DE10081875B4

DE10081875B4 - Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung mit hydraulisch entriegelbarer Startverriegelung

Info

Publication number: DE10081875B4
Application number: DE10081875.7T
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Schmaler Jens; Dipl.-Ing. Ottersbach Rainer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1999-06-26
Filing date: 2000-05-27
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2020-05-28
Also published as: US6491009B1; DE19929394A1; DE10081875D2; WO2001002703A1

Abstract

Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung eine Nockenwellen-Verstelleinrichtung mit hydraulisch entriegelbarer Startverriegelung ist, welche folgende Merkmale aufweist: – die Vorrichtung (1) ist als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet und besteht aus einem mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden kurbelwellenfesten Bauteil (4) sowie aus einem drehfest mit der Nockenwelle (3) verbundenen nockenwellenfesten Bauteil (5), – das kurbelwellenfeste Bauteil (4) steht mit dem nockenwellenfesten Bauteil (5) über mindestens einen innerhalb der Vorrichtung (1) gebildeten hydraulischen Arbeitsraum (6) in Kraftübertragungsverbindung, – ein Verstellelement (7) innerhalb der Vorrichtung (1) unterteilt jeden hydraulischen Arbeitsraum (6) der Vorrichtung (1) in eine A-Druckkammer (8) und eine B-Druckkammer (9), – bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeaufschlagung der A- und/oder B-Druckkammer (8, 9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) erfolgt eine Schwenkbewegung oder Fixierung des nockenwellenfesten Bauteils (5) gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4), – die Druckbeaufschlagung der A- und/oder B-Druckkammer (8, 9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) wird durch den letztlich elektromagnetisch betätigten Ventilkolben eines Hydraulikventils (10) gesteuert, dessen Elektromagnet (11) von einem Mikroprozessor (12) in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angesteuert wird, – der Ventilkolben des Hydraulikventils (10) ermöglicht bei unbestromten bzw. niedrig bestromten Elektromagneten (11) eine Druckbeaufschlagung der B-Druckkammer (8), bei hoch bzw. maximal bestromten Elektromagneten (11) eine Druckbeaufschlagung der A-Druckkammer (9) und in einer Mittellage ein Halten des Druckmitteldrucks (P) in beiden Druckkammern (8, 9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) der Vorrichtung (1), ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, welches insbesondere vorteilhaft an Nockenwellen-Verstelleinrichtungen mit hydraulisch entriegelbarer Startverriegelung realisierbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Verfahren bezieht sich insbesondere auf solche Nockenwellen-Verstelleinrichtungen, wie sie gattungsgemäß aus der DE 197 26 300 A1 vorbekannt sind. Diese, in der Fachwelt allgemein als Axialkolben- bzw. Rotationskolben-Verstelleinrichtungen bezeichneten Vorrichtungen sind im wesentlichen als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet, der aus einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden kurbelwellenfesten Bauteil und aus einem drehfest mit der Nockenwelle verbundenen nockenwellenfesten Bauteil besteht. Das kurbelwellenfeste Bauteil steht dabei mit dem nockenwellenfesten Bauteil über mindestens einen innerhalb der Vorrichtung gebildeten hydraulischen Arbeitsraum in Kraftübertragungsverbindung, wobei jeder hydraulische Arbeitsraum durch ein Verstellelement innerhalb der Vorrichtung in eine sogenannte A-Druckkammer und eine B-Druckkammer unterteilt wird. Durch wahlweise oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung der A- und/oder B-Druckkammer jedes Arbeitsraumes wird somit eine Schwenkbewegung oder Fixierung des nockenwellenfesten Bauteils gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil realisiert, wobei die Druckbeaufschlagung der Druckkammern durch den letztlich elektromagnetisch betätigten Ventilkolben eines Hydraulikventils geregelt wird, dessen Elektromagnet von einem Mikroprozessor in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Dieser Ventilkolben des Hydraulikventils ermöglicht üblicherweise bei unbestromten bzw. niedrig bestromten Elektromagneten eine Druckbeaufschlagung der B-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes, bei hoch bzw. maximal bestromten Elektromagneten eine Druckbeaufschlagung der A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes und in einer Mittellage ein Halten des Druckmitteldrucks in beiden Druckkammern jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung. Nach Abschaltung der Brennkraftmaschine ist darüber hinaus das nockenwellenfeste Bauteil unter Volumenminimierung der A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes in einer für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugten Basisposition mit dem kurbelwellenfesten Bauteil mechanisch koppelbar, indem am nockenwellenfesten Bauteil oder am kurbelwellenfesten Bauteil ein zusätzliches Verriegelungselement angeordnet ist, welches durch ein Federelement in eine Koppelstellung innerhalb einer komplementären Aufnahme im kurbelwellenfesten Bauteil oder im nockenwellenfesten Bauteil bewegbar ist. Diese komplementäre Aufnahme des Verriegelungselementes ist mit der Druckmittelzuführung zu zumindest einer volumenminimierten A-Druckkammer eines hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung hydraulisch verbunden, so daß beim Start der Brennkraftmaschine durch Druckbeaufschlagung der volumenminimierten A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes gleichzeitig die Aufnahme des Verriegelungselementes druckbeaufschlagt wird und dieses entgegen der Kraft seines Federelementes hydraulisch in eine Entkoppelstellung bewegt.
Diese ansteuerungstechnisch zumeist durch maximale Bestromung des Elektromagneten erfolgende schlagartige Druckbeaufschlagung der volumenminimierten A-Druckkammer hat sich in der Praxis jedoch dahingehend als nachteilig erwiesen, daß der plötzliche Druckanstieg in allen volumenminimierten A-Druckkammern ein Verspannmoment auf das Verriegelungselement bewirkt, welches insbesondere dann, wenn das mittlere Schleppmoment der Nockenwelle in die gleiche Richtung wirkt und/oder dann, wenn die Zeit zum Aufbau dieses Verspannmomentes kürzer ist als die Zeit zum Bewegen des Verriegelungselementes in seine Entkoppelstellung, für ein Verklemmen des Verriegelungselementes in seiner Koppelstellung ursächlich ist. Dadurch ist eine Relativverdrehung zwischen dem nockenwellenfesten Bauteil und dem kurbelwellenfesten Bauteil mit einem vom Mikroprozessor anschließend vorgegebenen Sollwinkel nicht mehr möglich, so daß es als Folge dessen z. B. bei einlaßseitigen Nockenwellen-Verstelleinrichtungen zu Leistungsdefiziten der Brennkraftmaschine oder bei auslaßseitigen Nockenwellen-Verstelleinrichtungen zu erhöhten Emissionswerten der Brennkraftmaschine kommt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung mit hydraulisch entriegelbarer Startverriegelung, zu konzipieren, mit welchem ein Verklemmen des Verriegelungselementes in seiner Koppelstellung auch dann, wenn ein aus einer Druckbeaufschlagung resultierendes Verspannmoment und ein mittleres Schleppmoment der Nockenwelle in die gleiche Richtung bewegungshemmend auf das Verriegelungselement wirken, sicher vermieden wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Elektromagnet des Hydraulikventils beim Start der Brennkraftmaschine nach einem Ansteuerungsverfahren gemäß den Punkten a) bis e) des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 betrieben wird.
Nach diesem erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahren wird der Elektromagnet des Hydraulikventils zunächst sprungartig mit einer Bestromung unterhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydrauilkventils notwendigen Stärke in einer definierten Zeitdauer derart angesteuert, daß zunächst nur die B-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung mit einem Druckmitteldruck beaufschlagt wird, mit dem das nockenwellenfeste Bauteil hydraulisch in seiner Basisposition gehalten wird. Anschließend erfolgt ein allmählicher Anstieg der Bestromung des Elektromagneten auf eine oberhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils notwendigen Stärke in einer weiteren definierten Zeitdauer derart, daß nach dem Passieren der Mittellage des Ventilkolbens auch die volumenminimierte A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung und damit auch die Aufnahme des Verriegelungselementes mit einem Druckmitteldruck beaufschlagt wird. Während dieser Zeitdauer der allmählichen Bestromung oder wahlweise auch daran anschließend wird dann durch den Mikroprozessor überprüft, ob das nockenwellenfeste Bauteil gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil einen Verstellwinkel außerhalb seiner Basisposition eingenommen hat und damit das Verriegelungselement in seine Entkoppelstellung verschoben wurde. Wird dabei durch den Mikroprozessor festgestellt, daß das nockenwellenfeste Bauteil sich unverändert in seiner Basisposition bzw. das Verriegelungselement in seiner Koppelstellung befindet, erfolgt der Abbruch der aus dem sprungartigen Ansteuern, dem allmählichen Stromanstieg und der Positionsüberprüfung des Mikroprozessors bestehenden Routine sowie eine Wiederholung derselben so lange, bis der Mikroprozessor einen Verstellwinkel des nockenwellenfesten Bauteils gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil außerhalb seiner Basisposition und damit die Einnahme der Entkoppelstellung des Verriegelungselementes registriert hat. Nach der Feststellung eines solchen Verstellwinkels des nockenwellenfesten Bauteils durch den Mikroprozessor erfolgt ebenfalls der Abbruch der Routine und abschließend wird der Elektromagnet des Hydraulikventils mit einer durch den Mikroprozessor vorgegebenen Bestromung angesteuert, welche zum Erreichen oder Halten einer geregelten Winkelstellung des nockenwellenfesten Bauteils gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteils notwendig ist.
In zweckmäßiger Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es darüber hinaus vorgeschlagen, den Elektromagneten des Hydraulikventils bevorzugt durch eine pulsweitenmodulierte Spannungsteuerung anzusteuern und diese derart auszulegen, daß dessen Bestromung beim Start der Brennkraftmaschine zu Beginn der Ansteuerung bevorzugt sprungartig von 0% auf 5% unterhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils notwendigen Stärke ansteigt und danach zum Passieren der Mittellage des Ventilkolbens relativ langsam von 5% unterhalb auf 5% oberhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils notwendigen Stärke angehoben wird. Nach Feststellung eines Verstellwinkels des nockenwellenfesten Bauteils außerhalb seiner Basisposition durch den Mikroprozessor ist die pulsweitenmodulierte Spannungssteuerung dagegen bevorzugt derart ausgelegt, daß die Bestromung des Elektromagneten des Hydraulikventils nochmals sprungartig auf einen Wert zwischen 5% oberhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils notwendigen Stärke und 100% der Maximalstärke ansteigt, je nachdem welche geregelte Winkelstellung des nockenwellenfesten Bauteils gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil als nächstes erreicht werden soll. Anstelle einer derart ausgelegten pulsweitenmodulierten Spannungssteuerung ist es jedoch auch möglich, eine derartige Bestromung des Elektromagneten mit einer an sich bekannten Stromregelung zu realisieren.
Als weitere Konkretisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es schließlich noch vorgeschlagen, daß die sprungartige Ansteuerung des Elektromagneten des Hydraulikventils sowohl vor als auch nach dem Passieren der Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils jeweils bevorzugt in einer Zeitdauer zwischen 5 ms und 10 ms erfolgt, während das Passieren der Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils selbst bevorzugt auf eine Zeitdauer im Bereich von 100 ms bis 300 ms begrenzt ist. In der Praxis hat es sich dabei gezeigt, daß zumeist bereits nach einer spätestens jedoch nach zwei durchgeführten Routinen das Verriegelungselement sicher seine Entkoppelstellung einnimmt und mit der Vorrichtung eine beliebige geregelte Winkelstellung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle der Brennkraftmaschine realisiert werden kann. Die zu Beginn der Routine erfolgende kurze Druckbeaufschlagung der B-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes erfolgt dabei zu dem Zweck, das durch das Schleppmoment der Nockenwelle um das funktionsbedingte Bewegungsspiel des Verriegelungselementes verdrehte (bis zu 1° Kurbelwellenwinkel) und das Verriegelungselement ggf. verklemmende nockenwellenfeste Bauteil wieder in eine Position zurückzustellen, in der das Verriegelungselement für die nachfolgende Druckbeaufschlagung der A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung frei beweglich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung mit hydraulisch entriegelbarer Startverriegelung, ermöglicht somit gegenüber den Ansteuerungsverfahren zu gleichartigen Vorrichtungen aus dem bekannten Stand der Technik, daß beim Start der Brennkraftmaschine ein Verklemmen des Verriegelungselementes in seiner Koppelstellung auch dann wirksam vermieden wird, wenn ein aus der Druckbeaufschlagung der volumenminimierten A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung resultierendes Verspannmoment und ein mittleres Schleppmoment der Nockenwelle in die gleiche Richtung bewegungshemmend auf das Verriegelungselement wirken. Die erfindungsgemäße Bestromung des Elektromagneten des Hydraulikventils in der Art, daß erst kurz die B-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes druckbeaufschlagt wird und anschließend langsam die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils durchfahren sowie die A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes druckbeaufschlagt wird, gewährleistet eine sichere Bewegung des Verriegelungselementes in seine Entkoppelstellung und damit ein zuverlässiges Entriegeln der Startverriegelung der Vorrichtung. Dadurch sind bereits unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine Relativverdrehungen zwischen dem nockenwellenfesten Bauteil und dem kurbelwellenfesten Bauteil der Vorrichtung in vom Mikroprozessor vorgegebenen Sollwinkeln zueinander möglich und negative Folgeerscheinungen, wie verminderte Leistung oder erhöhte Emission der Brennkraftmaschine, ausgeschlossen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:
1 einen Querschnitt gemäß dem Schnitt B-B nach 2 durch eine an einer Nockenwelle montierte Nockenwellen-Verstelleinrichtung mit schematisch dargestellter Druckmittelsteuerung;
2 eine Draufsicht auf eine Nockenwellen-Verstelleinrichtung gemäß dem Schnitt A-A nach 1;
3 ein Strom-Zeit-Diagramm mit dem Stromverlauf im Elektromagneten des Hydraulikventils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
4 ein Druck-Zeit-Diagramm mit den Druckverläufen in der A- und B-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 und 2 zeigen eine zu den sogenannten Rotationskolben-Verstelleinrichtungen gehörende und als Flügelzellenversteller bezeichnete Vorrichtung 1 zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, anhand derer das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert wird. Diese, ebenso wie die sogenannten Axialkolben-Verstelleinrichtungen im wesentlichen als hydraulischer Stellantrieb ausgebildete Vorrichtung 1 ist am antriebsseitigen Ende einer im Zylinderkopf 2 der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle 3 angeordnet und besteht in bekannter Weise aus einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden kurbelwellenfesten Bauteil 4 sowie aus einem drehfest mit der Nockenwelle 3 verbundenen nockenwellenfesten Bauteil 5, die über mindestens einen innerhalb der Vorrichtung 1 gebildeten hydraulischen Arbeitsraum 6 in Kraftübertragungsverbindung stehen. Das kurbelwellenfeste Bauteil 4 wird dabei, wie aus den 1 und 2 hervorgeht, durch ein als Außenrotor ausgebildetes Antriebsrad 17 gebildet, welches einen durch eine hohlzylindrische Umfangswand 18 und zwei Seitenwände 19, 20 gebildeten Hohlraum 21 aufweist, in dem durch fünf von der Umfangswand 18 ausgehende und zur Längsmittelachse der Vorrichtung 1 gerichtete Begrenzungswände 22 im konkreten Fall fünf der hydraulischen Arbeitsräume 6 gebildet werden. Das nockenwellenfeste Bauteil 5 wird dagegen durch ein als Innenrotor ausgebildetes Flügelrad 23 gebildet, welches in den Hohlraum 21 des Antriebsrades 17 eingesetzt ist und an seiner Radnabe 24 dementsprechend fünf sich radial in jeweils eine hydraulische Arbeitskammer 6 erstreckende Flügel 25 aufweist. Dieses, als Verstellelement 7 innerhalb der Vorrichtung 1 ausgebildete Flügelrad 23 unterteilt mit seinen Flügeln 25 jeden hydraulischen Arbeitsraum 6 der Vorrichtung 1 in eine A-Druckkammer 8 und eine B-Druckkammer 9, die bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung oder Fixierung des Flügelrades 23 gegenüber dem Antriebsrad 17 und damit der Nockenwelle 3 gegenüber der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bewirken. Die Druckbeaufschlagung der A- und/oder B-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes 6 wird dabei durch den elektromagnetisch betätigten Ventilkolben eines in 1 schematisch dargestellten Hydraulikventils 10 geregelt, dessen Elektromagnet 11 von einem in 1 ebenfalls nur schematisch dargestellten Mikroprozessor 12 in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Das mit einer Druckmittelpumpe 26 und einem Druckmitteltank 27 verbundene sowie als 4/3-Wege-Proportionalventil ausgebildete Hydraulikventil 10 ermöglicht in der in 1 dargestellten, einem unbestromten bzw. niedrig bestromten Elektromagneten 11 entsprechenden Stellung seines Ventilkolbens eine Druckbeaufschlagung der B-Druckkammer 9, in der einem hoch bzw. maximal bestromten Elektromagneten 11 entsprechenden Stellung seines Ventilkolbens eine Druckbeaufschlagung der A-Druckkammer 8 und in einer Mittelstellung seines Ventilkolbens ein Halten des Druckmitteldrucks in beiden Druckkammern 8, 9 jedes hydraulischen Arbeitsraumes 6 der Vorrichtung 1.
Ein weiteres Merkmal der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung 1 ist es, daß deren als Flügelrad 23 ausgebildetes nockenwellenfestes Bauteil 5 nach Abschaltung der Brennkraftmaschine unter Volumenminimierung der A-Druckkammern 8 der hydraulischen Arbeitsräume 6 in einer für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugten Basisposition mit dem als Antriebsrad 17 ausgebildeten kurbelwellenfesten Bauteil 4 mechanisch koppelbar ist. Je nachdem, ob die Vorrichtung 1 eine Einlaß- oder Auslaßnockenwelle verstellt, entspricht diese Basisposition jeweils einer bei Anschlag der Flügel 25 des Flügelrades 23 an die eine oder die andere Begrenzungswand 22 jeder Arbeitskammer 6 erreichten „Spätstellung” oder „Frühstellung” der Nockenwelle 3 gegenüber der Kurbelwelle, wobei die Darstellung gemäß 2 einer mit einer Auslaßnockenwelle verbundenen Vorrichtung 1 mit nahezu in Basisposition, also in „Frühstellung”, gedrehtem Flügelrad 23 entspricht. Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, erfolgt die mechanische Koppelung dabei durch ein in einer nicht näher bezeichneten Axialbohrung in der Radnabe 24 des Flügelrades 23 beweglich angeordnetes pinartiges Verriegelungselement 13, welches durch ein Federelement 14 in eine der Darstellung in 1 entsprechende Koppelstellung innerhalb einer komplementären Aufnahme 15 in der Seitenwand 19 des Antriebsrades 17 bewegbar ist. In 2 ist hierzu noch zu sehen, daß die komplementäre Aufnahme 15 des Verriegelungselementes 13 innerhalb der Druckmittelzuführung 16 zu einer volumenminimierten A-Druckkammer 8 eines hydraulischen Arbeitsraumes 6 der Vorrichtung 1 angeordnet ist, so daß beim Start der Brennkraftmaschine durch die Druckbeaufschlagung der A-Druckkammern der hydraulischen Arbeitsräume 6 gleichzeitig die Aufnahme 15 des Verriegelungselementes 13 druckbeaufschlagt und dieses entgegen der Kraft seines Federelementes 14 hydraulisch in seine Entkoppelstellung in der Axialbohrung in der Radnabe 24 des Flügelrades 23 bewegt wird. Um nun beim Start der Brennkraftmaschine ein durch schlagartige Druckbeaufschlagung der volumenminimierten A-Druckkammern 8 der hydraulischen Arbeitsräume 6 auf das Verriegelungselement 13 wirkendes Verspannmoment zu vermeiden, welches zusammen mit dem ggf. in die gleiche Richtung wirkenden mittleren Schleppmoment der Nockenwelle 3 für ein Verklemmen des Verriegelungselementes 13 in seiner Koppelstellung ursächlich ist, wird der Elektromagnet 11 des Hydraulikventils 10 zur verklemmungsfreien Bewegung des Verriegelungselementes 13 in seine Entkoppelstellung mit einer erfindungsgemäßen Regelstrategie betrieben, die in den 3 und 4 durch entsprechende Kurvendiagramme graphisch dargestellt ist. Diesen Diagrammen ist dabei entnehmbar, daß der Elektromagnet 11 des Hydraulikventils 10 beim Start der Brennkraftmaschine in einer ersten Phase 28 in einer Zeit t von 5 ms bis 10 ms sprungartig mit einer Bestromung I von 0% auf 5% unterhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils 10 notwendigen Stärke angesteuert wird, so daß zunächst nur die B-Druckkammern 9 der hydraulischen Arbeitskammern 6 der Vorrichtung 1 mit einem der durchgehenden Druckverlaufskurve in 4 entsprechenden Druckmitteldruck P_B beaufschlagt werden, mit dem das Flügelrad 23 hydraulisch in seiner Basisposition gehalten wird. In einer zweiten Phase 29 erfolgt dann in einer Zeit t zwischen 100 ms und 300 ms ein allmählicher Anstieg der Bestromung I von 5% unterhalb auf 5% oberhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils 10 notwendigen Stärke, so daß nach dem Passieren der Mittellage des Ventilkolbens auch die volumenminimierten A-Druckkammern 8 der hydraulischen Arbeitsräume 6 der Vorrichtung 1 und damit auch die Aufnahme 15 des Verriegelungselementes 13 mit einem der gestrichelten Druckverlaufskurve in 4 entsprechenden Druckmitteldruck P_A beaufschlagt werden. Während dieses allmählichen Anstieges der Bestromung I erfolgt eine ständige Überprüfung durch den Mikroprozessor 12, ob das Flügelrad 23 gegenüber dem Antriebsrad 17 einen Verstellwinkel außerhalb seiner Basisposition eingenommen hat. Spätestens nach Ablauf der für den allmählichen Anstieg der Bestromung I maximal vorgesehenen 300 ms erfolgt dann bei unveränderter Feststellung der Basisposition des Flügelrades 23 durch den Mikroprozessor 12 ein Abbruch der Routine und eine Wiederholung der ersten und zweiten Phase 28, 29 der Bestromung I des Elektromagneten 11 so lange, bis der Mikroprozessor 12 einen Verstellwinkel des Flügelrades 23 gegenüber dem Antriebsrad 17 außerhalb seiner Basisposition und damit die Einnahme der Entkoppelstellung des Verriegelungselementes 13 registriert hat. Wird ein solcher Verstellwinkel des Flügelrades 23 außerhalb seiner Basisposition durch den Mikroprozessor 12 festgestellt, was nach Durchführung von mehreren Routinen oder auch, wie in den 3 und 4 dargestellt, bereits bei Durchführung der ersten Routine der Fall sein kann, erfolgt ebenfalls der Abbruch der Routine und der Elektromagnet 11 des Hydraulikventils 10 wird in einer dritten Phase 30 in einer Zeit t von 5 ms bis 10 ms nochmals sprungartig mit einer durch den Mikroprozessor 12 vorgegebenen sowie einer geregelten Winkelstellung des Flügelrades 23 gegenüber dem Antriebsrad 17 entsprechenden Bestromung I angesteuert, die im konktreten Beispiel bei 100% der Maximalstärke liegt.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Zylinderkopf
3: Nockenwelle
4: kurbelwellenfestes Bauteil
5: nockenwellenfestes Bauteil
6: hydraulischer Arbeitsraum
7: Verstellelement
8: A-Druckkammer
9: B-Druckkammer
10: Hydraulikventil
11: Elektromagnet
12: Mikroprozessor
13: Verriegelungselement
14: Federelement
15: Aufnahme
16: Druckmittelzuführung
17: Antriebsrad
18: Umfangswand
19: Seitenwand
20: Seitenwand
21: Hohlraum
22: Begrenzungswände
23: Flügelrad
24: Radnabe
25: Flügel
26: Druckmittelpumpe
27: Druckmitteltank
28: erste Phase
29: zweite Phase
30: dritte Phase
I: Bestromung/Strom
t: Zeitdauer/Zeit
P: Druckmitteldruck
P_A: Druckmitteldruck in A-Druckkammer
P_B: Druckmitteldruck in B-Druckkammer

Claims

Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung eine Nockenwellen-Verstelleinrichtung mit hydraulisch entriegelbarer Startverriegelung ist, welche folgende Merkmale aufweist: – die Vorrichtung (1) ist als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet und besteht aus einem mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden kurbelwellenfesten Bauteil (4) sowie aus einem drehfest mit der Nockenwelle (3) verbundenen nockenwellenfesten Bauteil (5), – das kurbelwellenfeste Bauteil (4) steht mit dem nockenwellenfesten Bauteil (5) über mindestens einen innerhalb der Vorrichtung (1) gebildeten hydraulischen Arbeitsraum (6) in Kraftübertragungsverbindung, – ein Verstellelement (7) innerhalb der Vorrichtung (1) unterteilt jeden hydraulischen Arbeitsraum (6) der Vorrichtung (1) in eine A-Druckkammer (8) und eine B-Druckkammer (9), – bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeaufschlagung der A- und/oder B-Druckkammer (8, 9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) erfolgt eine Schwenkbewegung oder Fixierung des nockenwellenfesten Bauteils (5) gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4), – die Druckbeaufschlagung der A- und/oder B-Druckkammer (8, 9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) wird durch den letztlich elektromagnetisch betätigten Ventilkolben eines Hydraulikventils (10) gesteuert, dessen Elektromagnet (11) von einem Mikroprozessor (12) in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angesteuert wird, – der Ventilkolben des Hydraulikventils (10) ermöglicht bei unbestromten bzw. niedrig bestromten Elektromagneten (11) eine Druckbeaufschlagung der B-Druckkammer (8), bei hoch bzw. maximal bestromten Elektromagneten (11) eine Druckbeaufschlagung der A-Druckkammer (9) und in einer Mittellage ein Halten des Druckmitteldrucks (P) in beiden Druckkammern (8, 9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) der Vorrichtung (1), – nach Abschaltung der Brennkraftmaschine ist das nockenwellenfeste Bauteil (5) unter Volumenminimierung der A-Druckkammer (8) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) in einer für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugten Basisposition mit dem kurbelwellenfesten Bauteil (4) mechanisch koppelbar, – die mechanische Koppelung erfolgt durch ein am nockenwellenfesten Bauteil (5) oder am kurbelwellenfesten Bauteil (4) angeordnetes Verriegelungselement (13), welches durch ein Federelement (14) in eine Koppelstellung innerhalb einer komplementären Aufnahme (15) im kurbelwellenfesten Bauteil (4) oder im nockenwellenfesten Bauteil (5) bewegbar ist, – die komplementäre Aufnahme (15) des Verriegelungselementes (13) ist mit einer Druckmittelzuführung (16) zu zumindest einer volumenminimierten A-Druckkammer (8) eines hydraulischen Arbeitsraumes (6) der Vorrichtung (1) hydraulisch verbunden, – beim Start der Brennkraftmaschine wird durch Druckbeaufschlagung der volumenminimierten A-Druckkammer (8) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) gleichzeitig die Aufnahme (15) des Verriegelungselementes (13) druckbeaufschlagt und dieses entgegen der Kraft seines Federelementes (14) hydraulisch in eine Entkoppelstellung bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (11) des Hydraulikventils (10) beim Start der Brennkraftmaschine zur verklemmungsfreien Bewegung des Verriegelungselementes (13) in seine Entkoppelstellung mit folgender Regelstrategie betrieben wird: a) sprungartiges Ansteuern mit einer Bestromung (I) unterhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils (10) notwendigen Stärke in einer definierten Zeitdauer (t) derart, dass zunächst nur die B-Druckkammer (9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) der Vorrichtung (1) mit einem Druckmitteldruck (PB) beaufschlagt wird, mit dem das nockenwellenfeste Bauteil (5) hydraulisch in seiner Basisposition gehalten wird, b) allmählicher Anstieg der Bestromung (I) auf eine oberhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils (10) notwendige Stärke in einer weiteren definierten Zeitdauer (t) derart, dass nach Passieren der Mittellage des Ventilkolbens auch die volumenminimierte A-Druckkammer (8) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) der Vorrichtung (1) und damit auch die Aufnahme (15) des Verriegelungselementes (13) mit einem Druckmitteldruck (PA) beaufschlagt wird, c) während der Zeitdauer (t) des allmählichen Anstieges der Bestromung (I) oder daran anschließend Überprüfung durch den Mikroprozessor (12), ob das nockenwellenfeste Bauteil (5) gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4) einen Verstellwinkel außerhalb seiner Basisposition und damit das Verriegelungselement (13) seine Entkoppelstellung eingenommen hat, d) bei unveränderter Feststellung der Basisposition des nockenwellenfesten Bauteils (5) durch den Mikroprozessor (12) Abbruch der Routine und Wiederholung der Schritte a) bis c) solange, bis der Mikroprozessor (12) einen Verstellwinkel des nockenwellenfesten Bauteils (5) gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4) außerhalb seiner Basisposition und damit die Einnahme der Entkoppelstellung des Verriegelungselementes (13) registriert hat, e) nach Feststellung eines Verstellwinkels des nockenwellenfesten Bauteils (5) außerhalb seiner Basisposition Abbruch der Routine und sprungartige Ansteuerung mit einer durch den Mikroprozessor (12) vorgegebenen Bestromung (I), die einer geregelten Winkelstellung des nockenwellenfesten Bauteils (5) gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (11) des Hydraulikventils (10) durch eine derart ausgelegte pulsweitenmodulierte Spannungssteuerung angesteuert wird, dass dessen Bestromung (I) beim Start der Brennkraftmaschine: – zu Beginn der Ansteuerung sprungartig von 0% auf 5% unterhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils (10) notwendigen Stärke ansteigt, – zum Passieren der Mittellage des Ventilkolbens von 5% unterhalb auf 5% oberhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils (10) notwendigen Stärke ansteigt, und – nach Feststellung eines Verstellwinkels des nockenwellenfesten Bauteils (5) außerhalb seiner Basisposition sprungartig weiter auf einen Wert zwischen 5% oberhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils (10) notwendigen Stärke und 100% der Maximalstärke ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sprungartige Ansteuerung des Elektromagneten (11) des Hydraulikventils (10) vor und nach dem Passieren der Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils (10) jeweils bevorzugt in einer Zeitdauer (t) zwischen 5 ms und 10 ms erfolgt und das Passieren der Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils (10) auf eine Zeitdauer (t) im Bereich von 100 ms bis 300 ms begrenzt ist.