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Dokumentenidentifikation DE102004054776B3 16.03.2006
Titel Verfahren zur Kalibrierung eines Wegsensors einer Drehaktuatorvorrichtung zur Ansteuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine
Anmelder Bayerische Motoren Werke AG, 80809 München, DE
Erfinder Seethaler, Rudolf, Dr., 80804 München, DE;
Lamprecht, Martin, 84453 Mühldorf, DE
DE-Anmeldedatum 12.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004054776
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.03.2006
IPC-Hauptklasse F01L 9/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Wegsensors einer Drehaktuatorvorrichtung zur Ansteuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine. Die Drehaktuatorvorrichtung umfasst dabei einen steuerbaren Elektromotor mit einem Betätigungselement zum Betätigen des Gaswechselventils, zwei in entgegengesetzte Antriebsrichtungen auf das Gaswechselventil wirkende Energiespeichermittel und eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromotors. Die Steuereinheit steuert den Elektromotor derart an, dass das Gaswechselventil von einer ersten Endlage, in der das über den Rotor des Elektromotors angetriebene Betätigungselement und damit ebenfalls der Rotor sich in einer der ersten Endlage zugeordneten metastabilen momentenneutralen Position befindet, in eine zweite Endlage, in der das Betätigungselement (6, 6a, 6b) bzw. der Rotor sich in einer der zweiten Endlage zugeordneten metastabilen momentenneutralen Position befindet, überführt wird und umgekehrt. Erfindungsgemäß wird, ausgehend von einer momentenneutralen Position, der Elektromotor derart angesteuert, dass der Rotor um eine Wegstrecke in zumindest eine Richtung aus der momentenneutralen Position herausbewegt wird, die hieraus resultierende Stromaufnahme des Elektromotors erfasst wird und in Abhängigkeit von den sich einstellenden Stromwerten für die Stromaufnahme des Elektromotors eine neue Rotorposition zur Kalibrierung des Wegsensors ermittelt wird.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Wegsensors einer Drehaktuatorvorrichtung zur Ansteuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren wird die Nockenwelle zur Steuerung der Gaswechselventile mechanisch über eine Steuerkette oder einen Steuerriemen von der Kurbelwelle angetrieben. Zur Steigerung der Motorleistung und zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs bringt es erhebliche Vorteile, die Ventile der einzelnen Zylinder individuell anzusteuern. Dies ist durch einen sogenannten vollvariablen (veränderbare Steuerzeiten und veränderbarer Ventilhub), beispielsweise einen sogenannten elektromagnetischen Ventiltrieb möglich. Bei einem vollvariablen Ventiltrieb ist jedem Ventil bzw. jeder "Ventilgruppe" eines Zylinders eine "Aktuatoreinheit" zugeordnet. Derzeit werden unterschiedliche Grundtypen von Aktuatoreinheiten erforscht.

Bei einem Grundtyp (sogenannte Hubaktuatoren) sind einem Ventil oder einer Ventilgruppe ein Öffnungs- und ein Schließmagnet zugeordnet. Durch Bestromen der Magneten können die Ventile axial verschoben, d.h. geöffnet bzw. geschlossen werden.

Bei dem anderen Grundtyp (sogenannter Drehaktuator) ist eine Steuerwelle mit einem Nocken vorgesehen, wobei die Steuerwelle durch einen Elektromotor hin und her schwenkbar ist.

Zur Regelung eines Drehaktuators sind genaueste Sensorwerte erforderlich, die eine Information wiedergeben über die momentane Position des rotierenden Antriebselements und/oder des das Antriebselement des Drehaktuators antreibenden Elementes selbst, z.B. die Position des vom Rotor angetriebenen Betätigungselements oder die Rotorposition selbst. In bekannten Drehaktuatorvorrichtungen werden Wegsensoren jeweils durch das Anfahren von mechanischen Anschlägen, die die Endpositionen eines Steuernockens definieren kalibriert.

Aus der DE 101 40 461 A1 ist eine Drehaktuatorvorrichtung zur Hubsteuerung eines Gaswechselventils mit derartigen mechanischen Anschlägen bekannt. Die Hubsteuerung der Gaswechselventile erfolgt hier über einen kennfeldgesteuerten Elektromotor, an dessen Rotor eine Welle mit einem drehfest verbundenen Steuernocken angeordnet ist. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine schwenkt, bzw. pendelt der Motor hin und her und der Steuernocken drückt über einen Schwenkhebel periodisch das Gaswechselventil in seine Öffnungsstellung. Geschlossen wird das Gaswechselventil durch die Federkraft einer Ventilfeder. Damit der Elektromotor nicht die gesamte Federkraft der Ventilfeder beim Öffnen des Gaswechselventils überwinden muss, ist an die Welle eine zusätzliche Feder angebracht. Die Kräfte von Ventilfeder und zusätzlicher Feder sind dergestalt, dass beim periodischen Betrieb der Drehaktuatorvorrichtung entsprechend der Stellung des Gaswechselventils die kinetische Energie entweder in der Ventilfeder (Schließfeder) oder in der zusätzlichen Feder (Öffnungsfeder) gespeichert ist. Die beschriebene Vorrichtung schlägt zur eindeutigen Positionierung des Steuernockens in seinen Endlagen vor, das dieser mittels eines ersten und mittels eines zweiten Drehanschlages eindeutig positioniert wird. Nachteilig bei dieser Anordnung ist allerdings, dass die Kalibrierung von Wegsensoren zur Positionsbestimmung durch Anfahren von mechanischen Anschlägen nicht für alle Anwendungsfälle eine zufriedenstellende Genauigkeit aufweist. Je nach Aufbau der verwendeten Drehaktuatorvorrichtung sind die mechanischen Toleranzen des Systems so groß, dass eine erforderliche Genauigkeit nicht erreicht werden kann.

Des Weiteren beschreibt die DE 102 52 991 A1 eine Dreh- beziehungsweise Schwenkaktuatorvorrichtung zur Hubsteuerung eines Gaswechselventils, bei der über einen Elektromotor ein Betätigungselement mit einer ersten Steuerbahn zum Öffnen des Gaswechselventils bei hohen Drehzahlen und mit einer zweiten Steuerbahn zur Betätigung des Gaswechselventils bei niedrigen Drehzahlen vorhanden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kalibrierung eines Wegsensors für eine Drehaktuatorvorrichtung anzugeben, mittels welchem eine genauere Positionierung bzw. Positionsbestimmung des Betätigungselementes (und damit auch des Gaswechselventils) gewährleistet wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe jeweils durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

In einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einem Drehaktuator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgehend von einer metastabilen Endlage des Betätigungselements (hier: Nockenwelle) bzw. ausgehend von einer metastabilen Endlage des Rotors des Elektromotors der Elektromotor derart angesteuert, dass der Rotor um eine Wegstrecke in zumindest eine Richtung aus seiner momentenneutralen Position herausbewegt und die hieraus resultierende Stromaufnahme erfasst wird. Anschließend wird in Abhängigkeit von der erfassten Stromaufnahme der Wegsensor zur Bestimmung der Rotorposition oder der Position des Betätigungselementes auf eine neue ggf. berichtigte momentenneutrale Position (die im Idealfall gleich der alten Position sein kann, oder nur gering von dieser abweicht) abgestimmt (kalibriert).

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Rotor ausgehend von einer metastabilen momentenneutralen Position beidseitig ausgelenkt, die Stromaufnahme des Elektromotors beobachtet, und in Abhängigkeit hiervon der Wegsensor auf eine berichtigte Position, insbesondere auf eine berichtigte metastabile momentenneutrale Position, abgeglichen. Durch ein langsames Verfahren (Bewegen) des Rotors nahe den metastabilen momentenneutralen Endpositionen des Vollhubs kann an den sich einstellenden Stromwerten (proportional zum Rückstellmoment des auf den Rotor wirkenden Rückstellmoments aufgrund der jeweils gespannten Öffnungs- oder Schließfeder) die tatsächliche Momentennullstelle bestimmt werden.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird bei einem Drehaktuator gemäß dem Oberbegriff des zweiten unabhängigen Anspruchs das Gaswechselventil bewusst in eine momentenneutrale Mittellage überführt, die wiederum einen eindeutigen Bezugspunkt für die Abgleichung des Wegsensors bildet. Diese momentenneutrale Mittellage ist im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen metastabilen Endpositionen bei Vollhub eine stabile Position (sogenannte abgeschwungene oder abgefallene Position des Rotors), aus der Rotor nicht durch eine minimale impulsartige Anstoßenergie herausgeführt werden kann. Aus dieser stabilen Position kann der Rotor durch ein gezieltes An- bzw. Aufschwingen wieder in einen Teil- oder Vollhubbetrieb überführt werden. Diese Position entspricht der Position, wenn der Rotor unkontrolliert aus einer metastabilen Endposition im Vollhub abgleitet und ist daher im Normalbetrieb nicht erwünscht. Insbesondere beim Start eine Kraftfahrzeugs steht aber ausreichend Zeit zur Verfügung eine Kalibrierung anhand dieser Vorgehensweise durchzuführen und den Rotor anschließend wieder in eine normale Betriebsposition aufzuschwingen.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

1: die schematische Darstellung einer Drehaktuatorvorrichtung für den Antrieb eines Gaswechselventils einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine, und

2: den Momentenverlauf von Öffnungs- und Schließfeder einer Drehaktuatorvorrichtung, die einlassseitig auf ein Gaswechselventil wirkt und den sich einstellenden Hubverlauf des betätigten Gaswechselventils – schematisch dargestellt in einem Diagramm.

1 zeigt die schematische Darstellung einer Drehaktuatorvorrichtung für den Antrieb eines Gaswechselventils 2 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die wesentlichen Bestandteile dieser Vorrichtung sind ein, insbesondere als Servomotor ausgebildeter Elektromotor 4 (Antriebseinrichtung), eine von diesem angetriebene, vorzugsweise zwei Nocken 6a, 6b unterschiedlichen Hubs aufweisende und drehfest mit der Rotorwelle verbundene Nockenwelle 6 (Betätigungselement), ein mit der Nockenwelle 6 einerseits und mit dem Gaswechselventil 2 andererseits in Wirkverbindung stehender Schlepphebel 8 (Übertragungselement) zur Bewegungsübertragung der durch die Nocken 6a, 6b vorgegebenen Hubhöhe auf das Gaswechselventil 2 sowie ein, das Gaswechselventil 2 in Schließrichtung mit einer Federkraft beaufschlagendes und als Schließfeder ausgebildetes erstes Energiespeichermittel 10 und ein, über die Nockenwelle 6 und den Schlepphebel 8 das Gaswechselventil 2 mit einer Öffnungskraft beaufschlagendes und als Öffnungsfeder ausgebildetes zweites Energiespeichermittel 12. Für die genaue Wirkungsweise und mechanische Ausgestaltung der Drehaktuatorvorrichtung wird auf die DE 102 52 991 A1 verwiesen, die inhaltlich bezüglich des Drehaktuatoraufbaus in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen wird.

Um einen möglichst energiearmen Betrieb des Elektromotors 4, der über die Nockenwelle 6 das vorhandene Gaswechselventil 2 antreibt, zu gewährleisten, wird neben der optimalen Auslegung der einander entgegenwirkenden Federn (Schließfeder 10, Öffnungsfeder 12) und der idealen Positionierung von Dreh- und Anlenkpunkten in der Geometrie der Vorrichtung selbst, der Elektromotor 4 über eine Steuer- und Regeleinrichtung 20 (im Folgenden Regeleinrichtung genannt) gemäß einer Sollbahn, die das ideale Ausschwingverhalten des Feder-Masse-Feder-Systems abbildet geregelt. Insbesondere erfolgt diese Regelung durch Regelung des Rotorverlaufes des, das mindestens eine Betätigungselement 6, 6a, 6b antreibenden Elektromotors 4. Der ideale Wegverlauf des Rotors, der als Teil des Schwingungssystems mitschwingt, wird analog zum idealen Schwingungsverlauf des Gesamtsystems rechnerisch ermittelt und bildet die Sollbahn zur Regelung des Elektromotors 4. Zur Überwachung der Istposition des Rotors ist ein nicht dargestellter Wegsensor vorhanden, der ein Sensorsignal S an die Regeleinrichtung 20 oder eine andere Steuereinrichtung übermittelt. Der Elektromotor 4 wird derart durch die Regeleinrichtung 20 angesteuert, dass das zumindest eine Gaswechselventil 2 von einer ersten Ventilendlage E1, die beispielsweise der geschlossenen Ventilposition entspricht, in eine zweite Ventilendlage E2, E2', die beispielsweise einer teilweise (E2': Teilhub) oder maximal geöffneten (E2: Vollhub) Ventilposition entspricht, überführt wird und umgekehrt. Bei der Regelung des Elektromotors 4 wird der Rotor und damit das mit dem Rotor wirkverbundene Betätigungselement 6, 6a, 6b in seiner Position entsprechend gesteuert, so dass der Rotor bzw. das Betätigungselement 6, 6a, 6b analog zur Schließposition E1 des Gaswechselventils 2 eine Position im Wegebereich des Nockengrundkreises, z.B. im Wegebereich zwischen R1 und R1' einnehmen wird und analog zur zweiten Endlage E2, E2' eine Position im Wegebereich des Nockens 6a, 6b, z.B. im Wegebereich zwischen R2 und R2' einnehmen wird. Das System ist idealerweise so ausgelegt, dass das Betätigungselement 6, 6a, 6b bei Ausschluss (gezielte Nichtberücksichtigung) der Umgebungseinflüsse (insbesondere Reibung und Gasgegendruck) den Weg zwischen zwei Endpositionen R1 – R2 (Vollhub) oder R1'–R2' (Teilhub) ohne Einspeisung zusätzlicher Energie, also ohne aktiven Antrieb durch die Antriebseinrichtung 4, zurücklegt und somit nur bei den in der Praxis auftretenden Umgebungseinflüssen unterstützend eingreift. Das System ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es in den Maximalendlagen R1, R2 des Rotors (Schwingungsendlagen bei maximalem Schwingungshub) sich jeweils in einer metastabilen momentenneutralen Position befindet, in der sich die auftretenden Kräfte in einem Kräftegleichgewicht befinden und in der der Rotor ohne Aufbringung einer zusätzlichen Haltekraft gehalten ist.

Im Besonderen ist in der ersten metastabilen und momentenneutralen Position R1 (in 1 dargestellt) das Gaswechselventil 2 geschlossen und somit die Schließfeder 10 unter Beibehaltung einer Rest-Vorspannung maximal entspannt, während die Öffnungsfeder 12 maximal vorgespannt ist. Die Kraft der vorgespannten Öffnungsfeder 12 wird über ein ortsfestes Abstützelement 6c der Nockenwelle 6 auf diese übertragen und ist in der Position R1 genau durch den Mittelpunkt der Nockenwelle 6 gerichtet und somit quasi neutralisiert. Auch die aufgrund der Rest-Vorspannung vorhandene Kraft der Schließfeder 10 wird in der beschriebenen Position neutralisiert, da diese über den Schlepphebel 8 ebenfalls in den Mittelpunkt der Nockenwelle 6 gerichtet ist.

In der nicht dargestellten zweiten metastabilen und momentenneutralen Position R2 wäre das Gaswechselventil 2 mit seinem Maximalhub gemäß dem Hauptnocken 6b geöffnet und die um das Gaswechselventil 2 herum angeordnete Schließfeder 10 maximal vorgespannt, während die Öffnungsfeder 12 unter Beibehaltung einer Rest-Vorspannung maximal entspannt wäre. Die Anordnung der einzelnen Komponenten ist derart gewählt, dass wiederum die Kraft des maximal vorgespannten Federmittels (jetzt: Schließfeder 10) und des maximal entspannten Federmittels (jetzt: Öffnungsfeder 12) jeweils genau durch dem Mittelpunkt der Nockenwelle 6 gerichtet und somit in dieser Position quasi neutralisiert sind.

Eine dritte, ebenfalls nicht dargestellte, stabile und momentenneutrale Position R0 ist dann vorhanden, wenn das System einen sogenannten abgefallen Zustand einnimmt, in dem die Nockenwelle 6 eine Position zwischen den beiden ersten momentenneutralen Positionen R1, R2 einnimmt. Aus der abgefallenen Position kann das System lediglich mittels einem hohen Energieaufwand wieder herausgebracht werden, in dem beispielsweise durch ein Anschwingen oder Hochschwingen der Rotors die Nockenwelle 6 wieder in eine der beiden ersten metastabilen momentenneutralen Positionen R1, R2 überführt wird oder die Nockenwelle 6 zumindest bis zu einem Teilhub angeschwungen wird, bei dem ein regulärer Betrieb der Drehaktuatorvorrichtung wieder möglich ist.

Analog zu den beschriebenen drei momentenneutralen Positionen R0, R1, R2 für den Betrieb der Vorrichtung mittels dem Hauptnocken 6b können weitere Positionen (nicht dargestellt) für einen sogenannten Minimalhubbetrieb bei Betätigung des zweiten Nocken 6a vorhanden sein. Für diese weiteren drei momentenneutralen Positionen gilt das gleiche, wie für die zuvor beschrieben momentenneutralen Positionen R0, R1, R2.

Bei dem berechneten idealen Ausschwingverhalten schwingt der Rotor also von einer Endposition E1, E1' in die andere Endposition E2, E2' allein aufgrund der in den Energiespeichermitteln 10, 12 gespeicherten Kräfte ohne Einspeisung einer zusätzlichen Energie, etwa durch den Elektromotor 4.

In dem Fall, dass der Rotor im Teilhubbereich von einer ersten Endlage R1' zu einer korrespondierenden zweiten Endlage R2' schwingt (insbesondere bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine), wäre das ideale Ausschwingverhalten somit das eines Perpetuum mobile (unendliche gleichbleibende Schwingung).

Für den Fall, dass der Rotor im Vollhubbereich von einer ersten Endlage R1 zu einer korrespondierenden zweiten Endlage R2 schwingt (insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine), wäre er jeweils in den Endlagen R1, R2 in einer momentenneutralen Position gehalten und müsste aus dieser Position jeweils durch Einbringung einer impulsartigen Anstoßenergie (Motorimpuls) wieder veranlasst werden die nächste Schwingung in die andere Endlage vorzunehmen.

Dadurch, dass die Sollbahnen für Vollhub und für Teilhub dem Ausschwingverhalten der Drehaktuatorvorrichtung ohne Reibungsverluste und ohne Gasgegendrücke entsprechen wird gewährleistet, dass die Regeleinrichtung 20 den Elektromotor 4 ausschließlich zum Ausgleich der in der Praxis stets vorhandenen Reibungsverluste und der auftretenden Gasgegendrücke ansteuert. Da Reibungsverluste hauptsächlich bei hohen Rotordrehzahlen auftreten, muss der Elektromotor 4 bei hohen Drehzahlen die größte Leistung abgeben. Da dies mit dem energieoptimalen Betriebspunkt des Elektromotors 4 zusammenfällt, kann durch die Regelung anhand idealisierter Sollbahnen des zu betreibenden Aktuatorsystems ein energiesparsamer Betrieb des selben gewährleistet werden.

In 2 ist der Momentenverlauf der beiden Energiespeichermittel 10, 12 (Öffnungs- und Schließfeder) der Drehaktuatorvorrichtung, die auf ein Gaswechselventil wirken und der sich einstellende Hubverlauf des betätigten Gaswechselventils 2 schematisch in einem Diagramm dargestellt. Dabei zeigt die Kurve KM_Schließfeder den Momentenverlauf der Schließfeder 10 und die Kurve KM_Öffnungsfeder den Momentenverlauf der Öffnungsfeder 12 während des Öffnungsvorgangs eines Gaswechselventils 2. Zur Veranschaulichung des Öffnungsvorgangs ist analog in der Kurve KHubverlauf der Hubverlauf des angesteuerten Gaswechselventils 2 dargestellt. Darüber hinaus sind die sich einstellenden momentenneutralen Positionen R0, R1, R2 in den Punkten P0, P1, P2 veranschaulicht. Die erste metastabile und momentenneutrale Position R1 des Rotors bzw. des Betätigungselements 6, 6a, 6b, während des Schließzustand des Gaswechselventils 2 bei Vollhub, stellt sich im Punkt P1 zu dem Zeitpunkt ein, wenn sich die Öffnungsfederkurve KM_Öffnungsfeder und die Schließfederkurve KM_Schließfeder bei positiv ansteigendem Kurvenverlauf der Öffnungsfederkurve KM_Öffnungsfeder schneiden. Die zweite metastabile und momentenneutrale Position R2 des Rotors bzw. des Betätigungselements 6, 6a, 6b während des Öffnungsvorgangs des Gaswechselventils 2 bei Vollhub stellt sich im Punkt P2 zu dem Zeitpunkt ein, wenn sich die Öffnungsfederkurve KM_Öffnungsfeder und die Schließfederkurve KM_Schließfeder bei abfallendem Kurvenverlauf der Öffnungsfederkurve KM_Öffnungsfeder und ebenfalls abfallendem Kurvenverlauf der Schließfederkurve KM_Schließfeder schneiden. Die vorstehend beschriebene stabile Zwischenposition R0 (auch abgefallene oder abgeschwungene Position genannt) liegt dann vor, wenn sich Öffnungsfederkurve KM_Öffnungsfeder und Schließfederkurve KM_Schließfeder dann schneiden, wenn die Öffnungsfederkurve KM_Öffnungsfeder während ihres abfallenden Verlaufs die ansteigende Schließfederkurve KM_Schließfeder schneidet.

Die dargestellten Momentenverläufe sind proportional zum jeweiligen resultierenden Rückstellmoment der Federkräfte und damit proportional zur Stromaufnahme des Elektromotors 4. Ausgehend von einer metastabilen Endposition R1 oder R2 in die der Rotor bzw. das mit diesem drehfest verbundene Betätigungselement 6, 6a, 6b aufgrund einer vorgegebenen Steuerzeit unter Verwendung des Messsignals des Wegsensors überführt wird, wird in bestimmten Intervallen geprüft ob dass Messsignal des Wegsensors korrekt ist. In einer eingenommenen Endposition R1, R2 versucht jeweils die Öffnungsfeder bzw. die Schließfeder 12, 10 die Rotorwelle mittels der gespeicherten Federkraft zu beschleunigen, wenn sich die Rotorwelle aus der jeweiligen Endposition bei Vollhub wegbewegt. Durch ein langsames gesteuertes Verfahren (Bewegen, insbesondere vor und zurück) des Rotors nahe der jeweiligen metastabilen momentenneutralen Position R1, R2 des Vollhubs kann an den sich einstellenden Stromwerten für die Stromaufnahme des Elektromotors 4 die tatsächliche Momentennullstelle, die von der per Wegsensor ursprünglich vorgegebenen per vorgegebener Wegstrecke definierten Nullstelle abweichen kann, gefunden werden. Durch Ermittlung des Stromminimums während der vorgenommenen gesteuerten Rotorbewegung zum Zwecke der Wegsensorkalibrierung, kann die tatsächliche momentenneutrale Position bestimmt werden.

In einer zweiten möglichen Ausführung der Erfindung erfolgt die Kalibrierung des Wegsensors indem der Rotor durch gezielte Ansteuerung des Elektromotors 4 über die Regeleinrichtung 20 oder eine andere Regel- oder Steuereinheit in eine zwischen den beiden metastabilen momentenneutralen Positionen bzw. Endlagen (R1, R2; E1, E2) befindliche momentenneutrale stabile Zwischenposition R0 überführt wird und die eingenommene Zwischenposition R0 als Nullabgleich (bzw. als Kalibrierungspunkt) für die Kalibrierung des Wegsensors dient.

Diese Wegsensorkalibrierung eignet sich jedoch ausschließlich für die Kalibrierung während (geringen) Drehzahlen der zu steuernden Brennkraftmaschine in denen eine ausreichende Verweildauer des Rotors in den Endpositionen R1, R2 gewährleistet ist, da nur während der Verweildauer des Rotors in den momentenneutralen Endpositionen R1, R2 der Rotor wie beschrieben zum Zwecke der Kalibrierung bewegt werden kann. Bei hohen Drehzahlen erreicht der Rotor in der Regel die momentenneutralen Endpositionen nicht, so dass hier eine derartige Kalibrierung nicht möglich ist. Ein Bewegen bzw. Verfahren des Rotors in der Zwischenposition ist nicht erforderlich, da diese Position im Gegensatz zu den Metastabilen Positionen R1, R2 ein-eindeutig definiert ist und so unmittelbar anhand der eingenommenen stabilen Mittellageposition R0 der Wegsensor überprüft und ggf. berichtigt werden kann.

Schließlich ist in einer möglichen Weiterbildung der Erfindung eine Fehlererkennung vorgesehen. Die Fehlererkennung erfolgt dabei auf einfache Weise, indem die Wegabstände bzw. Rotorwinkelbereiche zwischen den momentenneutralen Positionen R1, R2, R0 oder zwischen einem ortsfesten Bezugspunkt und einem oder mehreren der momentenneutralen Positionen mit einem Referenzabstand bzw. Referenzwinkelbereich verglichen wird und bei Abweichung um einen vorbestimmten Wert ein Fehlersignal generiert wird.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Kalibrierung eines Wegsensors einer Drehaktuatorvorrichtung zur Ansteuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine,

    wobei die Drehaktuatorvorrichtung umfasst:

    – einen steuerbaren Elektromotor (4) mit einem Betätigungselement (6, 6a, 6b) zum Betätigen des Gaswechselventils (2),

    – zwei in entgegengesetzte Antriebsrichtungen auf das Gaswechselventil (2) wirkende Energiespeichermittel (10, 12),

    – und eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromotors (4) derart, dass das Gaswechselventil (2) von einer ersten Endlage (E1), in der das über den Rotor des Elektromotors (4) angetriebene Betätigungselement (6, 6a, 6b) und damit ebenfalls der Rotor sich in einer der ersten Endlage (E1) zugeordneten metastabilen momentenneutralen Position (R1) befindet, in eine zweite Endlage (E2), in der das Betätigungselement (6, 6a, 6b) bzw. der Rotor sich in einer der zweiten Endlage (E2) zugeordneten metastabilen momentenneutralen Position (R2) befindet, überführt wird und umgekehrt,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    ausgehend von einer momentenneutralen Position (R1; R2) der Elektromotor (4) derart angesteuert wird, dass der Rotor um eine Wegstrecke in zumindest eine Richtung aus der momentenneutralen Position (R1; R2) herausbewegt wird,

    – die hieraus resultierende Stromaufnahme des Elektromotors (4) erfasst wird,

    – und in Abhängigkeit von den sich einstellenden Stromwerten für die Stromaufnahme des Elektromotors eine neue Rotorposition (R1*, R2*) zur Kalibrierung des Wegsensors ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor in beide Richtungen aus seiner momentenneutralen Position (R1; R2) um eine Wegstrecke herausbewegt wird und in Abhängigkeit von den sich einstellenden Stromwerten für die Stromaufnahme des Elektromotors eine neue momentenneutrale Position (R1*, R2*) ermittelt wird.
  3. Verfahren zur Kalibrierung eines Wegsensors einer Drehaktuatorvorrichtung zur Ansteuerung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine,

    wobei die Drehaktuatorvorrichtung umfasst:

    – einen steuerbaren Elektromotor (4) mit einem Betätigungselement (6, 6a, 6b) zum Betätigen des Gaswechselventils (2),

    – zwei in entgegengesetzte Antriebsrichtungen auf das Gaswechselventil (2) wirkende Energiespeichermittel (10, 12),

    – und eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromotors (4) derart, dass das Gaswechselventil (2) von einer ersten Endlage (E1), in der das über den Rotor des Elektromotors (4) angetriebene Betätigungselement (6, 6a, 6b) und damit ebenfalls der Rotor sich in einer der ersten Endlage (E1) zugeordneten metastabilen momentenneutralen Position (R1) befindet, in eine zweite Endlage (E2), in der das Betätigungselement (6, 6a, 6b) bzw. der Rotor sich in einer der zweiten Endlage (E2) zugeordneten metastabilen momentenneutralen Position (R2) befindet, überführt wird und umgekehrt,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    – der Elektromotor (4) derart angesteuert wird, dass der Rotor bzw. das Betätigungselement (6, 6a, 6b) in eine zwischen den beiden metastabilen momenteneutralen Positionen bzw. Endlagen (R1, R2; E1, E2) befindliche momentenneutrale stabile Zwischenposition (R0) überführt wird und anhand der eingenommenen stabilen Zwischenposition (R0) eine Kalibrierung des Wegsensors erfolgt.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegstrecke bzw. der Rotorwinkel zwischen mindestens zwei momentenneutralen Positionen (R0, R1, R2) des Rotors oder zwischen einem ortsfesten Bezugspunkt und einer metastabilen momentenneutralen Position des Rotors (R1, R2) überwacht wird und bei Abweichung um einen vorbestimmten Wert von einem vorgegebenen Referenzwert ein Fehlersignal generiert wird.
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