DE102006061104A1

DE102006061104A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Tastverhältnisses für ein Ventil eines Nockenwellenverstellers

Info

Publication number: DE102006061104A1
Application number: DE102006061104A
Authority: DE
Inventors: Jochen Auchter; Marco Dipl.-Ing. Schmitt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-06-26
Also published as: US20100037843A1; US8360020B2; WO2008077674A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Tastverhältnisses für eine Kennlinie für den Betrieb eines elektromechanischen Ventils eines Nockenwellenverstellers angegeben, bei dem eine Umgebungstemperatur und eine Relativbewegung einer Nockenwelle zu einem Bezugspunkt bestimmt wird. In Abhängigkeit einer bestimmten Umgebungstemperatur und anderer Betriebsbedingungen, wie z. B. Motordrehzahl, wird ein Halte-Tastverhältnis ermittelt. Danach wird mindestens ein weiteres Tastverhältnis eines Betriebszustandes für eine Tastverhältnis-Kennlinie für das Ventil ermittelt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Nockenwellenversteller. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Tastverhältnisses für eine Kennlinie für den Betrieb eines elektromechanischen Ventils eines Nockenwellenverstellers, ein Computerprogrammprodukt für ein Motorsteuergerät und einen Datenträger mit einem entsprechenden Computerprogrammprodukt.
Zur Steuerung eines Gaswechsels wird bei einem Viertaktverbrennungsmotor eine Nockenwelle oder Steuerwelle mit der halben Motordrehzahl der Kurbelwelle angetrieben. Die Nockenwelle öffnet mit ihren Nocken die für das Ausschieben der verbrauchten Gase und Ansaugen der Frischgase separat ausgelegten Gaswechselventile gegen den Druck in dem Zylinder und gegen die Kräfte der Ventilfedern. Das Betätigen der Ventile erfolgt hierbei indem die Nocken mechanisch die Ventile betätigen. Dazu ist die Nockenwelle in dem an Nockenfolgern, beispielsweise Tassenstößeln, Schlepphebeln oder Schwinghebeln, anliegen, die wiederum mit den Ventilen in einer Wirkverbindung stehen.
Die Kopplung einer Nockenwelle mit der Kurbelwelle wird über eine Steuerkette, einen Steuerriemen oder eine Zahnradpaarungen hergestellt. Durch diese im Wesentlichen starre Kopplung besteht eine feste Phasenbeziehung zwischen der Drehung der Nockenwelle und der Drehung der Kurbelwelle.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es für den Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere bezüglich des Kraftstoffverbrauchs und der Erhöhung der Leistung, vorteilhaft sein kann, diese feste Phasenbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle während des Betriebs des Motors einzustellen. Mittels hydraulischer oder elektrischer Nockenwellenverstellsysteme ist es möglich, die Phasenbeziehung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle bei Bedarf einzustellen. Ein hydraulisches Nockenwellenverstellsystem weist einen Nockenwellenversteller und ein Ventil auf. Der Nockenwellenversteller arbeitet nach dem Flügelzellenprinzip und ist zwischen dem Steuertrieb und der zu verstellenden Nockenwelle platziert. Für den Fall dass kein Öldruck im Verbrennungsmotor vorhanden ist, z. B. beim Motorstart, besitzt der Nockenwellenversteller noch eine mechanische Verriegelung. Die Verriegelungsposition befindet sich in einer Winkelposition innerhalb des Verstellbereichs des Nockenwellenversteller. Das Ventil kann in Form eines Zentralventils gestaltet sein und steuert den Austausch des Öles zwischen Nockenwellenversteller und Ölkreislauf des Motors. Es ist im Zentrum des Rotors angeordnet. Weiterhin möglich ist die Anordnung eines Ventils im Motor z. B. im Zylinderkopf.
Sobald das Zentralventil von Öl umströmt wird, wird eine Verriegelung, die einen Stator und einen Rotor des Nockenwellenverstellsystems verbindet, ungewollt gelöst, wodurch sich der Rotor, welcher mit der Kurbelwelle verbunden ist, gegenüber dem Stator, welcher über den Steuertrieb mit der Kurbelwelle verbunden ist, verdrehen kann.
Ein Ventil für eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeit einer Brennkraftmaschine ist aus der Druckschrift DE 10 2004 038 252 A1 bekannt. Variable Ventilzeitverhaltensteuereinrichtungen sind darüber hinaus aus den Druckschriften US 2002/0124821 A1 und US 2003/0010303 A1 bekannt.
Bei den bekannten Ventilen kann es im Betrieb zu fehlerhaften Einstellungen kommen. Durch die fehlerhafte Einstellung kann es zu einer unkontrollierten Öffnung einer Verriegelung, der so genannten Mittenverriegelung, kommen, wodurch beispielsweise unerwünschte Geräusche in dem Nockenwellenverstellsystem entstehen können. Diese Geräusche beeinflussen den Fahrkomfort des Fahrzeugs negativ.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen effizienten Betrieb eines Ventils zu ermöglichen.
Demgemäß wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Tastverhältnisses für eine Kennlinie zum Betrieb eines elektromechanischen Ventils eines Nockenwellenverstellers, ein Computerprogrammprodukt für ein Motorsteuergerät und ein Datenträger mit einem entsprechenden Computerprogrammprodukt geschaffen.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Tastverhältnisses für eine Kennlinie zum Betrieb eines elektromechanischen oder elektromagnetischen Ventils eines Nockenwellenverstellers angegeben, wobei mittels des Verfahrens zunächst eine Umgebungstemperatur des Nockenwellenverstellers ermittelt wird. Außerdem wird eine Relativbewegung einer Nockenwelle oder einer ersten Welle zu einem Bezugspunkt ermittelt. Ein Tastverhältnis des elektromechanischen Ventils wird solange eingestellt, bis die Relativbewegung der Nockenwelle zu dem Bezugspunkt im Wesentlichen unterbunden ist. Bei diesem Tastverhältnis kann es sich auch um einen Tastverhältnisbereich oder ein Tastverhältnisintervall handeln.
Das Tastverhältnis kann einem ersten Betriebszustand, in dem eine Position des Nockenwellenverstellers konstant gehalten wird, entsprechen. Liegt ein Tastverhältnis im Wesentlichen in diesem Intervall, dann ist die Relativbewegung der Nockenwelle in Bezug zu dem Bezugspunkt weitestgehend unterbunden. Das ermittelte Tastverhältnis wird als Halte-Tastverhältnis bei der ermittelten Umgebungstemperatur gespeichert. Ausgehend von dem ermittelten Halte-Tastverhältnis wird zumindest ein weiteres Tastverhältnis bei der ermittelten Umgebungstemperatur bestimmt. Dabei entspricht das Tastverhältnis, das gespeichert wird, einem Betriebszustand des Ventils.
Das zumindest eine weitere Tastverhältnis kann einem Betriebszustand des Ventils oder einer Ventilstellung zugeordnet sein. Es lässt sich somit eine Kennlinie ermitteln, die für ein Ventil bei einer ermittelten Umgebungstemperatur gilt. Mittels dieser temperaturabhängigen Kennlinie kann ein Ventil bei einer bestimmten Umgebungstemperatur gesteuert werden. Damit lassen sich Betriebszustände des Ventils zuverlässig anfahren oder einstellen.
Die Bestimmung der Relativbewegung der Nockenwelle zu dem Bezugspunkt kann beispielsweise erfolgen, indem die Phasenlage der Nockenwelle zu einer Kurbelwelle betrachtet wird. Da die Nockenwelle mit dem Rotor eines Nockenwellenverstellers gekoppelt seien kann und die Kurbelwelle mit dem Stator eines Nockenwellenverstellers gekoppelt sein kann, kann auch ein relativer Bezug des Stators zu dem Rotor betrachtet werden.
Durch die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur und insbesondere der Umgebungstemperatur des Nockenwellenverstellers kann eine bessere Einstellung eines Ventils erreicht werden. Es kann folglich auch eine fehlerhafte, d. h. zu frühe oder zu späte Öffnung einer Verriegelung eines Nockenwellenverstellers vermieden werden.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Realisierung eines Motorstops zum Stoppen eines Motors unter Zuhilfenahme eines elektromechanischen Ventils eines Nockenwellenversteller angegeben, wobei das Verfahren zunächst eine Umgebungstemperatur des Nockenwellenverstellers ermittelt. Außerdem wird eine Relativbewegung einer Nockenwelle zu einem Bezugspunkt ermittelt. Ein Tastverhältnis des elektromagnetischen Ventils wird solange eingestellt, bis die Relativbewegung der Nockenwelle zu dem Bezugspunkt im Wesentlichen unterbunden ist. Das ermittelte Tastverhältnis wird als Halte-Tastverhältnis bei der ermittelten Umgebungstemperatur gespeichert. Ausgehend von dem ermittelten Halte-Tastverhältnis wird zumindest ein weiteres Tastverhältnis bei der ermittelten Umgebungstemperatur bestimmt.
Das Verfahren zur Realisierung eines Motorstops weist ferner das Erkennen einer Stopbedingung auf. Nachdem die Stopbedingung erkannt ist, wird die Drehzahl einer Kurbelwelle oder einer zweiten Welle ermittelt, wobei die Drehzahl der zweiten Welle beispielsweise eine Motordrehzahl sein kann und wobei die Drehzahl der Kurbelwelle mit der Drehzahl der Nockenwelle gekoppelt sein kann. Danach wird der Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers abweichend von einem Verriegelungswinkel eingestellt. Insbesondere kann der Verstellwinkel des Nockenwellenverstellers derart abweichend von einem Verriegelungswinkel eingestellt werden, so dass sich eine Phasenabweichung ergibt, die einem frühen Phasenwinkel bezogen auf den Bezugsphasenwlnkel entspricht.
Zum Einstellen des Verstellwinkels wird auf ein ermitteltes oder gespeichertes weiteres Tastverhältnis und auf das Halte-Tastverhältnis zurückgegriffen. Der von dem Verriegelungswinkel abweichende Verstellwinkel wird solange gehalten, bis die Drehzahl der Kurbelwelle den Wert Null erreicht hat.
Das Erkennen einer Stopbedingung kann beispielsweise das Ausschalten eines Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, sein. Aufgrund von Schleppmomenten bei einem auf das Abstellen eines Motors folgenden Motorstart kann es erwünscht sein, dass sich der Nockenwellenversteller beim Abstellen in einer einem frühen Phasenwinkel entsprechenden Stellung befindet. Bei der nächsten Motorstartphase kann der Nockenwellenversteller aufgrund der Schleppmomente automatisch in eine mechanische Verriegelungsposition gebracht werden. Somit kann es erwünscht sein, solange die Drehzahl eines Motors während der Abstellphase von Null abweicht, d. h. solange der Motor noch läuft, den Nockenwellenversteller in einer frühen Phasenlage zu halten. Die Größe der Phasendifferenz kann dabei beliebig eingestellt werden, solange die Abweichung über der Mittenverriegelungsposition liegt.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Realisierung eines Motorstarts unter Zuhilfenahme eines elektromechanischen Ventils eines Nockenwellenversteller angegeben, wobei mittels des Verfahrens zunächst eine Umgebungstemperatur des Nockenwellenverstellers ermittelt wird. Außerdem wird eine Relativbewegung einer Nockenwelle zu einem Bezugspunkt ermittelt. Ein Tastverhältnis des elektromagnetischen Ventils wird solange eingestellt, bis die Relativbewegung der Nockenwelle zu dem Bezugspunkt im Wesentlichen unterbunden ist. Das ermittelte Tastverhältnis wird als Halte-Tastverhältnis bei der ermittelten Umgebungstemperatur gespeichert. Ausgehend von dem ermittelten Halte-Tastverhältnis wird zumindest ein weiteres Tastverhältnis bei der ermittelten Umgebungstemperatur bestimmt.
Das Verfahren zum Starten des Motors weist ferner das Erkennen einer Startbedingung auf. Wenn die Startbedingung, wie beispielsweise das Einschalten der Zündung, erkannt ist, wird der Nockenwellenversteller mittels einer Mechanik, beispielsweise mittels eines Verriegelungsbolzens gehalten, währenddem die Drehzahl einer Kurbelwelle gleich Null ist. Dabei ist die Drehzahl der Kurbelwelle mit der Drehzahl der Nockenwelle gekoppelt. Bei der Motorstartphase wird die Drehzahl der Kurbelwelle erhöht und sobald die Drehzahl von Null abweicht und ein Systemdruck erreicht ist, wird die mechanische Verriegelung gelöst und der Nockenwellenversteller mittels einer Hydraulik gehalten. Dazu wird der Nockenwellenversteller mittels dem Einstellen eines weiteren Tastverhältnisses und/oder mittels dem Einstellen des Halte-Tastverhältnis geregelt.
Die Startbedingung kann dabei das Starten eines Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, mittels eines Zündschlüssel sein. Um Geräusche des Nockenwellenverstellers zu verhindern, kann es erwünscht sein, solange ein Systemdruck noch nicht erreicht ist, den Nockenwellenversteller und insbesondere den Rotor und den Stator des Nockenwellenverstellers in einer festen Phasenlage zueinander zu halten. Ein Systemdruck kann dabei ein Systemmindestdruck sein, der für den Betrieb eines Motors und insbesondere für das Halten und Regeln einer Phasendifferenz zwischen Rotor und Stator mindestens nötig ist. Ein mindestens nötiger Systemdruck kann beispielsweise in einem Bereich von 0,2 bar bis 0,5 bar liegen.
Solange der Systemdruck noch nicht erreicht ist, kann der Rotor mechanisch gehalten werden und sobald ein ausreichender Systemdruck vorhanden ist, kann der Rotor hydraulisch gehalten und geregelt werden.
Da die Nocken- und die Kurbelwelle gekoppelt sein können, kann eine Abhängigkeit zwischen einer Drehung der Nockenwelle und einer Drehung der Kurbelwelle gegeben sein. Daher kann die Erkennung der Drehung der Nockenwelle in gleicher Art und Weise über die Drehung der Kurbelwelle erfolgen, wie die Ermittlung der Drehung der Kurbelwelle über eine Drehung der Nockenwelle erfolgen kann. Damit können Sensoren, die zur Ermittlung der Drehung der entsprechenden Welle eingesetzt werden, an einer Position eingebaut werden, die für eine Montage günstig angeordnet sind. Es kann damit auch auf vorhandene Sensoren zum Ermitteln der Drehung der Nockenwelle oder der Kurbelwelle zurückgegriffen werden. Eine Kurbelwelle kann beispielsweise entsprechende Sensoren zur Ermittlung einer Motordrehzahl aufweisen.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt für ein Motorsteuergerät geschaffen, welches nach einem der oben angeführten Verfahren betreibbar ist, wobei die Routine zur Bestimmung eines Tastverhältnisses durch entsprechende in einer Software hinterlegte Steuerungsbefehle umgesetzt ist.
Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Datenträger mit einem entsprechenden Computerprogrammprodukt geschaffen.
Die Stellung eines elektromechanischen Ventils oder eines elektromagnetischen Ventils kann über eine Stromstärke, welche einem elektromechanischen Wandler zugeführt wird, eingestellt werden. Da im Automobilbau keine Möglichkeit zur Steuerung eines Stromes vorhanden sein mag, kann eine Stromzufuhr zu einem elektromechanischen Wandler bei einer konstanten Versorgungsspannung mittels eines Tastverhältnisses eingestellt werden. Ein Tastverhältnis bedeutet dabei, dass der elektromechanische Wandler während eines Teiles eines periodischen Zeitintervalls mit einer Spannung versorgt wird und während des anderen Teils des periodischen Zeitintervalls die Spannung ausgeschaltet ist.
In der Zeit, in der die Spannung eingeschaltet ist, kann durch den elektromechanischen Wandler ein Strom fließen, der sich aufgrund des elektrischen Widerstands des elektromechanischen Wandler einstellen kann. Dabei kann sich ein Mittelwert des Stromes ergeben, mit dem eine effektive Stromstärke durch den elektromechanischen Wandler einstellbar ist. Ein Tastverhältnis von 0% kann dabei bedeuten, dass während des Zeitintervalls keine Spannung eingeschaltet ist. Hingegen kann ein Tastverhältnis von 100% bedeuten, dass während der gesamten Zeitdauer des Zeitintervalls eine Spannungsversorgung des elektromechanischen Wandlers erfolgt.
Das Tastverhältnis von 0% kann dabei einem Ruhezustand, einem Notlaufzustand oder einem energielosen Zustand entsprechen. Während eines energielosen Zustandes kann der elektromechanische Wandler die geringste Erregung aufweisen. Durch ein Tastverhältnis von 0% kann der elektromechanische Wandler beispielsweise die geringste Auslenkung aufweisen. Dagegen kann während einem Tastverhältnis von 100% eine maximale Auslenkung des elektromechanischen Wandlers eingestellt werden. Durch die Einstellung eines Tastverhältnisses zwischen 0% und 100% kann folglich der Ausschlag des elektromechanischen Wandlers beliebig zwischen einer minimalen und einer maximalen Auslenkung eingestellt werden.
Es kann wünschenswert sein, gezielt einen bestimmten Ausschlag des elektromechanischen Wandlers einzustellen. Dieser bestimmte Ausschlag kann beispielsweise einem Betriebszustand entsprechen, in dem das elektromagnetische Ventil eine definierte Stellung aufweist. Eine solche Stellung kann beispielsweise Zu- und Abflüsse oder sog. Ports des Ventils miteinander verbinden. So lässt sich beispielsweise ein Fluidstrom oder eine Richtung eines Fluidstroms durch das Ventil beeinflussen.
Der Ausschlag und insbesondere die Länge oder die Größe einer Auslenkung, die durch das Erregen eines elektromechanischen Wandlers erreicht werden kann, kann dabei von einer Umgebungstemperatur abhängig sein.
Ein Betriebszustand kann beispielsweise durch ein Haltetastverhältnis gekennzeichnet sein. Dieses Haltetastverhältnis kann einer vorgebbaren Relativbewegung einer Nockenwelle zu einem Bezugspunkt entsprechen. Es kann dem Haltetastverhältnis beispielsweise eine Ventilstellung oder eine Einstellung eines Ventils in einer bestimmten Position entsprechen.
Zur Ermittlung der Relativbewegung kann die Bewegung der Nockenwelle zu einem Bezugspunkt auf der Kurbelwelle herangezogen werden oder umgekehrt. Dazu können verschieden Methoden zum Einsatz kommen. Ein Beispiel einer Ermittlung der Relativbewegung kann anhand der Bestimmung der Relativbewegung der Nockenwelle zu der Kurbelwelle in einem Motor erklärt werden. Die Kurbelwelle kann einen Hallsensor aufweisen, der mittels einer Sensorik ausgelesen werden kann. Auf der Kurbewelle kann ein Zahnkranz angeordnet sein, dessen Zähne bei dem Vorbeiziehen an dem Hallsensor ein Induktionsmuster hervorrufen. Dieses Muster kann ausgewertet werden, wodurch es möglich ist, die Drehung der Kurbelwelle zu verfolgen.
Durch die Anbringung einer besonderen Markierung auf dem Zahnkranz, beispielsweise eines vergrößerten Zahns, lässt sich ein bestimmter Bezugspunkt der Kurbelwelle bestimmen.
Auf diesen Bezugspunkt kann die Bewegung einer sich ebenfalls bewegenden Nockenwelle bezogen werden, wodurch die Relativbewegung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle bestimmbar ist. Die Lage der Nockenwelle kann mittels vier Blech-Rädergeber bestimmt werden. Die Blech-Rädergeber können 4 flügelförmig ausgebildete Blech-Rädergeber sein. Auch die Position der Flügel kann mittels vorhandener Impulssensoren abgefragt werden und so kann ein Bezug zu dem Bezugspunkt hergestellt werden.
Durch die Ventilstellung, die beispielsweise durch ein Haltetastverhältnis eingestellt sein kann, kann ein Fluidstrom durch das Ventil derart beeinflussbar sein, dass eine relative Lage eines Nockenwellenverstellers konstant bleibt. In anderen Worten bedeutet das, dass ein Nockenwellenversteller einen Stator und einen Rotor aufweisen kann. Der Rotor kann mit einer Nockenwelle verbunden sein, während der Stator von einer Steuerkette angetrieben wird. Mittels eines Flügels in einer Hydraulikkammer kann die Hydraulikkammer in eine A-Kammer oder Spät-Kammer und eine B-Kammer oder Früh-Kammer aufgeteilt sein.
Durch Beströmen einer der beiden Kammern mit einem Fluid kann der Flügel in die andere der beiden Kammern gedrängt werden. Durch die Verschiebung des Flügels oder des Trennelements kann sich eine Relativbewegung zwischen dem Stator und dem Rotor des Nockenwellenverstellers ergeben. Folglich kann ein Phasenwinkel zwischen dem Stator und dem Rotor mittels einer Hydraulik eingestellt werden. So kann ein Phasenwinkel oder eine Phasenverschiebung zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle eingestellt werden. Dazu kann der Rotor mit der Nockenwelle gekoppelt sein und der Stator kann mit der Kurbelwelle gekoppelt sein. Zur Kopplung des Stators mit der Kurbelwelle kann eine Steuerkette genutzt werden.
Ein Bezugspunkt kann beispielsweise ein Phasenverstellwinkel zwischen Rotor und Stator von 0° sein. Zur Sicherung des Bezugspunktes kann der Rotor und der Stator mittels einer mechanischen Verriegelung bei Aufweisen der Bezugslage, also wenn ein Phasenwinkel von 0° vorliegt, verriegelt sein. Die mechanische Verriegelung kann erwünscht sein, wenn ein Mindestdruck zur Betätigung des Rotors noch nicht aufgebaut ist.
Neben der Kenntnis einer Zuordnung eines Haltetastverhältnisses bei einer bestimmten Umgebungstemperatur kann es wünschenswert sein, ein weiteres Tastverhältnis zu kennen, wobei das weitere Tastverhältnis einem weiteren Betriebszustand neben dem Betriebszustand des Haltetastverhältnisses entspricht. In dem Haltetastverhältnis kann das Ventil derart eingestellt sein, dass eine Relativbewegung der Nockenwelle zu dem Bezugspunkt im Wesentlichen unterbunden wird. So bleibt beispielsweise beim Einstellen eines Haltetastverhältnisses eine eingestellte Phasenabweichung zwischen Rotor und Stator erhalten.
Ein weiteres Beispiel für ein weiteres Tastverhältnis, das für den Betrieb eines Zentralventils interessant sein kann, mag ein Tastverhältnis sein, bei dem das Ventil derart eingestellt ist, dass die Arbeitskammer B mit dem Fluid, beispielsweise einem Drucköl, befällt wird, während die Kammer A entleert wird.
Noch ein weiteres Beispiel eines interessanten Tastverhältnisses kann ein Tastverhältnis sein, das einer Ventilstellung entspricht, wobei bei dem Tastverhältnis zwar die Kammer A entleert wird, der Kammer B jedoch kein Fluid zugeführt wird. In dem Haltetastverhältnis kann eine Ventilstellung vorliegen, bei der im Wesentlichen weder der Kammer B noch der Kammer A ein Fluid zugeführt wird und außerdem im Wesentlichen keiner der beiden Kammern ein Fluid entzogen wird. Es kann der Kammer A oder der Kammer B lediglich die Menge an Fluid zugeführt werden, die Verluste des Fluids durch vorhandene Leckagen ausgleicht. Insbesondere ändert sich die Lage zu einem Bezugspunkt oder die Relativlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle bei einem eingestellten Haltetastverhältnis nicht.
In einem weiteren interessanten Tastverhältnis mag der Kammer A ein Fluid zugeführt werden, während der Kammer B das Fluid entzogen werden mag oder während das Fluid aus der Kammer B abgelassen werden mag.
Wird der Kammer B Fluid zugeführt, kann ein Phasenunterschied zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle derart eingestellt werden, dass Ventile eines Verbrennungsmotors, die von den Nocken der Nockenwelle betätigt werden, später im Bezug auf die Stellung der Welle im Bezugspunkt oder auf die Stellung der Welle in der Mittenverriegelungsposition betätigt werden. Bei einem Zuführen eines Fluids zu der Kammer A kann der Flügel in die Richtung der Kammer B gedrückt werden, wodurch sich eine, bezogen auf den Bezugspunkt, frühere Betätigung der Ventile einstellen lässt. Die Einstellung eines frühen oder eines späten Phasenwinkels kann ein besseres Abgasverhalten eines Motors bewirken. In anderen Worten bedeutet ein Öldruck auf die Kammer A, dass aus der Basis heraus verstellt wird, während Druck auf die Kammer B zu einer Verstellung in die Basis führen kann. Mittels einer Pumpe die durch eine entsprechende Ventilstellung auf die Kammer B geschaltet ist, kann der Druck auf die Kammer B ausgeübt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das zumindest eine weitere Tastverhältnis der Tastverhältniskennlinie für das Ventil mittels eines Motorsteuergerätes ermittelt. Dabei kann mittels der Motorsteuerung die Lage eines Ventil solange eingestellt werden, bis eine für den gesuchten Betriebszustand typische Eigenschaft erkannt werden kann. Die Kennlinie kann somit abgefahren werden, indem die Bedingungen für bestimmte Zustände eingestellt werden.
Ähnlich wie das Haltetastverhältnis darüber bestimmt werden kann wann eine Relativbewegung einer Kurbelwelle zu einem Bezugspunkt im Wesentlichen Null ist und somit unterbunden ist, können die weiteren Tastverhältnisse mittels der Motorsteuerung bestimmt werden. Dabei kann eine für einen Betriebszustand geltende Relativbewegung zwischen der Nockenwelle und einem Be zugspunkt vorgebbar sein und das Tastverhältnis kann solange angepasst werden, bis von Sensoren erkannt wird, dass die für einen Betriebszustand vorgebbare Relativbewegung erreicht ist. Das so ermittelte Tastverhältnis kann gespeichert werden, um bei der Umgebungstemperatur den entsprechenden Betriebszustand sicher einzustellen. Es ist auch denkbar, das Tastverhältnis in Abhängigkeit von weiteren Parametern wie der Drehzahl oder der Motortemperatur zu speichern.
Die Motorsteuerung kann zu Zwecken der Rückmeldung über die Relativbewegung oder anderer momentan herrschender Bedingungen Sensoren abfragen, die beispielsweise an einer Welle angebracht sein können. Ein Sensor, mit dem die Drehgeschwindigkeit oder die Drehzahl einer Welle ermittelt werden mag, kann ein Hallsensor sein. Der Hallsensor kann im Zylinderkopf des Motors montiert sein, während auf der Nockenwelle nur Geber positioniert sein können. Diese Art der Sensordatenerfassung kann eine einfache Datenübertragung von der sich drehenden Nockenwelle auf den stehenden Zylinderkopf ermöglichen.
So kann beispielsweise das Tastverhältnis, das dem Befüllen der Kammer B und dem Entladen der Kammer A entspricht, ermittelt werden, indem eine Phasendifferenz zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle, bezogen auf den Bezugspunkt, in Richtung eines späten Phasenwinkels verändert wird. Umgekehrt kann das Tastverhältnis, in dem die Kammer A beflutet und die Kammer B entleert wird, ermittelt werden, indem sich eine Phasendifferenz in Richtung einer frühen Phasendifferenz einstellt. Die Richtung der Änderung kann mittels der Motorsteuerung aus den eingehenden Signalen der Sensoren bestimmt werden.
Neben der Ermittlung der Drehzahl kann ein Betriebszustand auch über einen Fluiddurchfluss ermittelt werden. Der Betriebszustand, in dem ein Fluidzufluss zur Kammer B unterbunden ist, wohingegen Kammer A entleert wird, kann ermittelt werden, indem festgestellt wird, dass in einer Leitung zu Kammer B kein Durchfluss stattfindet, während sich ein Phasenwinkel in Richtung eines späten Phasenwinkels einstellt. Diese Einstellung kann solange erfolgen, bis eine Mittenstellung, also beispielsweise eine dem Bezugspunkt entsprechende Phasendifferenz von 0° zwischen Stator und Rotor eingestellt ist. In der Mittenstellung kann eine Mittenverriegelung einschnappen. Die Mittenverriegelung kann beispielsweise mittels zweier Bolzen realisiert sein, wobei die Bolzen in jeweils eine dafür vorgesehene Verriegelungskulisse in Eingriff gehen. Der Zustand der mechanischen Verriegelung kann mit Sensoren erkannt werden, welche Sensoren einen verriegelten Verriegelungsbolzen oder beide verriegelten Verriegelungsbolzen erkennen. Es kann folglich erkannt werden, ob der Nockenwellenversteller in einer Position verharrt.
Die den jeweiligen Betriebszuständen entsprechenden ermittelten Tastverhältnisse können für eine bestimmte Umgebungstemperatur in einer Kennlinie oder in einem Kennfeld und insbesondere als Punkte oder Bereiche eines Kennlinienfeldes in der Motorsteuerung gespeichert werden.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Bestimmen des zumindest einen weiteren Tastverhältnisses der Tastverhältniskennlinie für das Ventil mittels der konstruktiven Auslegung des Ventils, basierend auf dem ermittelten Haltetastverhältnis, erfolgen.
Gemäß der geometrischen Ausgestaltung des Ventils, beispielsweise durch die Anbringung von Portöffnungen in dem Ventilgehäuse oder von Ringnuten und von Verbindungskanälen in einem Steuerkolben eines Ventils in bestimmten Abständen, können die gewünschten Betriebszustände einer Auslenkung eines Steuerkolbens in einem Ventilgehäuse entsprechen. Die Auslenkungen des Steuerkolbens können Tastverhältnissen des elektromechanischen Wandlers oder eines Elektromagneten entsprechen. Durch Berechnung kann ausgehend von dem bei einer bestimmten Umgebungstemperatur ermittelten Haltetastverhältnis das zumindest eine weitere Tastverhältnis der Tastverhältniskennlinie ermittelt oder berechnet werden.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das ermittelte weitere Tastverhältnis der Tastverhältniskennlinie gespeichert. Durch die Speicherung der Kennlinie oder der Speicherung von ausgewählten Punkten der Kennlinie kann eine Motorsteuerung jederzeit auf eine für eine bestimmte Umgebungstemperatur gültige Tastverhältniskennlinie zurückgreifen. Die Tastverhältniskennlinie kann dabei zusätzlich zu dem Haltetastverhältnis in einem Motorsteuergerät gespeichert werden. Die Speicherung kann dabei in einem RAM (Random Access Memory) einem EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), einem EEPROM (Electrically Erasable PROM) oder einem Flash-EPROM erfolgen.
Dadurch kann die Kennlinie auch nach dem Abstellen einer Zündung erhalten bleiben und es kann bei einem Motorneustart ein gewünschter Betriebszustand entsprechend einem Tastverhältnis der Kennlinie eingestellt werden.
Gemäß noch einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren für den Betrieb eines Fünf/Vierwegeventils oder 5/4 Wegeventil ausgebildet.
Ein Fünf/Vierwegeventil weist fünf Ventilstellungen auf, bei denen vier Anschlüsse oder Anschlussports in einer bestimmten Art und Weise miteinander verbunden werden können. Die fünf Einstellungen des Ventils können fünf Betriebszuständen oder fünf Tastverhältnissen entsprechen. Allerdings kann sich das Tastverhältnis, das einem Betriebszustand zugeordnet ist, in Abhängigkeit von mehreren Parametern wie beispielsweise der Temperatur ändern. Dabei können die Tastverhältnisse auch Tastverhältnisbereichen entsprechen, da oftmals auch eine geringe Abweichung von einem Tastverhältnis einen für einen bestimmten Betriebszustand gewünschten Effekt haben kann. Eine Abweichung kann vorhanden sein, da beispielsweise aufgrund von Leckagen oder Toleranzen, die auf Ausdehnungen aufgrund von Temperaturunterschieden, teilweise undichten Spaltdichtungen, Fertigungstoleranzen etc. zurückzuführen sein können, ein Ausgleich nötig sein kann.
Gemäß einem noch anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren für den Betrieb eines Zentralventils mit einer Mittenverriegelung ausgebildet. Bei einer Mittenverriegelung kann es sich beispielsweise um zwei Bolzen handeln, die in einem unbestromten Zustand mechanisch für ein festes Phasenverhältnis zwischen dem Rotor und dem Stator eines Nockenwellenverstellers und insbesondere zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle sorgen können. Es kann nötig sein, auf eine mechanische Verriegelung zurückzugreifen, wenn beispielsweise ein hydraulischer Druck für eine hydraulische Phasenregelung noch nicht ausreichend ist. Um eine unkontrollierbare Bewegung zwischen dem Rotor und dem Stator zu verhindern, kann mittels der Mittenverriegelung eine definierte Phasendifferenz eingestellt werden.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Umgebungstemperatur mittels dem Messen einer Motortemperatur bestimmt werden. Die Motortemperatur kann dabei in der Form einer Wassertemperatur und insbesondere der Kühlwassertemperatur oder einer Temperatur des Öles des Motorölkreises bestimmt werden. Die Bestimmung der Umgebungstemperatur über eine Motortemperatur erfolgt dabei zwar indirekt, jedoch lassen sich Temperatursensoren, die an einem Motor möglicherweise bereits vorhandenen sind, einsetzen. Dadurch kann vermieden werden, dass zur Ermittlung der Temperatur zusätzliche Sensoren in dem Ventil und insbesondere in dem Nockenwellenversteller bereitgestellt werden müssen.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das elektromechanische Ventil einen Elektromagneten auf. Die Bestimmung der Umgebungstemperatur zum Festlegen einer Temperatur für die Gültigkeit der Tastverhältniskennlinie kann dabei mittels dem Messen einer Temperatur des Elektromagneten erfolgen.
Der Widerstand einer Spule, die in einem Elektromagneten vorhanden sein kann, kann von der Umgebungstemperatur abhängen. Beim Einstellen einer Spannung zur Versorgung des Elektromagneten kann sich aufgrund des elekt rischen Widerstandes einer Spule des Elektromagneten ein entsprechender Strom einstellen, der die Auslenkung des Elektromagneten und damit die Ventilstellung bewirken kann. Bei einer hohen Temperatur kann der Widerstand der Spule ebenfalls hoch sein, wodurch ein im Vergleich zu einer tieferen Temperatur geringerer Strom durch den Elektromagneten fließen kann. Dadurch kann trotz dem Einstellen eines gleichen Tastverhältnisses bei einer hohen und einer tiefen Temperatur ein unterschiedlicher Ausschlag des Elektromagneten erfolgen.
Um bei einem eingestellten Tastverhältnis die gleiche Stellung des Ventils erreichen zu können und insbesondere um bei unterschiedlichen Temperaturen den gleichen Ausschlag durch Einstellen eines unterschiedlichen Tastverhältnisses zu erreichen, kann es erwünscht sein, die Temperatur des Elektromagneten zu ermitteln, um die Auswirkungen der Temperatur auf den Ausschlag des Elektromagneten abschätzen zu können.
Anschaulich bedeutet das, dass ein Verfahren zur Regelung für einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit einer Mittenverriegelung und einem Notlauf in der Basis bereitgestellt werden kann. Notlauf in der Basis kann dabei bedeuten, dass eine Notlaufposition des Ventils erreicht werden kann, wenn das Ventil stromlos geschaltet ist. Es kann beispielsweise in einer Notsituation vorkommen, dass eine Stromversorgung des Ventils und insbesondere eines elektromechanischen Wandlers des Ventils ausfällt. Dadurch wird das Ventil in eine Notlaufposition gebracht. Es kann erwünscht sein, in der Notlaufposition den Phasenwinkel zwischen Rotor und Stator zu steuern oder zu regeln, um unerwünschte Geräusche zu vermeiden. Es kann außerdem erwünscht sein, in einer Notlaufsituation einen Phasenwinkel noch derart in Richtung eines frühen Phasenwinkels zu drängen, um bei einem späteren Motorstart eine Verriegelung des Nockenwellenverstellers in einer Mittenverriegelungsposition zu erreichen.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vermieden werden, dass ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einer Mittelverriege lung zusätzliche Module benötigt. Durch das Vermeiden zusätzlicher Module kann ein Bauraum für das Ventil im Vergleich zu einem hydraulischen Nockenwellenversteller mit einer Endlagenverriegelung gleich oder identisch ausgebildet sein. Durch die Anwendung des Verfahrens kann ein Proportionalventil für den hydraulischen Nockenwellenversteller mit Mittenverriegelung eingesetzt werden, wobei das Proportionalventil für den hydraulischen Nockenwellenversteller mit Mittenverriegelung keinen zusätzlichen Bauraum im Vergleich zu dem Proportionalventil für den hydraulischen Nockenwellenversteller mit Endlagenverriegelung benötigen kann.
Durch die Anwendung des Verfahrens kann ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit Mittenverriegelung in Verbindung mit einem abgestimmten Proportionalventil, d. h. einem Proportionalventil mit abgestimmten Betriebszuständen, die Funktion erreichen, ohne dass aufwendige Bauteile oder Konzepte benötigt werden. Ein Einfluss auf die Bauteile kann ausgeschlossen werden.
Beispielsweise kann ein Haltetastverhältnis, ein erstes Tastverhältnis, ein zweites Tastverhältnis und ein drittes Tastverhältnis ermittelt werden, indem ein Haltetastverhältnis von einem Motorsteuergerät ermittelt wird und im Kennfeld oder Kennlinienfeld abgelegt wird. Die Ermittlung des ersten Tastverhältnisses, des zweiten Tastverhältnisses und des dritten Tastverhältnisses kann beispielsweise auf zwei Arten erfolgen. Das Motorsteuergerät kann die Tastverhältnispunkte ermitteln und es kann die Tastverhältnispunkte in einem weiteren Kennfeld oder Kennlinienfeld ablegen. Es kann aber auch über die konstruktive Auslegung und der daraus folgenden Ventilcharakteristik das erste Tastverhältnis und das zweite Tastverhältnis in direkter Abhängigkeit vom Haltetastverhältnis bestimmt werden.
Ein Tastverhältnis kann ein Prozentwert im Bereich von 0% bis 100% sein. Das erste Tastverhältnis kann ermittelt werden, indem vom Haltetastverhältnis ein erster Prozentwert abgezogen wird, das zweite Tastverhältnis kann ermittelt werden, indem vom Haltetastverhältnis ein zweiter Prozentwert abgezogen wird und das dritte Tastverhältnis kann ermittelt werden, indem vom Haltetastver hältnis ein dritter Prozentwert abgezogen wird. Der erste Prozentwert, der zweite Prozentwert und der dritte Prozentwert kann konstant sein und von der Geometrie des Ventils, insbesondere von der Charakteristik des Ventils, abhängen.
Viele Fortbildungen der Erfindung wurden bezugnehmend auf das Verfahren zum Bestimmen eines Tastverhältnisses für eine Kennlinie zum Betrieb eines elektromechanischen Ventils eines Nockenwellenverstellersbeschrieben. Diese Ausgestaltungen gelten auch für das Computerprogrammprodukt und den Datenträger mit dem Computerprogrammprodukt.
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Figuren beschrieben.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Nockenwellenverstellers mit Mittenverriegelung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Volumenstromkennlinie mit ermittelten Tastverhältnissen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Verfahren zum Stoppen eines Motors gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Verfahren zum Starten eines Motors gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein Verfahren zum Verstellen oder/und Regeln eines Nockenwellenverstellers gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In der folgenden Beschreibung der 1 bis 5 werden die gleichen Bezugsziffern für gleiche oder sich entsprechende Elemente verwendet.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Nockenwellenverstellers mit Mittenverriegelung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Nockenwellenversteller 100 umfasst die hydraulische Kammer 101 mit dem Flügel 102. Der Flügel 102 unterteilt als Trennwand die Hydraulikkammer 101 in die Kammer A' und die Kammer B'. Der Flügel 102 weist auf seinen Seiten symmetrisch angeordnet eine Achse 103 auf, wobei die Achse 103 mit den Verriegelungsbolzen 108, 109 verbunden ist. Erfolgt eine Befüllung der Kammer B' mit einem Fluid, beispielsweise einem Drucköl, und wird insbesondere auf Kammer B' ein Druck ausgeübt, so bewegt sich der Flügel 102 in die Richtung der Kammer A'. Diese Bewegung kann einer Bewegung eines an dem Flügel 102 angeschlossenen Rotors eines Nockenwellenverstellers in eine späte Verstellposition entsprechen. Die späte Verstellrichtung ist durch den Pfeil 104 in 1 angedeutet.
Ein später Phasenwinkel entspricht einer späten Verstellposition und bedeutet dabei, dass die Nocken der mit dem Rotor verbundenen Nockenwelle die Ventile des Motors später betätigen als bei der in der 1 gezeigten Mittelstellung des Flügels 102.
Bei der Befüllung der Kammer A' mit Drucköl bewegt sich der Flügel 102 in die Richtung der Kammer B', wodurch das Volumen der Kammer B' verkleinert und das Volumen der Kammer A' vergrößert wird und ein Phasenwinkel zwischen dem Rotor und dem Stator eines Nockenwellenverstellers in eine frühe Position gedrängt wird. Die frühe Position ist in 1 durch den Pfeil 105 angedeutet. Der Rotor und der Stator des Nockenwellenversteller 100 sind in 1 nicht eingezeichnet.
1 zeigt den Nockenwellenversteller 100 in einem mechanisch verriegelten Zustand. Dabei ist ein Phasenwinkel zwischen Rotor und Stator fest eingestellt.
Dieser Phasenwinkel oder die Phasendifferenz beträgt in dem in 1 dargestellten Zustand des Nockenwellenverstellers 100 0°.
Die Hydraulikkammer 101 ist mit einem Stator des Nockenwellenverstellers verbunden und die Mittenposition des Flügels 102 entspricht folglich einer Phasendifferenz von 0° zwischen Rotor und Stator des Nockenwellenverstellers.
Zur mechanischen Verriegelung der Mittenverriegelungsposition, also bei einem Phasenwinkel von 0° zwischen Rotor und Stator, weist der Nockenwellenversteller die treppenförmige Verriegelungskulisse 106 und die treppenförmige Verriegelungskulisse 107 auf. Die Verriegelungskulissen 106 und 107 sind mit dem Gehäuse der Hydrauikkammer 101 verbunden. Die beiden Verriegelungsbolzen 108 und 109 sind mit der Achse 103 verbunden und folgen somit einer axialen Bewegung der Achse 103 des Modells des Nockenwellenverstellers 100. Die Verriegelungsbolzen 108 und 109 sind derart ausgebildet, dass sie bei einem geringen Druck eines Fluids, beispielsweise einem geringeren Druck als dem Systemdruck, Öldruck oder Fluiddruck, mechanisch in den Verriegelungskulissen 106, 107 einrasten. Die Verriegelungsbolzen 108, 109, sollen einrasten, wenn der Fluiddruck in den Kammern A' und B' den Flügel 102 nicht mehr hydraulisch einspannt.
Der Verriegelungsbolzen 108 verhindert in einem eingerasteten Betriebszustand in der Kulisse 107 eine Bewegung des Flügels 102 in Richtung Kammer A', also in Richtung eines späten Phasenwinkel. Der Verriegelungsbolzen 109 verhindert in einem eingerasteten Zustand eine Bewegung des Flügels 102 in Richtung Kammer B', also in Richtung eines frühen Phasenwinkels.
Zur Druckbeaufschlagung der Kammer B' ist die Druckleitung 110 mit der Kammer B' gekoppelt. Zur Druckbeaufschlagung der Kammer A' ist die Druckleitung 111 mit der Kammer A' verbunden. Über die Druckleitungen 110 und 111 kann sowohl ein Fluid den Kammern A' und B' zugeführt, wie auch aus den Kammern A' und B' abgelassen werden. An die Druckleitung 110 ist die Druckleitung 112 gekoppelt, die eine Verbindung zwischen Druckleitung 110 und Verriegelungskulisse 107 herstellt. Sobald in der Druckleitung 110 ein mit einem Druck beaufschlagtes Fluid in die Kammer B' fließt, erfolgt eine Entriegelung des Verriegelungsbolzens 109 über das Fluid, welches über die Druckleitung 112 der Verriegelungskulisse 107 zugeführt wird.
Die Druckleitung 111 ist mittels der Druckleitung 113 gleichfalls mit der Verriegelungskulisse 106 verbunden. Folglich wird der Verriegelungsbolzen 108, sobald ein Druck auf der Leitung 111 vorhanden ist, über die Druckleistung 113 entriegelt.
Leckagen, die beispielsweise beim Verbinden der Druckleitungen 110, 111 mit der Druckkammer A', B' und der Verriegelungskulisse 107, 106 auftreten, sind über die Leckagen 114 und 115 angedeutet. Dadurch wird in dem Blockschaltbild der 1 ein Schwund von Fluid aufgrund von Verbindungslücken berücksichtigt. Die Berücksichtigung des Vorhandenseins von Leckagen ermöglicht es, trotz auftretendem Verschleiß ein über eine lange Zeit funktionsfähiges System realisieren zu können. Leckagen können im Versteller, am Ventil, im Drehübertrager oder an anderen Stellen auftreten. Das Gesamtsystem ist jedoch derart eingerichtet, dass es diese Leckagen berücksichtigt und trotz der Leckagen zuverlässig steuerbar ist
Die Druckleitung 110 ist mit dem Arbeitsport B eines Fünf/Vierwegeventiles 116 oder 5/4 Ventil 116 verbunden. Die Druckleitung 111 ist mit dem Arbeitsport A des 5/4 Ventils 116 verbunden. Der Druckölport P des Proportionalventils 116 oder des Zentralventils 116 ist mit dem Rückschlagventil 117 verbunden und das Rückschlagventil 117 ist mit dem Ölfilter 118 verbunden. Über die mit dem Ölfilter verbundene Ölpumpe 119 wird der Druckölport P mit einem Fluid oder Drucköl aus dem Tank 120 versorgt. Der Tank 120 ist mit dem Tankport des Zentralventils 116 verbunden und dient als Sammelbecken für Fluid, das aus dem Ventil läuft.
Das Zentralventil 116 weist die fünf Ventilstellungen 121, 122, 123, 124 und 125 auf, die durch ein lineares Verschieben des Ventils 116 eingestellt werden können. Zum Einstellen einer Ventilstellung wird das Zentralventil 116 linear zwischen dem Rückstellelement oder der Feder 126 und dem Elektromagneten 127 bewegt. Durch ein Bestromen des Elektromagneten 127 wird eine Auslenkung des Elektromagneten in Richtung der Feder 126 bewirkt.
Mittels dem Einstellen eines Tastverhältnisses an dem Elektromagneten 127 kann die Länge oder Größe des Ausschlages in Richtung der Feder 126 beeinflusst werden. Die 1 zeigt das Proportionalventil 116 in dem zweiten Betriebszustand 122. In dem zweiten Betriebszustand 122 ist der Arbeitsport B von dem Druckölport P getrennt. Dies ist in 1 durch das T-förmige Symbol in dem Symbol für die Ventilstellung des zweiten Betriebszustand 122 angedeutet.
Der Arbeitsport A und der Tankport T sind in dem zweiten Betriebszustand miteinander verbunden. Durch diese Kopplung ist ein Ablassen eines in Kammer A befindlichen Öles zum Tank 120 über den Tankport T möglich. Dies ist durch den Pfeil in dem zweiten Betriebszustand 122 angedeutet. Um den in 1 dargestellten zweiten Betriebszustand zu erreichen, ist der Elektromagnet 127 mit einem zwischen 0% und 100% liegenden Tastverhältnis bestromt.
Der Betriebszustand 121 ist einstellbar, wenn der Elektromagnet nicht bestromt ist oder wenn der Elektromagnet ein Tastverhältnis nahe 0% aufweist. Die Rückstellfeder 126 drückt das Proportionalventil in einem unbestromten Zustand in die Richtung des Elektromagneten 127 und somit stellt sich automatisch der erste Betriebszustand 121 ein. Da im Notlauf üblicherweise der Elektromagnet stromlos geschaltet ist oder wird, entspricht der Notlaufzustand 121 dem Zustand 121. In dem Notlaufzustand 121 ist der Druckölport P mit dem Arbeitsport B verbunden und der Arbeitsport A und der Tankport T sind verbunden. Somit kann in einem Notlauf der Nockenwellenversteller 100 auch mit Öl versorgt werden.
In der Position, in der das Ventil 116 stromlos geschaltet ist (z. B. Notlauf), findet eine geringe Ventilüberschneidung der Verbrennungsventile statt, wodurch eine uneingeschränkte Betriebsfähigkeit des Motors erreicht werden kann.
Selbst in dem stromlosen Zustand 121 soll es möglich sein, mit dem ODB (On Board Diagnose System) einen Defekt festzustellen. Deshalb soll auch in der Notlaufposition 121 eine Erkennung eines Defekts ermöglicht werden. Daher wird das Ventil nur im Notlauf völlig stromlos geschaltet. Wird die Position 121 unter nicht Notlaufbedingungen eingenommen, so ist hierfür ein geringes Tastverhältnis (z. B. 5%) eingestellt. Auf diese Art und Weise kann detektiert werden, wenn ein Defekt, wie z. B. ein abgefallener Stecker, eine durchgebrannte Spule etc. vorliegt.
Der zweite Zustand 122 kann eingestellt werden, wenn das Tastverhältnis des Haltezustands 124, das sog. Haltetastverhältnis oder Halte-TV, bestimmt worden ist.
Wird ein Tastverhältnis eingestellt, das dem dritten Betriebszustand 123 entspricht, wird Drucköl in die Kammer B' eingeführt und aus der Kammer A' ausgelassen. Damit ist auch der Verriegelungsbolzen 109 entriegelt und eine Verstellung in Richtung eines späten Phasenwinkels ist möglich.
Hat die Verstellung des Phasenwinkels eine gewünschte Position erreicht, so kann mittels Einstellen des Haltetastverhältnisses und somit des vierten Betriebszustandes 124 der Druck in den Kammern B' und A' konstant gehalten werden. In anderen Worten bedeutet das, dass eine Verbindung zwischen dem Arbeitsport B und dem Druckölport P und eine Verbindung zwischen dem Arbeitsport A und dem Tankport T im vierten Betriebszustand 124 unterbrochen ist und somit weder eine Ölzufuhr noch eine Ölabfuhr aus den Kammern B' und A' erfolgt. Ein zuvor eingestellter früher oder später Phasenwinkel bleibt durch Einstellen des Haltebetriebszustands 124 erhalten.
Durch Einstellen des fünften Betriebszustandes 125 wird der Druckölports P mit der Kammer A' und die Kammer B' über den Arbeitsport B mit dem Tankport T verbunden. Folglich wird Ol der Kammer A' zugeführt und aus der Kammer B' abgelassen und aufgrund der Entriegelung des Verriegelungsbolzens 108 bewegt sich der Flügel 102 in Richtung einer frühen Verstellposition.
Mittels der Betriebszustände 123, 124 und 125 kann eine hydraulische Einspannung während des Betriebs des Nockenwellenverstellers 100 erreicht werden. Mit dem Betriebszustand 122 kann ein mechanisches Einspannen des Flügels 102 bzw. des Verstellers erfolgen. In dem Notlauf 121 kann durch eine hydraulische Druckversorgung der Kammer B' verhindert werden, dass eine unkontrollierte Bewegung des Flügels 102 stattfindet.
2 zeigt eine Volumenstromkennlinie mit ermittelten Tastverhältnissen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 2 ist die Volumenkennlinie 200 dargestellt. Die Volumenkennlinie kennzeichnet bei Einstellung der Tastverhältnisse von 0% bis 100% einen entsprechenden Volumenfluss. Dazu ist in dem Diagramm auf der Achse 201 oder Abszisse 201 das Tastverhältnis TV in Prozent angegeben und an der Achse 202 oder der Ordinate 202 der Volumenstrom in Litern pro Minute oder l/min. Unter der Achse 201 ist jeweils ein den Tastverhältnissen entsprechender Betriebszustand des Ventils 116 dargestellt. Die Betriebszustände 121, 122, 123, 124 und 125 entsprechen den in 1 dargestellten Betriebszuständen.
Die Lage der Kennlinie 200 und die Lage der Betriebszustände 121, 122, 123, 124, 125 oder die Zuordnung der Betriebszustände 121, 122, 123, 124, 125 gilt dabei für eine bestimmte Umgebungstemperatur des Nockenwellenverstellers von beispielsweise 90°C. Für eine andere Temperatur kann sich eine andere Lage der Tastverhältnisse 201 ergeben. Die in 2 dargestellte Kennlinie weist fünf Tastverhältnisbereiche auf. Der erste Betriebszustand 121, der auch in einem Notlauf eingenommen wird, reicht von 0 bis 10%. Die Grenze des Bereichs ist in 2 mit TV1 gekennzeichnet. TV1 kann dabei in Abhängigkeit von einem bekannten Halte-TV durch Abziehen eines vorher bestimmten Prozentwertes bei einer bestimmten Temperatur ermittelt werden. Solange ein Tastverhältnis im Bereich von 0 bis TV1 an dem Elektromagneten 127 eingestellt wird, ist die Ventilstellung 121 aktiv. Das Volumen eines Fluidstroms kann sich jedoch aufgrund der Lage des Ventils abhängig von dem Tastverhältnis verändern.
In der Kennlinie 200 ist zu sehen, dass durch die Vergrößerung des Tastverhältnisses von 0% bis zu TV1 der Volumenstrom von dem Druckölport P in die Kammer B' abnimmt. Die Abnahme hängt von dem eingesetzten Proportionalventil ab. Bei Erreichen des Tastverhältnisses TV1 ist der zweite Betriebszustand 122 aktiv, wodurch ein Zufluss von Drucköl in die Kammer B' unterbunden ist.
Das Tastverhältnis TV2 liegt in 2 bei 20%. Bei Erreichen eines Ausschlags des Ventils 116, das dem Tastverhältnis TV2 entspricht, wird der dritte Betriebszustand 123 aktiv. Aufgrund der Ventilcharakteristik, beispielsweise einer Vergrößerung bzw. Verkleinerung einer Zuflussöffnung bis zum Erreichen von Halte-TV, weist der Volumenstromzufluss zu Kammer B ein Maximum bei dem Tastverhältnis TV3 auf. Bei einem Tastverhältnis zwischen dem Halte-TV und TV3 ist immer noch der Betriebszustand 123 aktiv, jedoch nimmt der Volumenzufluss zu Kammer B' mit einem zunehmenden Ausschlag des Elektromagneten 127 ab.
Bei Erreichen des Halte-TV, das in 2 einen Bereich von 55% bis 60% umfasst, ist der Haltezustand 124 aktiv. Weder die Kammer B' noch die Kammer A' wird während des Anliegens des Halte-TV mit Drucköl versorgt. In dem Zustand 124 wird ebenfalls kein Drucköl aus den Kammern A' und B' abgelassen. Ein eingestellter Zustand bleibt bei einem Tastverhältnis von 55% bis 60% erhalten.
Im Bereich von einem Tastverhältnis von 60% bis 100% ist der fünfte Betriebszustand 125 aktiv. Der ansteigende Volumenstrom im Bereich von 60% bis 84% führt zu einem zunehmender Volumenzustrom in die Kammer A'. Bei sehr niedrigen Temperaturen kann der Bereich des ansteigenden Volumenstroms statt bei 60% bei z. B. 50% beginnen.
Ab einem Tastverhältnis von 84% bis 100% bleibt der Volumenzustrom zu Kammer A' konstant. Die Kurve weist daher bei einem Tastverhältnis von 84% einen Knick auf und wird in einer Geraden parallel zur Abszisse 201 fortgeführt. Die Kennlinie 200 ist eine schematische Darstellung, die die Prinzipien veranschaulicht. Die in 2 dargestellten Knicke können dementsprechend auch abgerundet ausgebildet sein.
In einem Tastverhältnisbereich von TV2 bis 100% erfolgt eine hydraulische Einspannung des Flügels 102. Durch Einstellen eines Tastverhältnisses von TV2 bis zum Halte-TV kann ein Phasenwinkel zwischen Rotor und Stator in Richtung spät eingestellt werden. Durch Einstellen eines Halte-TV kann der Rotor 102 in der aktuell eingestellten Position, also bei einem aktuell eingestellten frühen oder späten Phasenwinkel, gehalten werden. Durch Einstellen eines Tastverhältnisses von Halte-TV bis 100% kann der Flügel 102 in die Richtung einer frühen Einstellposition gebracht werden. Das Einstellen des Flügels in eine frühe Einstellposition ermöglicht es beim Abstellen eines Motors, dass bei einem darauf folgenden Startvorgang aufgrund von Schleppmomenten ein sich frei bewegender Rotor von der Mittenverriegelung eingefangen werden kann. Daher ist es erwünscht, bei einem Abstellen den Flügel 102 in eine frühe Position zu bringen.
3 zeigt ein Verfahren zum Stoppen eines Motors gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren zum Stoppen beginnt mit dem Erkennen einer Stopbedingung in S1, z. B. dem Abschalten der Zündung. Hierauf folgt in S2 das Erkennen einer Motordrehzahl. Dreht sich der Motor, d. h. ist die Drehzahl größer Null, wird ein Verstellwinkel vorgegeben. Dieser Verstellwinkel entspricht einem Verstellwinkel in einer Position, die früher als die Mittenposition oder Mittenverriegelungsposition liegt.
In Schritt S4 erfolgt eine Überprüfung, ob der Verstellwinkel oder die Phasendifferenz φ in einer frühen Position steht. Dazu wird überprüft, ob φ einen größeren Winkel als einen Bezugswinkel φ_Mitte aufweist. Die Überprüfung erfolgt anhand der Formel φ = φ_Mitte + X°KW. Dabei ist X°KW größer als 0 und be zeichnet eine Verdrehung gegenüber der Kurbewelle. Die Überprüfung findet solange statt, bis die Bedingung aus S4 erreicht ist. φ_Mitte entspricht dem Phasenwinkel einer Bezugsposition.
Erst wenn der frühe Verstellwinkel eingestellt ist, erfolgt in 55 ein Abschalten des Motors. Die Versorgung für den Elektromagneten 127, insbesondere die Strom- oder Spannungsversorgung, bleibt jedoch erhalten. In S6 wird ein Tastverhältnis zwischen TV_Halte und 100% oder zwischen Halte-TV und 100% eingestellt. Somit ist der in 2 dargestellte fünfte Betriebszustand 125 aktiv. Die Bestimmungsgleichung entspricht TV_Halte ≤ TV ≤ 100%. Folglich kann die Kammer A' mit Druck beaufschlagt werden und der Rotor 102 in der frühen Position gehalten werden.
Das Bestromen des Elektromagneten 127 erfolgt solange, bis die in Schritt S7 ermittelte Drehzahl des Motors oder die Drehzahl einer mit der Motordrehzahl in Verbindung stehenden Welle in S8 als 0 erkannt wird. Dann steht der Motor. Nach dem Motorstillstand kann durch die Bestromung des Elektromagneten 127 noch in S9 eine Haltezeit aufrechterhalten werden, wodurch die Sicherheit in einer frühen Position zu landen erhöht werden kann. Erst dann erfolgt in Schritt S10 ein Einstellen eines Tastverhältnisses von 0% durch Abschalten der Bestromung des Elektromagneten 127. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Batterie nach dem Abstellvorgang, die die Stromversorgung des Elektromagneten 127 darstellen kann, nicht unnötig belastet wird.
4 zeigt ein Verfahren zum Starten eines Motors gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Schritt S11 wird eine Startbedingung, beispielsweise das Anlassen eines Motors, erkannt. Dabei beträgt in Schritt S12 die Motordrehzahl 0 und das eingestellte Tastverhältnis ist ebenfalls 0%. Da die Kennlinie mit entsprechenden Tastverhältnissen in einer Motorsteuerung gespeichert ist, kann die Kennlinie von der Motorsteuerung abgerufen werden und insbesondere können die Kennlinienwerte TV1 und TV2 abgerufen werden.
In Schritt S13 kann mit den abgerufenen Werten TV1 und TV2 an dem Elektromagneten 127 ein Tastverhältnis eingestellt werden, das dem zweiten Betriebszustand 122 entspricht, wobei die Kammer B' nicht mit Drucköl versorgt wird und die Kammer A' über den Arbeitsport A und den Tankport T Richtung Tank 120 entleert werden kann. Durch die Schleppmomente kann ein in einer frühen Position stehender Rotor somit solange in Richtung einer späten Position gedreht werden, bis die Mittenverriegelung einschnappt und insbesondere bis der Bolzen 108 in seiner Kulisse anschlägt. Sobald die Mittenverriegelung erreicht ist, ist mittels der Bolzen 109 und 108 der Rotor und der Stator mechanisch gekoppelt und somit kann eine Relativbewegung zwischen Rotor und Stator verhindert werden. Das Tastverhältnis zwischen TV1 und TV2, also der Betriebszustand 122, wird aufrechterhalten bis eine von 0 abweichende Drehzahl in S14 erreicht wird und ein Systemdruck in Schritt S15 aufgebaut worden ist. Das Ermitteln der Drehzahl erfolgt in S16, beispielsweise durch die Abfrage eines Hallsensors, der an der Nockenwelle oder an der Kurbelwelle angeordnet ist, und die Abfrage des Öldrucks in S17 erfolgt durch die Abfrage eines Öldrucksensors, der beispielsweise an der Ölpumpe 119 angeordnet ist.
Die Schritte S18 und S19 stellen das Halten des Betriebszustands 122 sicher. Erst wenn der Systemdruck von beispielsweise 0,5 bar erreicht ist, kann eine hydraulische Regelung des Nockenwellenverstellers erfolgen. Wird dieser Mindestöldruck festgestellt, erfolgt in Schritt S20 die Einstellung des aus dem Kennlinienfeld ermittelten Zustands zwischen TV3 und 100% in Abhängigkeit von dem einzustellenden Phasenverstellwinkel zwischen dem Rotor und dem Stator. Dabei wird der Rotor hydraulisch gehalten.
Das Regeln des Nockenwellenverstellers 100 erfolgt mittels Einstellen eines weiteren Tastverhältnisses TV1, TV2, TV3. Auch ein Tastverhältnis größer als das Halte-Tastverhältnis ist denkbar.
5 zeigt ein Verfahren zum Regeln und/oder Verstellen eines Nockenwellenverstellers gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Beginn S21 des Verstellvorgangs entspricht beispiels weise dem Erreichen des Zustands S20 nach dem Starten eines Motors. Es findet in S22 die Überprüfung der Motordrehzahl statt. Bei einer von 0 abweichenden Motordrehzahl n > 0 kann die Regelung des Nockenwellenverstellers erfolgen. In einer Schleife S23 wird der Systemöldruck in Schritt S24 von einem Öldrucksensor abgefragt. Entspricht der ermittelte Öldruck nicht einem Mindestsystemdruck von beispielsweise 0,5 bar, so wird in Schritt S25 eine mechanische Verriegelung des Nockenwellenverstellers erreicht, indem ein Tastverhältnis zwischen TV1 und TV2 eingestellt wird. Zur Einstellung des Tastverhältnisses von TV1 und TV2 kann auf die ermittelte und in der Motorsteuerung abgelegte Kennlinie zurückgegriffen werden.
Bei einer Ermittlung des Tastverhältnis Bereiches von TV1 bis TV2 ist eine Temperaturabhängigkeit des Tastverhältnisses TV1 und TV2 bereits berücksichtigt. Das Einstellen eines Tastverhältnisses zwischen TV1 und TV2 ermöglicht es, einen in einer frühen Position befindlichen Rotor aufgrund von Schleppmomenten in der Mittenposition oder Mittenverriegelung einzufangen. In Schritt S25 erfolgt somit eine mechanische Kopplung des Nockenwellenverstellers 100. Erst wenn wieder ein Soll-Öldruck in S23 erreicht wird, kann auf die hydraulische Haltung in Schritt S26 zurückgegriffen werden. Dazu wird ein Tastverhältnis zwischen T3 und 100% eingestellt also TV3 ≤ TV ≤ 100%.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Tastverhältnis für eine Kennlinie zum Betrieb eines elektromagnetischen Ventils (127) eines Nockenwellenverstellers, aufweisend die Schritte: Bestimmen einer Umgebungstemperatur des Nockenwellenverstellers; Bestimmen einer Relativbewegung einer Nockenwelle zu einem Bezugspunkt; Einstellen eines Tastverhältnis des elektromagnetischen Ventils (127), so dass die Relativbewegung der Nockenwelle zu dem Bezugspunkt unterbunden ist; Speichern des eingestellten Tastverhältnisses als ein Halte-Tastverhältnis (Halte-TV) in einem ersten Betriebszustand für die ermittelte Umgebungstemperatur; Bestimmen von einem weiteren Tastverhältnis (TV1, TV2, TV3) für einen weiteren Betriebszustand (122, 123) für eine Tastverhältnis-Kennlinie (200) des Ventils (127) bei der ermittelten Umgebungstemperatur, basierend auf dem ermittelten Halte-Tastverhältnis (Halte-TV).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Bestimmen des weiteren Tastverhältnis (TV1, TV2, TV3) der Tastverhältnis-Kennlinie (200) für das elektromagnetische Ventil (127) mittels Abfahrens einer Tastverhältnis-Kennlinie (200) basierend auf dem ermittelten Halte-Tastverhältnis (Halte-TV) mittels eines Motorsteuergerätes.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Bestimmen des weiteren Tastverhältnis (TV1, TV2, TV3) der Tastverhältnis-Kennlinie (200) für das elektromagnetische Ventil (127) mittels der konstruktiven Auslegung des Ventils, basierend auf dem ermittelten Halte-Tastverhältnis (Halte-TV).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: Speichern des zumindest einem weiteren bestimmten Tastverhältnis (TV1, TV2, TV3) der Tastverhältnis-Kennlinie (200).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren für den Betrieb eines 5/4 Wege Ventils (127) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren für den Betrieb eines elektromagnetischen Ventils (127) innerhalb einer Nockenwellenverstellung mit Mittenverriegelung ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: Bestimmen der Umgebungstemperatur mittels Messen einer Motortemperatur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: Bestimmen der Umgebungstemperatur mittels Messen der Temperatur eines Elektromagneten des elektromagnetischen Ventils (127).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren zur Realisierung eines Motorstops weiter aufweist: Erkennen einer Stopbedingung; Bestimmen einer Drehzahl einer Kurbelwelle, wobei die Drehzahl der Kurbelwelle mit einer Drehzahl der Nockenwelle gekoppelt ist; Einstellen eines Verstellwinkels des Nockenwellenverstellers (100) abweichend von einem Verriegelungswinkel mittels Einstellens eines weiteren Tastverhältnisses (TV1, TV2, TV3) und mittels Einstellens des Halte-Tastverhältnis (Halte-TV); Halten des von dem Verriegelungswinkel abweichenden Verstellwinkels, solange die Drehzahl der Kurbelwelle von 0 abweicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren zur Realisierung eines Motorstarts weiter aufweist: Erkennen einer Startbedingung; Halten des Nockenwellenverstellers mittels einer Mechanik (106, 107, 108, 109) während die Drehzahl einer Kurbelwelle gleich 0 ist, wobei die Drehzahl der Kurbelwelle mit einer Drehzahl der Nockenwelle gekoppelt ist; Erhöhen der Drehzahl der Kurbelwelle; Regeln des Nockenwellenverstellers (100) mittels Einstellens eines weiteren Tastverhältnisses (TV1, TV2, TV3) und mittels Einstellens des Halte-Tastverhältnis (Halte-TV) wenn die Drehzahl der Kurbelwelle von 0 abweicht und ein Systemdruck erreicht ist.
Computerprogrammprodukt für ein Motorsteuergerät, welches nach einem der Ansprüche 1 bis 10 betreibbar ist, wobei die Routine zur Bestimmung eines Tastverhältnisses durch entsprechende in einer Software hinterlegte Steuerungsbefehle umgesetzt ist.
Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11.