motors zum Beispiel zu Schwankungen einer Motorausgangsleistung oder eines Kraftstoff-/Luftverhältnisses führen.

Ein Vorgehen zur Steuerung einer Spannung einer Schaltung, welche für Ventile eines Motors verwendet wird, wird in EP 1 010 867 beschrieben. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben jedoch mehrere Nachteile dieses Vorgehens erkannt. Denn das Vorgehen von EP '867 nutzt zur Spannungsregelung eine separate Betätigung und Schalter, wodurch die Kosten des Leistungswandlersystems in die Höhe getrieben werden.

Die obigen Nachteile können durch ein System behoben werden, welches umfasst:

eine Schaltung für das gezielte Betätigen eines elektromechanischen Stellantriebs, welcher mit einem Ventil eines Motors gekoppelt ist, wobei die Schaltung mindestens ein Energiespeicherbauelement und mindestens einen Schalter aufweist, der den Stellantrieb gezielt einschaltet; und

ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem darin verschlüsselten Computerprogramm für das Regeln der in dem Energiespeicherbauelement gespeicherten Energie, wobei das Computerspeichermedium umfasst:

Code für das Regeln der Spannung an dem Energiespeicherbauelement durch Einstellen des Schalters während einer ersten Gruppe von Motorventilbetriebsbedingungen.

Auf diese Weise ist es möglich, ein System zu erhalten, das eine effiziente Betätigung der Zylinderventile zulässt, das selbst unter Bedingungen arbeiten kann, bei denen verschiedene Zylinderventile unterschiedlichen Lastbedingungen ausgesetzt sind, zum Beispiel ein Einlassventil und ein Auslassventil oder das Öffnen im Gegensatz zum Schließen eines einzelnen Ventils.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorteile gehen durch Lesen eines Beispiels einer Ausführung, welche hierin als Beschreibung von Beispielausführungen bezeichnet wird, und unter Bezug auf die Zeichnungen besser hervor. Hierbei zeigen:

1 einen elektronischen Vollbrückenwandler;

2 einen elektronischen Halbbrückenwandler;

3 ein Blockdiagramm eines Motors unter Veranschaulichung verschiedener Komponenten;

4a eine schematische, vertikale Querschnittansicht einer Vorrichtung für das Steuern der Ventilbetätigung, wobei sich das Ventil in der vollständig geschlossenen Stellung befindet;

4a eine schematische, vertikale Querschnittansicht einer Vorrichtung für das Steuern der Ventilbetätigung, wie in 3 gezeigt, wobei sich das Ventil in der vollständig offenen Stellung befindet;

5 eine alternative elektronische Ventilstellantrieb-Konfiguration;

6 eine Beispielausführung mit einem Doppelspulen-Halbbrückenwandler;

7 den Betriebsbereich des Doppelspulen-Halbbrückenwandlers von 6;

8 einen Doppelspulen-Halbbrückenwandler (verstärkte Versorgung)

9 einen Doppelspulen-Halbbrückenwandler (Version mit geteilter Versorgung)

10 eine Mittelpunktspannungsreglerschaltung (geteilte Versorgung);

11 ein Stromprofil eines beispielhaften EVA-Stellantriebs;

12 ein Flussdiagramm eines Spulenstromsteuerbefehlgenerators;

13 einen Stromregler mit Rückführungskorrektur (P-I) und Vorwärtsführungskorrektur (FF) (für 8 Spulen gezeigt); und

14 eine Mittelpunktspannungsreglerschaltung (verstärkte Versorgung);

Beschreibung von Beispielausführungen

Diese Offenbarung zeigt eine neue Form von Wandlertopologie auf, die einen vorteilhaften Betrieb bieten kann, vor allem bei Verwendung mit den Solenoid-Treibern der elektromagnetischen Ventilbetätigung (EVA) einer Brennkraftmaschine, die in den 35 gezeigt werden. Diese verbesserte Topologie kann bei Beibehalten der erwünschten Funktionalität zu niedrigeren Kosten und geringeren Anforderungen an die Komponenten führen.

Unter Bezug auf 3 wird eine Brennkraftmaschine 10 gezeigt. Die Brennkraftmaschine 10 ist eine Brennkraftmaschine eines Personenkraftwagens oder Lastkraftwagens, die von Fahrern auf der Straße gefahren werden. Die Brennkraftmaschine 10 kann über eine Kurbelwelle 13 mit einem Drehmomentwandler gekoppelt werden. Der Drehmomentwandler kann ferner über eine Turbinenwelle mit einem Getriebe verbunden werden. Der Drehmomentwandler weist eine Bypass-Kupplung auf, welche eingerückt, ausgerückt oder teilweise eingerückt werden kann. Wenn die Kupplung entweder ausgerückt oder teilweise eingerückt ist, sagt man, dass sich der Drehmomentwandler in einem nicht gesperrten Zustand befindet. Die Turbinenwelle ist auch als Getriebeeingangswelle bekannt. Das Getriebe umfasst ein elektronisch gesteuertes Getriebe mit mehreren wählbaren einzelnen Übersetzungsstufen. Das Getriebe umfasst auch verschiedene andere Gänge wie z.B. eine Achsantriebsübersetzung. Das Getriebe kann auch über eine Achse mit Reifen verbunden sein. Die Reifen stellen die Verbindung zwischen Fahrzeug und Straße her.

Die mehrere Zylinder umfassende Brennkraftmaschine 10, wovon ein Zylinder in 3 gezeigt wird, wird durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst einen Brennraum 30 und Zylinderwände 32 mit einem darin angeordneten und mit einer Kurbelwelle 13 verbundenen Kolben 36. Der Brennraum 30 steht mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 jeweils über ein Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 in Verbindung. Ein Abgassauerstoffsensor 16 ist mit dem Abgaskrümmer 48 der Brennkraftmaschine 10 stromaufwärts eines Katalysators 20 verbunden. In einem Beispiel ist der Katalysator 20 ein Dreiwegekatalysator für das Konvertieren von Emissionen während eines in etwa stöchiometrischen Betriebs.

Wie nachstehend eingehender bezüglich der 4a und 4b beschrieben wird, werden zumindest eines und möglicherweise beide der Ventile 52 und 54 über eine Vorrichtung 210 elektronisch gesteuert.

Der Ansaugkrümmer 44 steht mit einem Drosselklappengehäuse 64 mittels einer Drosselklappe 66 in Verbindung. Die Drosselklappe 66 wird durch einen Elektromotor 67 gesteuert, welcher ein Signal von einem ETC-Antriebselement 69 (ETC = electronic throttle control = elektronische Drosselklappensteuerung) erhält. Das ETC-Antriebselement 69 empfängt ein Steuersignal (DC) von dem Steuergerät 12. In einer alternativen Ausführung wird keine Drosselklappe verwendet und der Luftdurchsatz wird allein unter Verwendung der Ventile 52 und 54 gesteuert. Wenn weiterhin eine Drosselklappe 66 enthalten ist, kann sie zur Reduzierung des Luftdurchsatzes verwendet werden, wenn die Ventile 52 oder 54 Verschleiß zeigen, oder um Vakuum zu erzeugen, um rückgeführtes Abgas (AGR) oder Kraftstoffdämpfe von einem Kraftstoffdampfspeichersystem mit einem die Menge der Kraftstoffdämpfe steuernden Ventil anzusaugen.

Der Ansaugkrümmer 44 wird ferner mit einem daran gekoppelten Einspritzventil 68 für das Zuführen von Kraftstoff im Verhältnis zur Impulsbreite des Signals (fpw) von dem Steuergerät 12 gezeigt. Der Kraftstoff wird dem Einspritzventil 68 durch eine (nicht dargestellte) herkömmliche Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einem (nicht dargestellten) Verteilerrohr zugeführt. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst ferner eine herkömmliche verteilerlose Zündanlage 88, um dem Brennraum 30 über die Zündkerze 92 als Reaktion auf das Steuergerät 12 einen Zündfunken zu liefern. In der in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführung ist das Steuergerät 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer, welcher umfasst: eine Mikroprozessoreinheit 102, Input/Output-Ports 104, einen elektronischen Speicherchip 106, welcher in diesem speziellen Beispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher ist, einen Schreib-Lese-Speicher 108 und einen herkömmlichen Datenbus.

Das Steuergerät 12 empfängt neben den bereits erwähnten Signalen verschiedene Signale von mit der Brennkraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren, darunter: Messungen der angesaugten Luftmasse (MAF) eines mit dem Drosselklappengehäuse 64 gekoppelten Luftmassensensors 100; Kühlmitteltemperatur (ECT) eines mit einem Kühlmantel 114 verbundenen Temperatursensors 112; eine Messung des Krümmerdrucks durch einen Ansaugunterdruckfühler 129, eine Messung der Drosselklappenstellung (TP) durch einen mit der Drosselklappe 66 gekoppelten Drosselklappenschalter 117; eine Messung des Getriebewellendrehmoments oder des Motorwellendrehmoments durch einen Drehmomentsensor 121, eine Messung der Turbinendrehzahl (Wt) durch einen Turbinendrehzahlsensor 119, wobei die Turbinendrehzahl die Drehzahl der Turbinenwelle 17 misst, und ein Zündungsimpulsgebersignal (PIP) durch einen mit einer Kurbelwelle 13 gekoppelten Hallgeber 118, welches eine Motordrehzahl (N) angibt. Alternativ kann die Turbinendrehzahl aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Übersetzung ermittelt werden.

Weiter mit 1 wird ein Gaspedal 130 gezeigt, welches mit dem Fuß 132 des Fahrers in Verbindung steht. Die Gaspedalstellung (PP) wird durch einen Pedalstellungssensor 134 gemessen und an das Steuergerät 12 geleitet.

In einer alternativen Ausführung, in welcher keine elektronisch gesteuerte Drosselklappe verwendet wird, kann ein (nicht dargestelltes) Umleitventil eingebaut werden, um eine gesteuerte Luftmenge an der Drosselklappe 62 vorbei zu leiten. In dieser alternativen Ausführung empfängt das (nicht dargestellte) Umleitventil ein (nicht dargestelltes) Steuersignal von dem Steuergerät 12.

In einer noch weiteren alternativen Ausführung kann das Einlassventil 52 über einen Stellantrieb 210 gesteuert werden und das Auslassventil 54 kann über eine obenliegende Nocke oder eine durch eine Stößelstange betätigte Nocke gesteuert werden. Weiterhin kann der Auslassnocken einen hydraulischen Stellantrieb aufweisen, um die Nockenwellenverstellung zu variieren, was als variable Nockenwellenverstellung bekannt ist.

In einer noch weiteren alternativen Ausführung werden nur einige der Einlassventile elektrisch betätigt und die anderen Einlassventile (und Auslassventile) werden nockenbetätigt.

Zu beachten ist, dass das obige Vorgehen nicht auf einen Doppelspulen-Stellantrieb beschränkt ist, sondern vielmehr mit anderen Arten von Stellantrieben verwendet werden kann. Zum Beispiel können die Stellantriebe der 4 oder 6 Einfachspulen-Stellantriebe sein. In jedem Fall macht sich das Vorgehen auf synergistische Weise die große Anzahl an Stellantrieben (in diesem Beispiel Motorventile) zu Nutze, um die Anzahl an Leistungsbauelementen und die Größe des Kabelbaums zu reduzieren. Somit verbessert der Doppelspulen-Stellantrieb diese Synergie, doch würde ein Einfachspulen-Stellantrieb ein ähnliches Potenzial haben.

Unter Bezug nun auf die 4a und 4b wird eine Vorrichtung 210 für das Steuern der Bewegung eines Ventils 212 in einer nockenlosen Brennkraftmaschine 10 zwischen einer vollständig geschlossenen Stellung (wie in 4a gezeigt) und einer vollständig offenen Stellung (wie in 4b gezeigt) gezeigt. Die Vorrichtung 210 umfasst einen elektromagnetischen Ventilstellantrieb (EVA) 214 mit oberen und unteren Spulen 216, 218, welche einen Anker 220 gegen die Kraft der oberen und unteren Federn 222, 224 für eine steuernde Bewegung des Ventils 212 elektromagnetisch antreiben.

Schalterartige Stellungssensoren 228, 230 und 232 werden so vorgesehen und eingebaut, dass sie schalten, wenn der Anker 220 die Sensorposition überquert. Es wird angenommen, dass schalterartige Stellungssensoren basierend auf optischer Technologie (z.B. LEDs und Photoelemente) mühelos hergestellt werden können und kombiniert mit einer geeigneten asynchronen Schaltung ein Signal mit ansteigender Flanke erzeugen, wenn der Anker die Sensorposition überquert. Weiterhin wird angenommen, dass diese Sensoren verglichen mit kontinuierlichen Stellungssensoren zu Kostensenkungen führen und zuverlässig sind.

Das Steuergerät 234 (welches in das Steuergerät 12 integriert werden kann oder als separates Steuergerät dienen kann) ist operativ mit den Stellungssensoren 228, 230 und 232 sowie mit den oberen und unteren Spulen 216, 218 verbunden, um die Betätigung und das Anlegen des Ventils 212 zu steuern.

Der erste Stellungssensor 228 ist um die Mittenposition zwischen den Spulen 216, 218 angeordnet, der zweite Sensor 230 ist nahe der unteren Spule 218 angeordnet und der dritte Sensor 232 ist nahe der oberen Spule 216 angeordnet.

Wie vorstehend beschrieben weist die Brennkraftmaschine 10 in einem Beispiel einen elektromechanischen Ventilstellantrieb (EVA) mit dem Potenzial zur Maximierung des Drehmoments über einem breiten Bereich von Motordrehzahlen und zur erheblichen Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit auf. Die größeren Vorteile bei der Kraftstoffwirtschaftlichkeit werden durch Verzicht auf die Drosselklappe und die damit verbundenen Pumpverluste (bzw. Betrieb mit im Wesentlichen offener Drosselklappe) und durch Steuern des Motorbetriebsmodus und/oder Hubraums durch die direkte Steuerung von Ventilsteuerzeiten, -dauer und/oder -hub fallweise verwirklicht.

In einem Beispiel umfasst das Steuergerät 234 einen der nachstehend beschriebenen beispielhaften Leistungswandler.

Zwar kann das obige Verfahren zur Steuerung der Ventilstellung verwendet werden, doch kann auch ein anderes Vorgehen eingesetzt werden, welches Positionssensorrückmeldungen für eine möglicherweise präzisere Steuerung der Ventilstellung umfasst. Dies kann zur Verbesserung der gesamten Stellungssteuerung sowie des Ventilanliegens eingesetzt werden, um möglicherweise Geräuschentwicklung und Vibration zu reduzieren.

5 zeigt eine alternative Ausführung eines Doppelspulen-Stellantriebs der oszillierenden Masse mit einem durch ein Paar gegenüberliegender Elektromagnete (Solenoide) betätigten Motorventil, welche so ausgelegt sind, dass sie die Kraft eines Paars gegenüberliegender Ventilfedern 242 und 244 überwinden, welche anders als der Stellantrieb der 4A und 4B angeordnet sind (andere Komponenten ähneln denen der 4A und 4B, wobei 5 den Kanal 510 zeigt, welcher ein Einlass- oder Auslasskanal sein kann). Das Anlegen einer variablen Spannung an der Spule des Elektromagneten lässt Strom fließen, welcher die von jedem Elektromagneten erzeugte Kraft steuert. Aufgrund der gezeigten Ausgestaltung kann jeder Elektromagnet, der einen Stellantrieb ausbildet, unabhängig von der Polarität des Stroms in seiner Spule nur in einer Richtung Kraft erzeugen. Daher können durch Verwenden eines umschaltbaren Leistungselektronikumwandlers eine leistungsstarke Steuerung und effiziente Erzeugung der erforderlichen variablen Spannung verwirklicht werden.

Wie vorstehend gezeigt, bleiben die elektromechanisch betätigten Ventile in der Brennkraftmaschine in der halb offenen Stellung, wenn die Stellantriebe abgeschaltet werden. Daher durchläuft jedes Ventil vor dem Motorverbrennungsvorgang einen Initialisierungszyklus. Während des Initialisierungszeitraums werden die Stellantriebe in vorbestimmter Weise mit Strom gepulst, um die Ventile in der vollständig geschlossenen oder vollständig offenen Stellung einzustellen. Im Anschluss an diese Initialisierung werden die Ventile nacheinander entsprechend der erwünschten Ventilsteuerzeiten (und Zündfolge) durch das Paar Elektromagneten betätigt, wovon einer für das Aufziehen des Ventils (der untere) und der andere für das Zuziehen, des Ventils (der obere) dient.

Die Magneteigenschaften jedes Elektromagneten sind solcher Art, dass nur ein einziger Elektromagnet (der obere oder der untere) zu einem Zeitpunkt eingeschaltet werden muss. Da die oberen Elektromagnete die Ventile über den größten Teil jedes Motorzyklus hinweg geschlossen halten, werden sie prozentual zeitlich viel länger betrieben als die unteren Elektromagneten.

Wie vorstehend erläutert, ist eine Leistungswandlertopologie, die zur Erzeugung der Spannung für diese Anwendung eingesetzt werden könnte, ein Halbbrückenwandler. Ein Nachteil des Halbbrückenwandlers ist jedoch, dass vier Leistungsbauelemente (2 Schalter und 2 Dioden) pro Elektromagnet erforderlich sind. Bei einem typischen V-8-Motor mit 32 Ventilen, welcher 256 Bauelemente erfordert, bietet eine alternative Topologie, die eine Reduzierung der Anzahl an Bauelemente an die Hand geben könnte, eine große Verbesserung in Bezug auf Kosten, Komplexität und Baugruppenplatzbedarf.

Die 4a, 4b und 5 zeigen zwar die Ventile dauerhaft an den Stellantrieben angebracht, doch in der Praxis kann ein Spalt zur Berücksichtigung von Spiel und thermischer Expansion des Ventils vorhanden sein.

Unter Bezug nun auf 6 zeigt ein Diagramm eine Ausführung einer Doppelspulen-Halbbrückenwandlerkonstruktion, welche gegenüber dem Halbbrückenwandler halb so viele Leistungsbauelemente und Gate-Treiberschaltungen benötigt, während sie eine präzise Ventilsteuerfähigkeit bietet. Diese Konfiguration kann daher zu erheblichen Kostenersparnissen bei dem Ventilsteuergerät (VCU) des EVA-Systems führen. Ferner halbiert dieser beispielhafte Wandler gegenüber einem Halbbrückenwandler auch die Anzahl an Stromdrähten zwischen dem VCU und den Stellantrieben, was Kosten und Gewicht von Kabelbaum/Konnektoren erheblich senken kann.

Zu beachten ist, dass die Beispiele dieser Anmeldung zwar einen Doppelspulen-Stellantrieb verwenden, doch die Wandlertopologie nicht auf Doppelspulen-Stellantriebe beschränkt ist. Sie kann vielmehr mit jedem System verwendet werden, das mehrere Stellantriebspulen benutzt. Somit sollte beachtet werden, dass benachbarte Paare von Wandlerschaltern nicht unbedingt darauf beschränkt sind, mit den Spulen eines einzelnen Stellantriebs gepaart zu werden (d.h. jede Spule eines bestimmten Stellantriebs kann durch Schalter von unterschiedlichen Schenkeln des Wandlers angetrieben werden).

In dem obigen Beispiel wird eine geteilte Stromversorgung, welche eine Rückleitung für die Stellantriebspulenströme bietet, verwendet. In einem Beispiel könnte die geteilte Versorgung durch Verwenden eines Paars Batterien verwirklicht werden. Dies kann aber unnötigerweise die Kosten und das Gewicht des Fahrzeugs erhöhen. Daher kann in einem anderen Beispiel eine geteilte Kondensatorbank verwendet werden, um eine einzelne Batterie in eine duale Spannungsquelle umzuwandeln, wie in 6 gezeigt wird.

Zu beachten ist, dass ein Kondensator ein Beispiel eines Energiespeicherbauelements ist und dass verschiedene Arten von Bauelementen als Kondensator oder Energiespeicherbauelement verwendet werden können. Zu beachten ist ferner, dass eine Diode ein Beispiel eines gleichgerichteten Strombauelements ist, welches Strom im Wesentlichen nur in eine Richtung fließen lässt. Es könnten auch verschiedene andere Bauelemente eingesetzt werden, um eine Diodenfunktion zu ermöglichen.

Bei der beispielhaften Doppelspulen-Halbbrückenkonstruktion ist jede Stellantriebspule mit der geteilten Spannungsversorgung durch ein als Gleichspannungswandler bezeichenbares Element verbunden. Diejenigen, die mit Hilfe eines High-Side-Schalters verbunden sind, bilden einen Zuschaltungs-Gleichspannungswandler von der Versorgungsspannung zur geteilten Spannung (Mittelpunktspannung), und diejenigen, die mit Hilfe eines Low-Side-Schalters verbunden sind, bilden einen Gegenschaltungs-Gleichspannungswandler von der geteilten Spannung zur Versorgungsspannung.

Die Spulen werden über ihre jeweiligen Schalter betätigt, und die Kondensatoren wechseln während des Spulenbetriebs zwischen Laden und Entladen.

Unter Bezug nun eigens auf 6 wird eine beispielhafte Wandlerschaltung 600 mit einer Stromversorgung (wie z.B. die Fahrzeugbatterie) 610 und vier Stellantriebspulen (612, 614, 616 und 618) gezeigt. Es könnte aber jede Art von Stromquelle eingesetzt werden. In einer alternativen Ausführung könnte auch die einzelne Spannungsquelle durch eine duale Spannungsquelle ersetzt werden (d.h. zwei Spannungsquellen, jede parallel entlang jedes der beiden geteilten Kondensatoren).

In einer Ausführung stellen die Stellantriebe 612 und 614 die beiden Spulen eines Einlassventils in einem Zylinder der Brennkraftmaschine dar und die Stellantriebe 616 und 618 stellen ein Auslassventil des gleichen Zylinders der Brennkraftmaschine dar. In einer anderen Ausführung stellen die Stellantriebe 612 und 614 die beiden Spulen eines Einlassventils in einem Zylinder der Brennkraftmaschine dar und die Stellantriebe 616 und 618 stellen ein Einlassventil eines anderen (unterschiedlichen) Zylinders der Brennkraftmaschine dar. Weiterhin stellen in einer anderen Ausführung die Stellantriebe 612 und 614 die beiden Spulen eines Auslassventils in einem Zylinder der Brennkraftmaschine dar und die Stellantriebe 616 und 618 stellen ein Auslassventil eines anderen (unterschiedlichen) Zylinders der Brennkraftmaschine dar. Wie nachstehend gezeigt und erläutert wird, kann eine bestimmte Konfiguration ein synergistisches Ergebnis in Bezug auf das Wahren einer Symmetrie der Ladung in den Kondensatoren bieten.

Weiter mit 6 werden vier Schalter gezeigt (620, 622, 624 und 626), wobei jeder Schalter einem Stellantrieb Strom liefert (620 schaltet z.B. 612 ein/aus; 622 schaltet 614 ein/aus; 624 schaltet 616 ein/aus; 626 schaltet 618 ein/aus). Es werden zwei Kondensatoren gezeigt (630 und 632 werden zusammen mit zwei Dioden (634 und 636) für die Stellantriebe 612 und 614 gezeigt). Die Dioden liefern bei Deaktivieren eines Ventils aufgrund der hohen Induktivität der Stellantriebspulen Rücklaufstrom (oder Freilaufstrom). Weiterhin werden zwei Dioden 640 und 642 für die Stellantriebe 616 und 618 gezeigt. Optional können zwei weitere Kondensatoren 637 und 638 verwendet werden, bei denen zum Beispiel die Werte von 630 und 637 ebenso wie die Werte von 632 und 638 gleich sind. In einem Beispiel weisen die Kondensatoren 630 und 632 im Wesentlichen die gleiche Kapazität auf, es können bei Bedarf aber auch unterschiedliche Kapazitäten eingesetzt werden. Dies ist ein Beispiel einer geteilten Kondensatorspannungsquelle (SCVS). In einem Beispiel sind die Kondensatoren 630 und 637 der gleiche physikalische Kondensator und die Kondensatoren 632 und 638 sind der gleiche physikalische Kondensator.

Eine alternative Anordnung würde die vier Stellantriebspulen als die oberen und unteren Spulen für zwei Einlass- oder zwei Auslassstellantriebe am gleichen Zylinder nutzen. In diesem Fall wären die Spulen 612 und 614 die zwei oberen Spulen der zwei Stellantriebe und 616 und 618 wären die zwei unteren Spulen (oder umgekehrt). Ein solches Beispiel wird nachstehend eingehender unter Bezug auf die Tabellen 1 und 2 beschrieben.

Ein beispielhafter Betrieb des Wandlers von 6 wird nun für verschiedene Schalterbetätigungssituationen beschrieben. Diese Beschreibung betrifft nur die Betätigung der Spulen 612 und 614, kann aber problemlos auf jede Spule des Wandlers ausgedehnt werden. Unter der Annahme, dass alle Schalter offen sind, und unter der Annahme einer 12-Volt-Stromquelle 610 liegen anfangs an jedem Kondensator 630 und 632 6 Volt an und die Diode 636 sperrt den Stromfluss. Wenn eine Zunahme des Stromflusses in Spule 612 erwünscht ist, wird der Schalter 620 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird über der Spule 612 von dem 12-Volt-Potenzial (obere Schaltungsleitung) durch den Schalter 620 eine positive Spannung angelegt, was den Strompegel in Spule 612 steigen lässt. Nach einiger Zeit sinkt die Ladung am Kondensator 630 und die Ladung am Kondensator 632 ist gestiegen, was zu einer erhöhten Spannung über dem Kondensator 632 führt (da das Paar Kondensatoren so bemessen ist, dass sie genügend Kapazität aufweisen, um normalen Ausschlägen des Stellantriebstroms mit nur geringfügigen Änderungen ihrer Klemmenspannung zu widerstehen). Wenn dann eine Abnahme des Stromwerts in Spule 612 erwünscht ist, wird der Schalter 620 geöffnet. Der durch die Spule 612 fließende Strom zwingt die Diode 634 zu leiten (einzuschalten), was an der Spule 612 eine negative Spannung anlegt, was den Strompegel in der Spule 612 sinken lässt. Ist eine weitere Stromzunahme erwünscht, wird der Prozess wiederholt.

Der Betrieb der Spule 614 läuft gleichzeitig mit dem oben für die Spule 612 beschriebenen Betrieb ab, und zwar wie folgt. Wenn eine Abnahme des in der Spule 614 fließenden Stroms erwünscht ist, wird der Schalter 622 geschlossen (positiver Stromfluss, welcher vom Verbindungspunkt der Spule 614 mit dem Schalter 622 in den Verbindungspunkt der Spule 614 mit den Kondensatoren 630 und 632 fließend definiert ist). Zu diesem Zeitpunkt wird über der Spule 614 durch den Schalter 622 eine negative Spannung angelegt, was den Strompegel in Spule 614 sinken lässt. Nach einiger Zeit nimmt die Ladung am Kondensator 630 zu und die Ladung am Kondensator 632 sinkt, was zu einer gesunkenen Spannung über dem Kondensator 632 führt (da das Paar Kondensatoren so bemessen ist, dass sie genügend Kapazität aufweisen, um normalen Ausschlägen des Stellantriebstroms mit nur geringfügigen Änderungen ihrer Klemmenspannung zu widerstehen). Wenn dann eine Zunahme des Strompegels in Spule 614 erwünscht ist, wird der Schalter 622 geöffnet. Der durch die Spule 614 fließende Strom zwingt die Diode 636 zu leiten (einzuschalten), was an der Spule 614 eine positive Spannung anlegt, was den Strompegel in der Spule 614 steigen lässt. Ist eine weitere Stromabnahme erwünscht, wird der Prozess wiederholt.

Der Betrieb der Schaltung für die Spulen 616 und 618 sowie für weitere Spulen in dem System folgt einem ähnlichen Ablauf wie er oben für die Spulen 612 und 614 beschrieben wird. Es sollte auch beachtet werden, dass die oben beschriebenen Vorgänge das Gleichgewicht von 6 Volt über den Kondensatoren 630 und 632 abwechselnd anheben und senken, im Schnitt dient dieser wechselnde Vorgang zum Ausgleich der Spannungen an den beiden Kondensatoren.

Der beispielhafte Wandler von 6 kann einen Strom-Spannungs-Betriebsbereich wie in 7 gezeigt bieten, wodurch er im Wesentlichen die gleiche Funktionalität wie ein Halbbrückenwandler (z. B. wie in 2) bietet, während Kosten und Komplexität gesenkt werden.

Zu beachten ist, dass in 6 zwar nur vier Stellantriebspulen gezeigt werden, weitere Stufen aber erzeugt und kaskadiert werden können, so dass alle Ventilstellantriebe jeweils mit einem einzelnen Betätigungsschalter enthalten sind.

Die Anordnung der geteilten Kondensatorspannungsquelle kann jedoch aufgrund des auf die verschiedenen Spulen angelegten ungleichen Stroms (z.B. Öffnen gegenüber Schließen, Einlass gegenüber Auslass oder Kombinationen davon zum Beispiel) zum Speichern unterschiedlicher Ladungen in den Kondensatoren führen. Die Symmetrie der Ladung kann mit anderen Worten durch die Konfiguration dieser Spulen in dem Doppelspulen-Halbbrückenwandler beeinträchtigt werden und daher kann die Konfiguration verschiedene Arten von Ergebnissen mit sich bringen. Daher wird in einem Beispiel die Systemkonfiguration so gewählt, dass die Symmetrie der Ladung an jedem Kondensator gewahrt wird. Dieses System muss sich aber mit der hohen Anzahl an Spulen in der Brennkraftmaschine und dem breiten Bereich an Strom, den jede leitet, abfinden.

Ein Verfahren zur Verbindung der Spulen, das zur vorteilhaften Beibehaltung der erforderlichen Symmetrie beiträgt, besteht darin, eine gleiche Anzahl ähnlicher Lasten (d.h. obere/untere Spulen, Auslass-/Einlassventile) in der Zuschaltungs-Gleichspannungswandlerkonfiguration oder der Gegenschaltungs-Gleichspannungswandlerkonfiguration zu verbinden. Wenn die Gesamtlast durch die über den Zuschaltungswandler verbundenen Spulen der durch den Gegenschaltungswandler verbundenen Spulen entspricht, kann es zu einer natürlichen Symmetrie der geteilten Spannungsversorgung kommen. Eine beispielhafte Anordnung der Spulen, welche diesem Konzept folgt, wird in Tabelle 1 für einen V8-Motor mit 2 Ventilen pro Zylinder gezeigt.

Tabelle 1 zeigt, dass die Ladungssymmetrie gehalten wird, wenn die Spulen wie oben beschrieben konfiguriert werden (z.B. mit 8 Stufen, wobei jede Stufe 4 Spulen aufweist, wie in 6 für einen V-8-Motor mit 2 elektrischen Ventilen pro Zylinder gezeigt wird). Kondensator C1 ist der obere Kondensator (z.B. 630) und C2 ist der untere Kondensator (z.B. 632), welche die geteilte Kondensatorspannungsquelle bilden. In der Tabelle sind die Stellantriebspulen durch die zwei verschiedenen Schattierungen (Schattierung und keine Schattierung) gekennzeichnet, welche angeben, wie sie mit der geteilten Spannungsversorgung verbunden sind (durch einen (schattierten) High-Side-Schalter (z.B. 620) oder einen Low-Side-Schalter (z.B. 622)).

Für Veranschaulichungszwecke wird angenommen, dass die Einlass-Stellantriebe 1,0 Ladungseinheiten erfordern, während die Auslässe 1,5 Ladungseinheiten benötigen, da die Auslässe durch Öffnen gegen Zylinderdruck mehr Arbeit leisten. Bei Zylinder Nr. 1 wird zum Beispiel die untere Einlassspule bei 0,25 des Zyklus und die obere Spule bei 0,75 betrieben, was insgesamt für den gesamten Zyklus 1,0 Einheiten ergibt. Bei dem Auslassventil wird der unteren Spule 0,375 zugewiesen und der oberen Spule 1,125, wodurch die gesamte Ablassladung bei 1,5 Einheiten liegt.

Tabelle 1: Beispiel eines Ladungsausgleichs einer Stellantriebspule (8 Zylinder/2 Ventile pro Zylinder).

Wie aus diesem Beispiel hervorgeht, kann die Ladungssymmetrie für die gesamte Brennkraftmaschine sowie für Zylinderpaare verwirklicht werden. Im Einzelnen ermöglicht das Halten einer Ladungssymmetrie bei nicht der ganzen Brennkraftmaschine den Symmetrieladungsbetriebs für einen Modus eines Motor mit variablem Hubraum (VDE). Somit betreibt die Brennkraftmaschine in einem Beispiel unter ausgewählten Motorbetriebsbedingungen (z.B. niedriger Last oder niedriger Drehmomentanforderung) einige Zylinder (z.B. die Hälfte) ohne Kraftstoffeinspritzung, wodurch diese Zylinder (und möglicherweise die Ventile für diese Zylinder) während eines Zyklus des Zylinders oder der Brennkraftmaschine deaktiviert werden. Dies bietet eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Reduzieren der Pumparbeit, aber Beibehalten zum Beispiel eines in etwa stöchiometrischen Abgas-Kraftstoff/Luftverhältnisses.

In einem anderen Beispiel kann ein V-8-Motor mit 4 Ventilen verwendet werden. Diese Konfiguration bietet sogar noch mehr Möglichkeiten für das Konfigurieren der Verbindung der Stellantriebspulen. In Tabelle 2 wird ein beispielhaftes Vorgehen unter Befolgung der oben beschriebenen Methodologie gezeigt. Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, kann die Ladungssymmetrie nicht nur für die gesamte Brennkraftmaschine, sondern auch auf der Basis einzelner Zylinder verwirklicht werden.

Tabelle 2: Beispiel eines Ladungsausgleichs einer Stellantriebspule (8 Zylinder/4 Ventile pro Zylinder).

Unter gewissen Betriebsbedingungen werden in einem Motor mit vier Ventilen pro Zylinder alle Ventile in jedem Motorzyklus betätigt. Unter manchen Betriebsbedingungen eines Motors mit vier Ventilen pro Zylinder (zum Beispiel niedrigere Luftdurchsatzbedingungen) können ein Einlassventil oder ein Auslassventil oder Kombinationen bzw. Unterkombinationen hiervor deaktiviert werden. Weiterhin können in einem anderen Beispiel zwei Einlassventile und zwei Auslassventile bei abwechselnden Motorzyklen betätigt werden. Selbst in dem weiteren Beispielfall eines Dreiventil-Motors können die Einlassventile abgewechselt werden (jeden Zyklus oder während ausgewählter Modi teilweise aktiviert werden), um den Motorbetrieb bei leicht geöffneter Drosselklappe zu verbessern und Energie zu sparen.

Die Erfinder dieser Anmeldung haben jedoch erkannt, dass diese verschiedenen alternativen Betriebsmodi die Ladungssymmetrie beeinträchtigen können. Somit kann es durch richtige Auswahl der an jedem Zylinder zu betätigenden Ventile und der geschlossen zu haltenden Ventile möglich sein, im Wandler eine verbesserte Ladungssymmetrie zu erzielen. Weiterhin kann eine geeignete Auswahl für jeden Zyklus auch zur Wahrung der Symmetrie der geteilten Spannungsversorgung beitragen. Analog kann während des VDE-Betriebs die Ladungssymmetrie durch die Entscheidung, die Zylinder in natürlichen ladungsteilenden Paaren zu deaktivieren, gewahrt werden. Ferner kann durch geeignete Wahl der Verbindung der Spulen im Wandler eine verbesserte Ladungssymmetrie verwirklicht werden. Somit kann neben der Auswahl, welches Ventil betätigt wird, die Spulenverbindung im Wandler zur Verbesserung der Symmetrie genutzt werden. Zum Beispiel beschränkt das Erhalten der Ladungssymmetrie durch Auswahl des zu betätigenden Ventils die verfügbaren Betriebsmodi, wohingegen das Verbinden der Spulen in bevorzugter Weise die verfügbaren Betriebsmodi ausweitet.

Das oben beschriebene Konzept für das Konfigurieren der Stellantriebspulen für die geteilte Spannungsversorgung kann auch auf andere Motorkonfigurationen (14, V6, etc.) und auf unterschiedlich viele Einlass- und Auslassventile angewendet werden. Ferner sind die beiden oben gezeigten Beispiele nur eine von vielen Konfigurationen eines V-8-Motors (z.B. ist das Vertauschen der mit den High-Side- und Low-Side-Schaltern verbundenen Spulen nur eine von vielen anderen möglichen Anordnungen).

Unter erneutem Bezug auf 6 werden weitere Details eines Schaltbetriebs beschrieben. Im Einzelnen zeigt die Schaltung eine Konfiguration mit vier Spulen. Bei einer V8-Motor-Anwendung gäbe es zum Beispiel typischerweise 32 Ventile (und Stellantriebe) oder 64 einzelnen Spulen. Die in dieser Figur gezeigte Doppelspulen-Halbbrückentopologie sieht vor, dass jede Gruppe von vier Bauelementen (eine Halbbrückenentsprechung) ein Paar Spulen, nicht nur eine einzelne Spule antreibt. Mit Ausnahme eines Freilaufmodus weist diese Schaltung die ganz gleiche Schaltungsfunktionalität auf wie ein vorbekannter Halbbrückenwandler. Jedoch wird in dieser Konfiguration jede Stellantriebspule durch eine Spannung angetrieben, die halb so groß wie die Batteriespannung ist. Es sollte wiederum beachtet werden, dass zwar nur vier Spulen in der Figur gezeigt werden, die Reihe aber unendlich fortgesetzt werden könnte.

In 6 besteht eine einzelne Phase aus einem Schalter (620), einer Diode (634), einer Stellantriebspule (612) und den SCVS (Kondensatoren 630 und 632). Der Betrieb jeder Phase, ob high-side oder low-side geschaltet, ist ähnlich. Im Einzelnen wird eine erwünschte Spannung für eine vorbestimmte Spule befohlen und der Leistungsschalter für diese Spule moduliert, um die gewünschte Spannung zu erzeugen. Die benachbarte Diode muss den Strom in der Spule während Zeiten, da der Schalter abgeschaltet ist, leiten. Jede Spule kann ohne Einschränkung durch die anderen Spulen unabhängig in ihrer Spannung geregelt werden. Die aus den Kondensatoren 630 und 632 bestehenden SCVS sind allen Spulenpaaren gemein, d.h. für den gesamten Wandler sind nur diese zwei Kondensatoren erforderlich.

Durch Ändern der Drahtverbindungen zwischen der Batterie und den Kondensatoren, wie in 8 gezeigt wird, kann eine alternative Ausführung verwirklicht werden. Diese alternative Schaltungskonfiguration weist im Wesentlichen die gleiche Schaltungsfunktion wie die Schaltung von 6 auf. Ein Unterschied der verstärkten Schaltungsauslegung von 8 besteht aber darin, dass die Batterie jetzt nur über eine Hälfte der geteilten Spannungsversorgung angeschlossen ist. Die Konfiguration der Spulen, die zu einer Wahrung einer Ladungssymmetrie unter Verwendung dieser Konfiguration des Wandlers beitragen soll, folgt dem gleichen Vorgehen wie es für die in 6 gezeigte Auslegung beschrieben wurde. Jede Konfiguration des Doppelspulen-Halbbrückenwandlers liefert wiederum eine im Wesentlichen identische Funktion, aufgrund der Strom- und Spannungsunterschiede wären aber die Spannungs- und Stromnennwerte der Wandlerkomponenten unterschiedlich.

Unter Bezug nun eigens auf 8 wird ein Wandler 800 mit vier Spulen 810, 812, 814 und 816 gezeigt. Weiterhin bezeichnet die 4 mit dem Ausgang der Stromversorgung 810 verbundene Leitungsknoten als Vs (was treibende Spannung anzeigt). Ein Ende jedes Stellantriebs ist mit einem Vs-Knoten gekoppelt. Weiterhin weist jede Spule einen entsprechenden Schalter auf, wobei Schalter 820 die Spule 810 ein-/ausschaltet, Schalter 822 die Spule 812 ein-/ausschaltet, Schalter 824 die Spule 814 ein-/ausschaltet und Schalter 826 die Spule 816 ein-/ausschaltet. Weiterhin wird eine Diode verwendet, um während des Abschaltens Freilaufstrom zuzulassen. Im Einzelnen ist die Diode 834 mit einem Ende der Spule 810 gekoppelt, Diode 836 ist mit einem Ende der Spule 812 gekoppelt, Diode 838 ist mit einem Ende der Spule 814 gekoppelt und Diode 840 ist mit einem Ende der Spule 816 gekoppelt. Ferner sind die Kondensatoren 830 und 832 in dem Wandler gekoppelt, wobei der Kondensator 830 mit der Stromversorgung 810 parallel gekoppelt ist.

Unter Bezug nun auf 9 wird eine Doppelspulen-Halbbrückenwandler-Topologie für eine Brennkraftmaschine mit nur elektrischen Einlassventilen und einem nockenbetätigten Auslassventil gezeigt (z.B. feste Nockenzeitsteuerung oder eine variable Nockenzeitsteuerung). Zu beachten ist, dass 6 eine Teil von 9 ist.

Die in 9 gezeigte Anordnung einer geteilten Kondensator-Spannungsquelle (SCVS) veranschaulicht eine beispielhafte Treiberanordnung für acht Stellantriebspulen (4 Ventile). Wie vorstehend kann die Anordnung so ausgeweitet werden, dass ein 8-Ventil-Betrieb, ein 16-Ventil-Betrieb, usw. möglich wird. Für die Version mit verstärkter Versorgung wäre die Ausweitung sehr ähnlich. Zur einfacheren Darstellung werden die mehreren Kondensatorpaare mit gestrichelten Linien gezeigt und werden optional integriert. Es versteht sich, dass es in den gezeigten Beispielen nur ein einziges Paar Kondensatoren (928 und 930) gibt. Um diese Schaltung in Hardware umzusetzen, werden Drahtverbindungen verwendet, um einem Ende jeder Stellantriebspule und den Kondensatoren hohe Anschlussflexibilität zu bieten.

Im Einzelnen zeigt 9 eine Stromquelle 910, welche mit 8 Stellantriebspulen (912, 914, 916, 918, 920, 924 und 926) gekoppelt ist. Die Spulen 912 und 914 werden durch Schalter 932 und 934 betätigt und haben Freilaufdioden 936 und 938. Analog hat jede Spule des anderen Spulenpaars jeweilige Schalter (940, 946, 948, 954, 956 und 962) und Dioden (942, 944, 950, 952, 958 und 960). Weiterhin zeigt 9, wie die Spulen mit 4 Stufen von je 2 Spulen in Kaskade zusammengeschaltet sind.

Wie vorstehend beschrieben besteht ein Verfahren zur Verbindung der Spulen, das zur Beibehaltung der erforderlichen Symmetrie beiträgt, darin, eine gleiche Anzahl ähnlicher Lasten (d.h. obere/untere Spulen, Ventile) in der Zuschaltungs-Gleichspannungswandlerkonfiguration oder der Gegenschaltungs-Gleichspannungswandlerkonfiguration zu verbinden. Wenn die Gesamtlast durch die über den Zuschaltungswandler verbundenen Spulen der durch den Gegenschaltungswandler verbundenen Spulen entspricht, kann es zu einer natürlichen Symmetrie der geteilten Spannungsversorgung kommen. Eine beispielhafte Anordnung der Spulen, welche diesem Konzept folgt, wird in Tabelle 3 für einen V8-Motor mit einem Ventil und in Tabelle 4 für einen V8-Motor mit zwei Einlassventilen pro Zylinder gezeigt.

Jede Tabelle zeigt, dass die Ladungssymmetrie gewahrt wird, wenn die Spulen wie vorstehend beschrieben konfiguriert werden. Kondensator C1 ist der obere Kondensator und C2 ist der untere Kondensator, welche die geteilte Kondensatorspannungsquelle bilden. In der Tabelle sind die Stellantriebspulen durch die zwei Farben (schattiert und nicht schattiert) gekennzeichnet, welche angeben, wie sie mit der geteilten Spannungsversorgung verbunden sind (durch einen High-Side- oder einen Low-Side-Schalter). Für Veranschaulichungszwecke wird angenommen, dass die Einlass-Stellantriebe eine Ladungseinheit von 1,0 benötigen. Bei Zylinder Nr. 1 wird zum Beispiel die untere Einlassspule bei 0,25 des Zyklus und die obere Spule bei 0,75 betrieben, was insgesamt für den gesamten Zyklus 1,0 Einheiten ergibt. Wie aus diesem Beispiel hervorgeht, kann die Ladungssymmetrie für die gesamte Brennkraftmaschine sowie für Zylinderpaare verwirklicht werden. Wie vorstehend erwähnt, ermöglicht die Fähigkeit, eine Ladungssymmetrie bei weniger als allen Zylindern zu wahren, einen verbesserten Betrieb eines Motors mit variablem Hubraum (VDE).

Tabelle 3: Beispiel eines Ladungsausgleichs einer Stellantriebspule (8 Zylinder/2 Ventile pro Zylinder).
Tabelle 4: Beispiel eines Ladungsausgleichs einer Stellantriebspule (8 Zylinder/4 Ventile pro Zylinder).

Wie vorstehend beschrieben werden verschiedene Beispiele von Leistungselektronikwandlertopologien für ein EVA-System beschrieben. Weiterhin kann durch gezielte Konfiguration der Spulen für diesen Wandler eine verbesserte Funktionalität gegenüber herkömmlichen Vorgehen verwirklicht werden. Zum Beispiel kann eine Reduzierung der Anzahl an Leistungsbauelementen und Gate-Treibern um 50% verwirklicht werden, was zu niedrigeren Kosten, besserer Zuverlässigkeit und verbessertem Einbau des VCU führt. Diese Konfiguration lässt auch weitere Kosteneinsparungen beim EVA-Kabelbaum durch Reduzieren der Anzahl an Stromdrähten zwischen dem VCU und dem Stellantrieb um 50% zu. Die Reduzierung von Stückzahl, Kosten, Baugruppengröße, Gewicht und Anzahl erforderlicher Drähte kann die Implementierung und Übertragung der EVA-Technologie in die Produktion vereinfachen.

Aktive Spannungssymmetriesteuerunq

Wie vorstehend erläutert, zeigt 6 eine Version (geteilte Versorgung) des Doppelspulen-Halbbrückenwandlers, die für das Steuern von Ventilstellantrieben in einem EVA-System verwendet werden kann. Die geteilte Kondensatorbank dient zur Umwandlung einer einzelnen Batterie in eine duale Spannungsquelle, bei der der Systemspannungspegel anhand der Stellantriebsleistungsabwägungen gewählt werden würde. Weiterhin ist jede Stellantriebspule wie vorstehend erwähnt über ein als Gleichspannungswandler bezeichenbares Element mit der geteilten Spannungsversorgung verbunden – diejenigen, die mit Hilfe eines High-Side-Schalters (612 und 616) verbunden sind, bilden einen Zuschaltungs-Gleichspannungswandler von der Versorgungsspannung zur geteilten Spannung (Mittelpunktspannung), und diejenigen, die mit Hilfe eines Low-Side-Schalters (614 und 618) verbunden sind, bilden einen Gegenschaltungs-Gleichspannungswandler von der geteilten Spannung zur Versorgungsspannung.

Zwar trägt das Verbinden einer gleichen Anzahl ähnlicher Lasten (d.h. oberer/unterer Spulen, Auslass-/Einlassventile) bei der Zuschaltungs- oder Gegenschaltungswandlerkonfiguration zur Wahrung der erforderlichen Kondensatorladungssymmetrie bei, doch müssen Stellantrieblasten nicht exakt gleich sein. Wenn mit anderen Worten die Gesamtlast durch die über den Zuschaltungswandler verbundenen Spulen der durch den Gegenschaltungswandler verbundenen Spulen entspricht, kann es zu einer natürlichen Symmetrie der geteilten Spannungsversorgung kommen. Da jedoch die Stellantrieblasten eventuell nicht ganz gleich sind, kann ein weiteres Verfahren für das Wahren der Ladungssymmetrie (und das Vorsehen der erwünschten Spannung an jedem der Kondensatoren) erforderlich sein. Daher kann in einer Ausführung ein Mittelpunktspannungsregler (MVR) verwendet werden, der nachstehend eingehender erläutert wird.

Zu beachten ist, dass die gewünschte Spannung über jedem der Kondensatoren durch das Verhältnis der einzelnen gespeicherten Ladung und des Kapazitätswerts (V = q/C) ermittelt werden kann. Dieses Verhältnis kann so gewählt werden, dass es Eins ist, d.h. gleiche Spannung über jedem Kondensator, oder dass es abhängig von den Systemanforderungen einen anderen Wert hat.

Unter Bezug nun auf 10 wird ein beispielhafter Mittelpunktspannungsregler (MVR) gezeigt. In diesem Fall wird eine Stromversorgung 1010 mit einer Doppelspulen-Halbbrücke gekoppelt gezeigt, welche in diesem Beispiel nur zwei Stellantriebe (1012 und 1014) benutzt, die durch Schalter 1016 bzw. 1018 betätigt werden. Wie vorstehend sind ebenfalls Dioden 1020 und 1022 vorhanden. In dieser Ausführung wahrt der MVR (1030) über jedem der Kondensatoren (z.B. 1024 und 1026 in 10) eine Spannung des erwünschten Verhältnisses. Dies wird durch Überwachen der Versorgungs- und Mittelpunktspannungen und dann Ausführen einer Regulierfunktion, welche die Mittelpunktspannung (MP) bei einem erwünschten Wert hält (welcher mit Motor- und/oder Zylinderbetriebsbedingungen variieren kann), verwirklicht.

In einem Beispiel kann die Regelung durch Ausnutzen der oben beschriebenen inhärenten Zuschaltungs- und Gegenschaltungswandlervorgänge verwirklicht werden. Im Einzelnen kann durch Befehlen eines weitere Zuschaltungsvorgangs, wenn die MP-Spannung zu niedrig wird (und/oder eines zusätzlichen Gegenschaltungsvorgangs, wenn die MP-Spannung zu hoch wird) ein Mechanismus für das Erzeugen der Regulierfunktion implementiert werden.

Ein Verfahren, das zum Implementieren eines Mittelpunktspannungsreglers verwendet werden kann, ist das Hinzufügen eines weiteren Zuschaltungs-/Gegenschaltungs-Gleichspannungswandlers parallel zum Doppelspulen-Halbbrückenwandler, dessen Zweck das Vorsehen einer Regulierfunktion ist, wenn wenngleich er auch bei Bedarf für eine andere Funktionalität verwendet werden kann. Zwar kann dieses Vorgehen das erwünschte Ergebnis verwirklichen, doch kann es bei seinem Betrieb unnötig Energie verschwenden. Daher nutzt eine alternative Ausführung in dem Bemühen, den Gesamtbetrieb zu verbessern, eine andere Form eines Mittelpunktspannungsreglers. Im Einzelnen verwendet dieser alternative Mittelpunktspannungsregler die Stellantriebspulen (den Doppelspulen-Halbbrückenwandler), um die erwünschte Regelung zu implementieren. Dies wird wie nachstehend beschrieben verwirklicht, ohne die primäre Funktion der Stromsteuerung des Wandlers aufs Spiel zu setzen.

Zu beachten ist, dass in vielen Anwendungen die Mittelpunktspannungsregelung unter Verwendung der Stellantriebspulen nicht möglich wäre, da jede der Lasten (Stellantriebe) an dem Wandler einem Strombefehl folgen müsste, der nicht für zusätzliche Zwecke variiert werden kann. In der Anwendung für die Motorzylinderventilbetätigung muss jedoch eine Stellantriebstromregelung unter gewissen Bedingungen (wie zum Beispiel spezifischen transiente Betriebszeiträume) einem bestimmten Befehl folgen. Unter anderen Bedingungen kann der Stellantriebstrom aber innerhalb eines größeren Bereichs vom erwünschten Wert abweichen. Diese Erkenntnis lässt die synergistische Nutzung der Schaltungsstruktur zu, so dass die Mittelpunktspannungsregelung ohne unnötige Energieverschwendung möglich wird. Dies bietet mit anderen Worten die Möglichkeit, die Mittelpunktspannungsregelung innerhalb der normalen Stellantriebstromsteuerfunktion einzubinden.

Die in 11 gezeigte Wellenform zeigt ein Stromprofil eines beispielhaften EVA-Stellantriebs. Sie ist in vier deutliche Betriebszeiträume (Ventilmodi) unterteilt: Leerlauf (1), Fangen (2), Halten (3) und Freigeben (4).

Während der Modi 2 und 4 wird eine Stromsteuerung höherer Präzision eingesetzt, da dies die Zeiträume sind, in denen das Ventil im Übergang steht. Während des Leerlaufmodus kann aber der Strom in größerem Maße eingestellt werden, da eine bestimmte Spule während eines Leerlaufmodus nicht für die Steuerung des Stellantriebankers benötigt wird. Ferner ist während dieser Dauer der Luftspalt zwischen der Spule und dem Stellantrieb groß genug, dass die von einem Strom in dieser Spule erzeugte Kraft eine geringe Wirkung hat (d.h. die Ventilstellung wird durch die Stromänderung im Wesentlichen nicht berührt, zum Beispiel weniger als 5% der gesamten zurückgelegten Betätigungsstrecke). Während des Haltemodus wird der Stellantrieb entweder in der vollständig offenen oder der vollständig geschlossenen Stellung festgehalten, und auch wenn der Strom nicht zu sehr reduziert werden darf, kann er ohne signifikante Wirkung auf die Ventilstellung erhöht werden.

Diese beiden Zeiträume bilden den Großteil des gesamten Stellantriebzyklus und bieten eine signifikante Möglichkeit, eine Spannungsregelung zuzulassen. Die Möglichkeit zur Einstellung des Stroms während der Modi 1 und 3 ist mit anderen Worten mehr als ausreichend, um in einigen Beispielen die erwünschte Mittelpunktspannungsregelung zu verwirklichen. Die große Anzahl an einzelnen Stellantrieben und Spulen in einem typischen EVA-System bietet auch dem offenbarten Mittelpunktspannungsregler Vorteile, da die mehreren Spulen, die sich entweder in der Halte- oder der Leerlaufphase befinden, für die Mittelpunktspannungsregelung parallel zueinander verwendet werden, was zu einer verringerten Last pro Spule führt. Weiterhin kann es zu einer effektiven Bandbreite für die Spannungsregelung führen, die höher als die einer einzelnen Spule allein oder als die bei Verwendung eines speziellen Spannungsreglers ist, der der Schaltung hinzugefügt wird.

Das in 12 gezeigte Flussdiagramm zeigt den Prozess des Hinzufügens des MPV-Korrekturbefehls zu einem einzelnen Stellantriebspulenstrom-Steuerbefehl. In diesem Flussdiagramm ist der Ventilsteuergerätstrombefehl (VALVE_CTRL_CUR_CMD) der von dem Ventilstellungsteuergeräterzeugte Sollstrombefehl. Der Mittelpunktkorrekturstrombefehl (MP_CORR_CUR_CMD) ist der für die Mittelpunktregelung verwendete zusätzliche Befehl. Da der Mittelpunktspannungsregler abhängig davon, ob eine Mittelpunktspannungskorrektur erwünscht ist, verschiedene Befehle unter Verwendung entweder der high-side angetriebenen oder der low-side angetriebenen Stellantriebspulen erzeugt, würde das obige Flussdiagramm für jede dieser zwei Arten von Stellantriebspulen (high-side angetrieben und low-side angetrieben) dupliziert werden, wobei MP_CORR_CUR_CMD, wie in dem Flussdiagramm gezeigt, dem entsprechenden Korrekturbefehl (U_CMD oder L_CMD) des Mittelpunktspannungsreglers entspricht. Zusätzlich zu dem in 12 gezeigten Verfahren können die Korrekturbefehle weiterhin so beschränkt werden, dass sie bei Bedarf nur auf Spulen, die sich im Leerlaufmodus befinden, oder nur auf Spulen, die sich im Aus-Modus befinden, angewendet werden.

Die hierin enthaltenen Steuerroutinen können mit verschiedenen Motorkonfigurationen, wie sie zum Beispiel vorstehend beschrieben wurden, verwendet werden. Wie für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich ist, können die nachstehend in dem Flussdiagramm bzw. den Flussdiagrammen beschriebenen spezifischen Routinen eine oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien wie z.B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Daher können verschiedene gezeigte Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungen der hier beschriebenen Erfindung zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Wenngleich dies nicht ausdrücklich gezeigt wird, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden können. Weiterhin stellt das Flussdiagramm bzw. die Flussdiagramme einen in das maschinenlesbare Speichermedium in dem Steuergerät 12 einzuprogrammierenden Code dar.

Unter Bezug nun eigens auf 12 erfolgt bei Schritt 1210 anhand einer Eingabe 1212 von dem Ventilstellungsteuergerät eine Ermittlung, ob sich der Ventilmodus im Leerlaufmodus oder dem Aus-Zustand befindet. Wie vorstehend erwähnt, können weitere Ventilbedingungen hinzugefügt werden, zum Beispiel ob sich das Ventil im Haltemodus befindet. Wenn die Antwort bei Schritt 1212 NEIN lautet, fährt die Routine mit Schritt 1214 fort, um den Stromspulenbefehl (COIL_CUR_CMD) auf den Ventilsteuerstrombefehl (VALVE_CTRL_CUR_CMD) zu setzen, so dass keine Anpassung an den Strom zur Regelung der Mittelpunktspannung erfolgt. Wenn die Antwort auf Schritt 1210 alternativ JA lautet, fährt die Routine mit Schritt 1216 fort, um dem Ventilsteuerstrombefehl (VALVE_CTRL_CUR_CMD) eine Rückmeldungskorrekturspannung (MP_CORR_CUR_CMD) hinzuzufügen, um bei Schritt 1216 den Stromspulenbefehl (COIL_CUR_CMD) zu bilden. Die Rückmeldungskorrektur beruht in einem Beispiel auf einer Differenz zwischen einer erwünschten Mittelpunktspannung und einer gemessenen Mittelpunktspannung zusammen mit einer proportionalen Verstärkung. In einer alternativen Ausführung kann der integrale Steuervorgang jedoch bei Bedarf hinzugefügt werden. Die Routine fährt von Schritt 1214 oder 1216 mit Schritt 1218 fort, um die Spulenstrombefehle auszugeben.

Ein Beispiel des Steueralgorithmus, der zur Erzeugung der zwei Mittelpunktspannungskorrekturstrombefehle (U_CMD & L_CMD) verwendet wird, wird in 13 gezeigt, welche einen proportionalen und integralen Steuervorgang zusammen mit einem Vorwärtsregelungsvorgang unter Verwendung einer Vorhersage des zur Wahrung der Mittelpunktspannungsregelung erforderlichen Vorgangs zeigt. Weiterhin werden Grenzwerte gezeigt, um ein Integrator-Windup zu verhindern und eine übermäßige Anpassung an Spulenströme während des Motorbetriebs zu reduzieren.

Der Betrieb dieses Steuergeräts ist wie folgt. Die Eingangssignale ½ VS (es wird eine halbe Verstärkung benutzt, da die Mittelpunktspannung auf die halbe treibende Spannung geregelt wird) und VMP (gemessene oder geschätzte Mittelpunktspannung) werden addiert, um bei 1310 den Mittelpunktspannungsfehler (VERR) zu erzeugen. Auf diesen Fehlerbetrag wird dann von einem proportional-integral wirkenden Regler (PI) bei Schritt 1312 reagiert, welcher einen Rückmeldungskorrekturbefehlerzeugt. Dieser Rückmeldungskorrekturbefehl wird mit dem mit einem Vorwärtsregler 1314 erzeugten Vorwärtskorrekturbefehl addiert, wobei eine Vorwärtsverstärkung (Kff) und eine Summe aller Strombefehle für die Stellantriebe verwendet werden (zu beachten ist, dass dieses Beispiel vier Stellantriebe zeigt, wenngleich bei Bedarf mehr verwendet werden könnten). Die drei Verstärkungsblöcke (KP, Kt und KFF) sind in einem Beispiel allesamt anwenderprogrammierbare Verstärkungen, zur Feinabstimmung und Steuerung des Algorithmusvorgangs, welcher bei sich ändernden Betriebsbedingungen variieren kann. Die Summe der Rückmeldungs- und Vorwärtskorrekturbefehle wird dann verglichen, um bei Schritt 1316 ihr Vorzeichen zu ermitteln. Ist dieser Befehl positiv, wird ein größenordnungsbeschränkter Strombefehl (U_CMD) erzeugt, während der (L_CMD) Befehl bei Null bleibt. Sollte das Vorzeichen des Fehlers negativ sein, dann wird ein größenordnungsbeschränkter Strombefehl (L_CMD) erzeugt, während (U_CMD) bei Null bleibt.

Der gezeigte Vorwärtsregler 1314 beruht auf den nicht modifizierten Ventilsteuerstrombefehlen. Jeder der Strombefehle für die high-side angetriebenen Spulen wird mit der negativen Summierung der Strombefehle für die low-side angetriebenen Spulen summiert. Das sich ergebende Signal ist eine Schätzung der Ladungsasymmetrie, die an den Kondensatorbänken infolge dieser Strombefehle erzeugt wird, was eine gute Schätzung der sofort erforderlichen Korrektur durch den Mittelpunktspannungsregler sein kann. Daher wäre in einem Beispiel eine typische Vorwärtsreglerverstärkung (KFF) gleich 1/(die Gesamtzahl der zur Verwirklichung des Mittelpunktreglung verwendeten Spulen). Durch Wählen der Verstärkung auf diese Weise schätzt der Vorwärtsregler den stufenweisen Strom, der für jede eingesetzte Spule befohlen werden muss, um die Mittelpunktregelung zu wahren.

Nach einer entsprechenden Feinabstimmung der drei Verstärkungsterme kann dieser Regler ein symmetrisches Paar von Kondensatorspannung präzis halten.

Eine weitere alternative Ausführung des Doppelspulenwandlers wird in 14 unter der Bezeichnung verstärkte Versorgungsversion gezeigt. Bei dieser Version ist die Batterie direkt über der unteren Versorgung (Kondensator C2) angeschlossen, wobei ihre Spannung bei Batteriespannungswert festgelegt wird. Die obere Spannung wird durch den Spulenrückflussstrom durch den oberen Kondensator erzeugt, wenn die oberen Leistungsschalter leiten. Ein Verstärkungsvorgang induziert eine Spannung über dem oberen Kondensator und bildet die obere (verstärkte) Versorgung. Die Steuerverfahren für diese Ableitung ähneln denen der zuvor erwähnten Version des Doppelspulen-Halbbrückenwandlers mit „geteilter Versorgung" in 10. Ein möglicher Unterschied ist, dass die Spannungswerte höher sein können und dass der obere Spannungswert nicht länger durch die Batteriespannung gebunden ist.

Beruhend auf der Schaltungsauslegung besteht jedoch das Potenzial, dass die verstärkte Spannung einen höheren Wert als erwünscht erreicht.

Ein Vorgehen wäre, gleiche Spannungen über jedem Schenkel der dualen Stromversorgung zu bilden. Diese Topologie ist aber nicht auf gleiche Spannungen beschränkt. Während die niedrigere Versorgungsspannung gleich der Batteriespannung ist, kann dagegen die obere Spannung einen beliebigen Wert haben, darunter: die doppelte Batteriespannung oder ein bestimmter fester Wert über der Batteriespannung. In dieser Ausführung wird der Mittelpunktregler im Wesentlichen ein verstärkender Spannungsregler. Jede Form dieser Wandlertopologie kann mit nur geringfügigen Schaltungsrekonfigurationen und entsprechenden Änderungen der Komponentenspannung oder Stromnennwerte implementiert werden.

Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht einschränkend aufgefasst werden dürfen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Wandlertopologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, gegenüberliegende 4 und andere Motorausführungen angewendet werden. Zudem ist das oben beschriebene Vorgehen nicht spezifisch auf einen Doppelspulen-Ventilstellantrieb beschränkt. Es könnte vielmehr auf andere Formen von Stellantrieben, darunter solche, die nur eine Spule pro Ventilstellantrieb aufweisen, angewendet werden.

Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.

Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.


Anspruch[de]
  1. System, welches umfasst:

    eine Schaltung für das gezielte Betätigen eines elektromechanischen Stellantriebs, welcher mit einem Ventil einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist, wobei die Schaltung mindestens ein Energiespeicherbauelement und mindestens einen Schalter aufweist, der den Stellantrieb gezielt einschaltet; und

    ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem darin verschlüsselten Computerprogramm für das Regeln der in dem Energiespeicherbauelement gespeicherten Energie, wobei das Computerspeichermedium umfasst:

    Code für das Regeln der Spannung an dem Energiespeicherbauelement durch Einstellen des Schalters während einer ersten Gruppe von Ventilbetriebsbedingungen der Brennkraftmaschine.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Code für das Regeln der Spannung den Schalter ohne wesentliches Bewegen des Ventils der Brennkraftmaschine einstellt.
  3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das maschinenlesbare Speichermedium weiterhin einen Code für das Einstellen des Schalters während einer zweiten Gruppe von Ventilbetriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zum Öffnen oder Schließen des Ventils und Regeln der Leistung der Brennkraftmaschine umfasst.
  4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung weiterhin mindestens zwei Energiespeicherbauelemente umfasst und der Code des maschinenlesbaren Speichermediums weiterhin eine Spannung zwischen den mindestens zwei Energiespeichermedien regelt.
  5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherbauelement ein Kondensator ist.
  6. System, welches umfasst:

    eine Schaltung für das gezielte Betätigen eines mit einem Ventil einer Brennkraftmaschine gekoppelten elektromechanischen Stellantriebs, wobei die Schaltung eine geteilte Kondensatorspannungsquelle und mindestens einen ersten Schalter, der eine erste Spule des Stellantriebs gezielt einschaltet, sowie einen zweiten Schalter, der eine zweite Spule des Stellantriebs gezielt einschaltet, aufweist; und

    ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem darin verschlüsselten Computerprogramm für das Regeln der Spannung bei einem Referenzwert zwischen dem ersten und dem zweiten Kondensator, wobei das das Computerspeichermedium umfasst:

    Code für das Einstellen mindestens eines des ersten und des zweiten Schalters während eines ersten Modus, um die Spannung auf einen erwünschten Wert zu regeln; und

    Code für das Einstellen mindestens eines des ersten und des zweiten Schalters während eines zweiten Modus, um das Ventil der Brennkraftmaschine zu betätigen.
  7. System nach Anspruch 6, bei welchem der Code den Strom zu dem ersten und dem zweiten Kondensator einstellt, um die Spannung zu regeln.
  8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er erste Modus Bedingungen umfasst, bei denen die Spulen eine unterschiedliche Belastung an der Schaltung erzeugen.
  9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus eine offene Stellung des Ventils umfasst.
  10. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus umfasst, wenn sich das Ventil in einer Leerlaufstellung befindet.
  11. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus eine geschlossene Stellung des Ventils umfasst.
  12. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Modus umfasst, wenn sich das Ventil öffnet.
  13. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Modus umfasst, wenn sich das Ventil schließt.
  14. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine während einer ersten Gruppe von Bedingungen arbeitet, bei der alle Zylinder an der Verbrennung mitwirken, und während einer zweiten Gruppe von Bedingungen arbeitet, bei der mindestens ein Zylinder deaktiviert ist.
  15. System, welches umfasst:

    eine Schaltung für das gezielte Betätigen von mit Zylinderventilen einer Brennkraftmaschine gekoppelten elektromechanischen Stellantrieben, wobei die Schaltung eine geteilte Kondensatorspannungsquelle und mindestens einen ersten Schalter, der eine erste Spule des ersten Stellantriebs gezielt einschaltet, sowie

    einen zweiten Schalter, der eine zweite Spule eines zweiten Stellantriebs gezielt einschaltet, aufweist; und

    ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem darin verschlüsselten Computerprogramm für das Regeln der Spannung bei einem Referenzwert zwischen dem ersten und dem zweiten Kondensator, wobei das das Computerspeichermedium umfasst:

    Code für das Einstellen mindestens eines des ersten und des zweiten Schalters während eines ersten Modus, um die Spannung auf einen erwünschten Wert zu regeln; und

    Code für das Einstellen mindestens eines des ersten und des zweiten Schalters während eines zweiten Modus, um eines der ersten und zweiten Ventile der Brennkraftmaschine zu betätigen.
  16. System nach Anspruch 15, bei welchem der Code den Strom zu dem ersten und dem zweiten Kondensator einstellt, um die Spannung zu regeln.
  17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus Bedingungen umfasst, bei denen die Spulen eine unterschiedliche Belastung an der Schaltung erzeugen.
  18. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus eine offene Stellung des Ventils umfasst.
  19. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus eine geschlossene Stellung des Ventils umfasst.
  20. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modus eine Leerlaufstellung des Ventils umfasst.
  21. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellantrieb mit einem ersten Ventil gekoppelt ist und der zweite Schalter mit einem zweiten Ventil gekoppelt ist, wobei der zweite Modus umfasst, wenn sich eines der ersten und zweiten Ventile der Brennkraftmaschine öffnet.
  22. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellantrieb mit einem ersten Ventil gekoppelt ist und der zweite Schalter mit einem zweiten Ventil gekoppelt ist, wobei der zweite Modus umfasst, wenn sich eines der ersten und zweiten Ventile der Brennkraftmaschine schließt.
  23. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine arbeitet, wobei während einer ersten Gruppe von Bedingungen alle Zylinder an der Verbrennung mitwirken und während einer zweiten Gruppe von Bedingungen mindestens ein Zylinder deaktiviert ist.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com