DE10108055C1 - Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle (2), deren Phasenlage zu einer Kurbelwelle verstellbar ist, mit einem Kurbelwellen-Sensor (71), der den Kurbelwellenwinkel (KW) erfasst, und mit einem Nockenwellen-Sensor (72), der den Nockenwellenwinkel (NW) erfasst, hat folgende Schritte. Beim Start der Brennkraftmaschine wird eine Bedingung geprüft, die erfüllt ist, wenn die aus dem erfassten Kurbelwellenwinkel (KW) und Nockenwellenwinkel (NW) abgeleitete Phasenlage (PH_S) weniger von einer vorgegebenen Phasenlage (PH_INI) abweicht als ein vorgegebener Schwellenwert (HYS). Falls die Bedingung erfüllt ist, wird ein Korrekturwert (PH_COR) berechnet abhängig von der Abweichung der aus dem erfassten Kurbelwellenwinkel (KW) und Nockenwellenwinkel (NW) abgeleiteten Phasenlage (PH_S) von der vorgegebenen Phasenlage (PH_INI) und im weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine wird die tatsächliche Phasenlage (PH_AKT) abhängig von der aus dem erfassten Kurbelwellenwinkel (KW) und Nockenwellenwinkel (NW) abgeleiteten Phasenlage (PH_S) und dem Korrekturwert (PH_COR) berechnet. Falls die Bedingung nicht erfüllt ist, wird ein Notlauf-Betrieb (NL) der Brennkraftmaschine gesteuert, in dem die tatsächliche Phasenlage (PH_AKT) gleich gesetzt wird der aus dem erfassten Kurbelwellenwinkel (KW) und Nockenwellenwinkel (NW) abgeleiteten Phasenlage (PH_S). In dem weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine wird mindestens ein Stellsignal (SG) für ein Stellglied abhängig von ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brenn­ kraftmaschine mit einer Nockenwelle, deren Phasenlage zu ei­ ner Kurbelwelle verstellbar ist.
Aus der WO 99/43930 ist eine Einrichtung zum Einstellen des Bewegungsverlaufs der Gaswechselventile einer Brennkraftma­ schine bekannt, bei der die Phasenlage der Nockenwelle zu ei­ ner Kurbelwelle verstellbar ist. Dabei ist ein mechanisches Verstellteil zum Einstellen der Phasenlage der Nockenwelle vorgesehen, das über ein Hydrauliksystem gesteuert wird. Das Hydrauliksystem weist ein Drei-Zwei-Wege-Ventil auf, dass mittels eines Stellsignals von einer Steuereinrichtung ange­ steuert wird.
Aus der DE 40 28 442 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer ventilgesteuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, bei dem die phasenrichtige Stellung der Nockenwelle erfasst und bei einer definierten Phasenabweichung Maßnahmen eingeleitet werden, mittels derer diese Betriebsstörung erkennbar und ih­ re Auswirkungen ggf. kompensierbar sind. Weiterhin ist aus der DE 199 58 174 C1 ein Verfahren zur Ventilhuberfassung bei Brennkraftmaschinen mit variabler Ventilsteuerung bekannt, bei dem die Betätigung der variabel zu steuernden Ventile ü­ ber zwei Nockenwellen erfolgt, wobei eine Drehlageerfassung für die drehzahlgleich angetriebenen Nockenwellen durchge­ führt wird. Zudem ist aus der DE 43 17 527 A1 ein Verfahren für eine selbsttätige Einstellung der Phasenlage eines No­ ckenwellenantriebs bekannt, bei dem mittels einer Trägermarke der Kurbelwelle und der Nockenwelle ein Differenzwinkel be­ stimmbar ist, der als Grundlage für eine kontinuierliche Ein­ stellung des Verstellelements dient. Schließlich ist aus der JP 07-083 080 A eine Einrichtung zur Ventilhubregelung be­ kannt, bei der die Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle erfasst und über Kontrollmittel in Überein­ stimmung mit einer vorgegebenen Phasendifferenz gebracht wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle zu schaffen, deren Phasenlage zu einer Kurbelwelle verstellbar ist, das einerseits zuverlässig ist und andererseits in allen Be­ triebszuständen der Brennkraftmaschine eine gute Fahrbarkeit ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati­ schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Brennkraftmaschine,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln einer aktuellen Phasenlage, und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln eines Stellsignals.
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenüber­ greifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Brennkraftmaschine (Fig. 1) umfasst einen Zylinder 1 mit einem Kolben 11 und einer Pleuelstange 12. Die Pleuel­ stange 12 ist mit dem Kolben 11 und einer Kurbelwelle 2 ver­ bunden. Ein erstes Zahnrad 21 ist auf der Kurbelwelle 2 ange­ ordnet. Das erste Zahnrad 21 ist über eine Kette 21a mit ei­ nem zweiten Zahnrad mechanisch gekoppelt, das auf einer No­ ckenwelle 3 angeordnet ist. Die Nockenwelle 3 weist Nocken 32, 33 auf, die auf Gaswechselventile 41, 42 einwirken. Die Brennkraftmaschine ist in Fig. 1 mit einem Zylinder darge­ stellt. Selbstverständlich kann die Brennkraftmaschine auch mehrere Zylinder aufweisen.
Eine Stelleinrichtung 5 zum Einstellen der Phasenlage der No­ ckenwelle 3 in Bezug zu der Kurbelwelle 2 und somit zum Ein­ stellen des Bewegungsverlaufs der Gaswechselventile ist der Brennkraftmaschine zugeordnet. Die Stelleinrichtung 5 hat ein mechanisches Verstellteil, das hydraulisch verstellbar ist und so die Phasenlage der Nockenwelle 3 einstellt. Das mecha­ nische Verstellteil 51 ist über Hydraulikleitungen 52, 53 mit einem Stellglied 54 verbunden, das vorzugsweise als hydrauli­ sches Drei-Zwei-Wege-Ventil ausgebildet ist. Das Stellglied ist mit einer Hochdruck-Hydraulikleitung 55 und einer Nieder­ druck-Hydraulikleitung 56 mit einem Ölreservoir 57 verbunden, dem eine Ölpumpe zugeordnet ist. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine sorgt die Ölpumpe für einen vorgegebenen Druck in dem Ölreservoir und damit auch in der Hochdruck- Hydraulikleitung 55.
Befindet sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand des Motorstops, d. h. in dem Zylinder 1 findet keine Verbren­ nung statt und die Kurbelwelle rotiert nicht, so sinkt der Druck in dem Ölreservoir allmählich ab und somit auch der Druck in der Hochdruck-Hydraulikleitung. Ferner sinkt dann auch der Druck in den Hydraulikleitungen 52 und 53, was eine Verstellung des mechanischen Verstellteils 51 in eine Endpo­ sition zur Folge hat.
Eine Steuereinrichtung 6 ist vorgesehen, der Sensoren zuge­ ordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Messwert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 6 ermittelt abhängig von den Messgrößen ein Stellsignal TVAN_S für das Stellglied 54, aber auch für weitere Stellglieder, wie eine nicht dargestellte Zündkerze, ein Einspritzventil o­ der eine Drosselklappe.
Die Sensoren sind ausgebildet als ein Kurbelwellensensor 71, der einen Kurbelwellenwinkel KW der Kurbelwelle 2 erfasst o­ der aus dessen zeitlichen Verlauf eine Drehzahl N ableitet, ein Luftmassenmesser 74, der einen Luftmassenstrom MAF er­ fasst, und ein Drosselklappensensor 73, der einen Öffnungs­ grad THR der Drosselklappe erfasst. Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms, das beim Start der Brennkraftmaschine ausgeführt wird und ggf. auch bei dem weiteren Betrieb teilweise zyklisch ausgeführt wird. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet. Dies erfolgt sehr zeitnah zu dem Start der Brennkraftmaschine, also wäh­ rend der ersten Umdrehungen der Kurbelwelle.
In einem Schritt S2 wird ein Sensorwert PH_S der Phasenlage der Nockenwelle 3 im Vergleich zu der Kurbelwelle 2 abhängig von den erfassten Nockenwellenwinkel NW und Kurbelwellenwin­ kel KW ermittelt. Dies kann ggf. auch durch geeignete Mitte­ lung oder in sonstiger Weise mit mehreren aufeinander folgen­ den Messwerten des Kurbelwellenwinkels KW und des Nockenwel­ lenwinkels NW erfolgen.
In einem Schritt S3 wird eine vorgegebene Phasenlage PH_INI aus einem Speicher eingelesen. Die vorgegebene Phasenlage PH_INI ist die Phasenlage, die die Nockenwelle 3 zur Kurbel­ welle 2 hat, wenn die Verstelleinrichtung 51 in ihrer Endpo­ sition, also in der unverstellten Lage ist, und zwar unter der Voraussetzung, dass alle mechanischen Teile in der vorge­ gebenen Weise einander zugeordnet sind. Beim Start der Brenn­ kraftmaschine sollte sich die Verstelleinrichtung 51 in der Endposition befinden, da der Hydraulikdruck während des Stillstands der Brennkraftmaschine abgefallen ist.
In einem Schritt S4 wird ein Hysteresewert eingelesen, der mechanische Toleranzen und Einbautoleranzen der mechanischen Teile und ferner die Toleranzen des Kurbelwellensensors 71 und des Nockenwellensensors 72 berücksichtigt. Typischerweise haben die Toleranzen des Kurbelwellensensors 71 und des No­ ckenwellensensors 72 einen bestimmenden Einfluss auf den Hysteresewert HYS, während die Toleranzen der sonstigen me­ chanischen Teile und der weiteren Einbautoleranzen der mecha­ nischen Teile hierbei in den Hintergrund treten.
In einem Schritt S5 wird geprüft, ob der Betrag der Differenz des Sensorwerts PH_S der Phasenlage und der vorgegebenen Pha­ senlage PH_INI kleiner ist als der Hysteresewert HYS. Ist dies der Fall, so wird in einem Schritt S7 der Betriebszu­ stand der Brennkraftmaschine des Normalbetriebs NB gesetzt.
In einem Schritt S8 wird dann ein Korrekturwert PH_COR ermit­ telt, abhängig von der Differenz der vorgegebenen Phasenlage PH_INI und des Sensorwertes PH_S der Phasenlage. Dabei kann diese Differenz direkt dem Korrekturwert PH_COR zugeordnet werden oder auch die Differenz mit einem Bewertungsfaktor ge­ wichtet werden oder auch eine Mittelung über aufeinander fol­ gende erfasste Werte der Differenz erfolgen.
Der Schritt S9 wird für eine vorgegebene Wartezeitdauer ein­ genommen, während derer vorzugsweise das Programm unterbrochen wird und andere Programme in der Steuereinrichtung 6 ab­ gearbeitet werden.
In einem Schritt S10 wird der Sensorwert PH_S der Phasenlage abhängig von dem Nockenwellenwinkel NW und dem Kurbelwellen­ winkel KW ermittelt.
In einem Schritt S11 wird dann eine aktuelle Phasenlage PH_AKT berechnet aus der Summe des Sensorwerts PH_S der Pha­ senlage und des Korrekturwerts PH_COR. Die aktuelle Phasenla­ ge PH_AKT wird so im Normalbetrieb NB äußerst präzise erfasst unter der Annahme, dass Fehler im Wesentlichen auf die Tole­ ranzen des Kurbelwellensensors 71 und des Nockenwellensensors 72 zurückzuführen sind.
Anschließend wird dann die Bearbeitung in dem Schritt S9 er­ neut fortgesetzt. Die Schritte S9 bis S11 werden dabei je­ weils zyklisch während vorzugsweise des gesamten Betriebs der Brennkraftmaschine durchlaufen.
Ist die Bedingung des Schrittes S5 nicht erfüllt, d. h. der Betrag der Differenz des Sensorwertes PH_S der Phasenlage und der vorgegebenen Phasenlage PH_INI ist größer als der Hyste­ resewert HYS, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S13 fortgesetzt.
In dem Schritt S13 wird der Betriebszustand des Notlaufs NL der Brennkraftmaschine gesetzt. In dem Betriebszustand des Notlaufs NL ist nur ein eingeschränkter Fahrbetrieb der Brennkraftmaschine möglich mit dem Zweck ein mit der Brenn­ kraftmaschine versehenes Fahrzeug sicher in eine Werkstatt zu bringen. In dem Betriebszustand des Notlaufs NL erfolgt vor­ zugsweise keine weitere Verstellung der Phasenlage der No­ ckenwelle 3 zu der Kurbelwelle 2 und die Drehzahl N der Kur­ belwelle oder die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs wird auf einen vorgegebenen Wert begrenzt.
In einem Schritt S14 wird überprüft, ob der Kurbelwellensen­ sor 71 und der Nockenwellensensor 72 korrekt funktionieren. Ist dies nicht der Fall, so wird in einem Schritt S15 der ak­ tuellen Phasenlage PH_AKT die vorgegebene Phasenlage PH_INI zugeordnet.
Ist die Bedingung des Schrittes S14 jedoch erfüllt, so wird in einem Schritt S16 der aktuellen Phasenlage PH_AKT der Sen­ sorwert PH_S der Phasenlage zugeordnet. Die Zuordnung in dem Schritt S16 geht von der Erkenntnis aus, dass in diesem Fall des Notlaufbetriebs ein Defekt in den die Phasenlage der No­ ckenwelle 3 zu der Kurbelwelle 2 bestimmenden mechanischen Komponenten vorliegt. Dies kann beispielsweise ein sogenann­ ter Kettensprung oder falls statt der Kette 21a ein Riemen vorgesehen ist ein Riemensprung oder eine nicht ordnungsgemäß gespannte Kette bzw. eine nicht ordnungsgemäß gespannter Rie­ men sein. Diese Fehler können eine Veränderung der Phasenlage von bis zu 30 Grad oder auch mehr zur Folge haben.
In einem Schritt S17 wird dann das Programm gestoppt. Alter­ nativ kann auch im Notlaufbetrieb NB jeweils zyklisch der Sensorwert PH_S der Phasenlage neu bestimmt werden und an­ schließend der Schritt S16 durchgeführt werden.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Programm, das zyklisch während des Betriebs der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. Das Pro­ gramm wird in einem Schritt S20 gestartet. In einem Schritt S21 wird ein Stellsignal SG für ein Stellglied der Brenn­ kraftmaschine, vorzugsweise die Drosselklappe oder das Ein­ spritzventil abhängig von der aktuellen Phasenlage PH_AKT, der Drehzahl N, dem Öffnungsgrad THR der Drosselklappe und dem Luftmassenstrom MAF ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines dynamischen Modells des Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine. Die aktuelle Phasenlage PH_AKT hat einen bestimmenden Einfluss auf den vor der Verbrennung in dem Zy­ linder 1 befindlichen Anteil an Restgasen und auch auf die Füllung selbst. Dadurch, dass auch im Notlauf NL der Brennkraftmaschine ein präziser Wert der aktuellen Phasenlage PH_AKT vorliegt, ist eine gute Fahrbarkeit der Brennkraftma­ schine in einem Fahrzeug gewährleistet und gleichzeitig si­ chergestellt, dass die Emissionen gering sind, da die Luft­ zahl in dem Zylinder präzise eingestellt werden kann. So kann auch bei einer nicht so mager-lauffähigen Brennkraftmaschine noch eine gute Fahrbarkeit zur nächsten Werkstätte im Not­ lauf-Betrieb NL sichergestellt werden.

Claims (1)

  1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle (2), deren Phasenlage zu einer Kurbelwelle ver­ stellbar ist, mit einem Kurbelwellen-Sensor (71), der den Kurbelwellenwinkel (KW) erfasst, und mit einem Nockenwellen- Sensor (72), der den Nockenwellenwinkel (NW) erfasst, mit folgenden Schritten:
    • - beim Start der Brennkraftmaschine wird eine Bedingung ge­ prüft, die erfüllt ist, wenn die aus dem erfassten Kurbelwel­ lenwinkel (KW) und Nockenwellenwinkel (NW) abgeleitete Pha­ senlage (PH_S) weniger von einer vorgegebenen Phasenlage (PH_INI) abweicht als ein vorgegebener Schwellenwert (HYS),
    • - falls die Bedingung erfüllt ist, wird ein Korrekturwert (PH_COR) berechnet abhängig von der Abweichung der aus dem erfassten Kurbelwellenwinkel (KW) und Nockenwellenwinkel (NW) abgeleiteten Phasenlage (PH_S) von der vorgegebenen Phasenla­ ge (PH_INI) und im weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine wird die tatsächliche Phasenlage (PH_AKT) abhängig von der aus dem erfassten Kurbelwellenwinkel (KW) und Nockenwellen­ winkel (NW) abgeleiteten Phasenlage (PH_S) und dem Korrektur­ wert (PH_COR) berechnet
    • - falls die Bedingung nicht erfüllt ist, wird ein Notlauf- Betrieb (NL) der Brennkraftmaschine gesteuert,
    • - in dem Notlauf-Betrieb (NL) wird die tatsächliche Phasenla­ ge (PH_AKT) gleich gesetzt der aus dem erfassten Kurbelwel­ lenwinkel (KW) und Nockenwellenwinkel (NW) abgeleiteten Pha­ senlage (PH_S),
    • - in dem weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine wird mindes­ tens ein Stellsignal (SG) für ein Stellglied abhängig von der tatsächlichen Phasenlage (PH_AKT) ermittelt.
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