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Die
Erfindung betrifft das Gebiet von variablen Nockendrehmomentsystemen.
Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein System und ein
Verfahren zum Verbessern des Ansprechverhaltens einer variablen Nockenregelung
(VCT) bei niedriger Nockendrehmomentfrequenz durch Identifizieren
der Nockendrehmomentrichtung und Pausierenlassen der Regelungsaktualisierung,
falls erforderlich.
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Das
Verhalten einer Brennkraftmaschine kann durch die Verwendung von
dualen Nockenwellen, von denen eine die Einlassventile der verschiedenen
Zylinder der Brennkraftmaschine und die andere die Auslassventile
der Brennkraftmaschine betätigt,
verbessert werden. Typischerweise wird eine dieser Nockenwellen von
der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über ein Kettenrad und einen
Kettenantrieb oder Riemenantrieb angetrieben, während die andere Nockenwelle
von der ersten Nockenwelle über
ein zweites Kettenrad und einen Kettenantrieb oder zweiten Riemenantrieb
ange trieben wird. Alternativ dazu können beide Nockenwellen über einen
einzigen, von einer Kurbelwelle angetriebenen Kettenantrieb oder
Riemenantrieb angetrieben werden. Das Verhalten einer Brennkraftmaschine
mit zwei Nockenwellen kann hinsichtlich der Leerlaufqualität, des Kraftstoffverbrauches,
von verringerten Emissionen oder einem erhöhten Drehmoment weiter verbessert werden,
indem die Lagebeziehung einer der Nockenwellen, üblicherweise der Nockenwelle,
die die Einlassventile der Brennkraftmaschine betätigt, relativ
zur anderen Nockenwelle und relativ zur Kurbelwelle verändert wird,
um auf diese Weise die Steuerung der Brennkraftmaschine in bezug
auf die Funktionsweise von ihren Einlassventilen relativ zu ihren
Auslassventilen oder in bezug auf die Funktionsweise ihrer Ventile
relativ zur Position der Kurbelwelle zu verändern.
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Ein
Studium von Informationen, die in den nachfolgenden amerikanischen
Patentschriften enthalten sind, deren Offenbarung hiermit durch
Bezugnahme eingearbeitet wird, ist für die Auswertung des Hintergrundes
der vorliegenden Erfindung nutzbringend.
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Die
US-PS 5 002 023 beschreibt ein variables Nockenregelungssystem (VCT-System)
auf dem Gebiet der Erfindung, bei dem die Systemhydraulik ein Paar
von entgegengesetzt wirkenden Hydraulikzylindern mit geeigneten
hydraulischen Strömungselementen
umfasst, um ein Hydraulikmittel wahlweise von einem der Zylinder
zum anderen oder umgekehrt zu überführen und
auf diese Weise die Umfangsposition einer Nockenwelle relativ zu
einer Kurbelwelle zu beschleunigen oder zu verzögern. Das Regelsystem umfasst
ein Regelventil, in dem die Abgabe von Hydraulikmittel von dem einen
oder dem anderen entgegengesetzt wirkenden Zylinder durch Bewegung
eines Schiebers innerhalb des Ventils in der einen oder der anderen
Richtung von dessen zentrierter oder Nullposition aus ermöglicht wird.
Die Bewegung des Schiebers findet in Abhängigkeit von einem Anstieg
oder Abfall des Hydraulikregeldrucks PC an
einem Ende des Schiebers und der Beziehung zwischen der hydraulischen
Kraft an diesem Ende und einer entgegengesetzt gerichteten mechanischen
Kraft am anderen Ende, die von einer hierauf einwirkenden Druckfeder
stammt, statt.
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Die
US-PS 5 107 804 beschreibt
ein anderes variables Nockenregelsystem (VCT-System) auf dem Gebiet
der Erfindung, bei dem die Systemhydraulik einen Flügel mit
Erhebungen innerhalb eines umschlossenen Gehäuses umfasst, der die entgegengesetzt
wirkenden Zylinder ersetzt, die in der vorstehend beschriebenen
US-PS 5 002 023 erläutert sind.
Der Flügel
kann relativ zum Gehäuse
hin- und herschwingen, und es sind geeignete hydraulische Strömungselemente
zur Überführung des
Hydraulikmittels im Gehäuse
von einer Seite einer Erhebung zur anderen oder umgekehrt vorgesehen,
um auf diese Weise den Flügel
relativ zum Gehäuse
in der einen Richtung oder der anderen hin- und herzubewegen, wobei
durch diese Bewegung die Position der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle
beschleunigt oder verzögert
wird. Das Regelsystem dieses VCT-Systems ist mit dem der
US-PS 5 002 023 identisch,
wobei die gleiche Art von Schieber Verwendung findet, der auf die
gleiche Art von hierauf einwirkenden Kräften anspricht.
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Die
US-PS'en 5 172 659
und 5 184 578 beziehen sich beide auf die Probleme der vorstehend
erwähnten
Arten von VCT-Systemen,
die durch den Versuch hervorgerufen werden, die gegen ein Ende des
Schiebers ausgeübte
hydraulische Kraft und die gegen das andere Ende ausgeübte mechanische
Kraft auszugleichen. Das in den US-PS'en 5 172 659 und 5 184 578 offenbarte
verbesserte Regelsystem macht von einer hydraulischen Kraft Gebrauch,
die auf beide Enden des Schiebers einwirkt. Die auf ein Ende einwirkende
hydraulische Kraft resultiert aus dem direkt aufgebrachten Hydraulikmittel
vom Ölkanal
der Brennkraftmaschine unter vollem hydraulischen Druck PS. Die auf das andere Ende des Schiebers
einwirkende hydraulische Kraft stammt aus einem Hydraulikzylinder
oder einem anderen Kraftvervielfacher, der in Abhängigkeit
vom Hydraulikmittel des Systems unter reduziertem Druck PC von einem pulsbreitenmodulierten Solenoid
(PWM-Solenoid) hierauf einwirkt. Da die auf jedes gegenüberliegende
Ende des Schiebers einwirkende Kraft einen hydraulischen Ursprung
hat und auf dem gleichen Hydraulikmittel basiert, gleichen sich Änderungen
im Druck oder der Viskosität
des Hydraulikmittels aus und beeinflussen die zentrierte Position
oder Nulllage des Schiebers nicht.
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In
der
US-PS 5 289 805 ist
ein verbessertes VCT-Verfahren beschrieben, bei dem eine hydraulische pulsbreitenmodulierte
Schieberpositionsregelung und ein verbessertes Regelverfahren Anwendung
finden, die für
eine Computerrealisation geeignet sind, welche die Nachführung auf
einen vorgegebenen Sollpunkt mit einer großen Robustheit ermöglicht.
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Die
US-PS 5 361 735 beschreibt
eine Nockenwelle mit einem Flügel,
der an einem Ende befestigt ist und eine schwingungsfreie Drehung
durchführt.
Die Nockenwelle trägt
ferner eine von einem Steuerriemen angetriebene Riemenscheibe, die
sich zusammen mit der Nockenwelle drehen kann, jedoch relativ zu
dieser hin- und herschwingen kann. Der Flügel hat gegenüberliegende
Erhebungen, die in gegenüberliegenden
Ausnehmungen der Riemenscheibe enthalten sind. Die Nockenwelle neigt
zu Veränderungen
in Reaktion auf Drehmomentimpulse, die sie während ihres normalen Betriebes
erfährt,
und kann durch wahlweises Blockieren oder Ermöglichen des Zuflusses von Motoröl aus den
Ausnehmungen beschleunigt oder verzögert werden, wenn die Position
eines Schiebers innerhalb eines Ventilgehäuses eines Regelventils in
Abhängigkeit
von einem Signal von einer Motorregeleinheit geregelt wird. Der
Schieber wird in einer vorgegebenen Richtung durch eine eine Drehbewegung
in eine Linearbewegung überführende Einrichtung,
die durch einen Elektromotor, vorzugsweise durch einen Schrittmotor,
erzeugt wird, gedrückt.
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Die
US-PS 5 497 738 zeigt ein
Regelsystem, das die auf ein Ende eines Schiebers einwirkende hydraulische
Kraft, die aus dem direkt aufgebrachten Hydraulikmittel vom Motorölkanal bei
vollem hydraulischen Druck P
S resultiert
und bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des VCT-Systems Anwendung findet,
eliminiert. Die auf das andere Ende des belüfteten Schiebers einwirkende
Kraft stammt von einer elektromechanischen Betätigungseinheit, vorzugsweise
vom Solenoidtyp mit veränderlicher
Kraft, die in Abhängigkeit
von einem elektronischen Signal, das von einer Motor steuereinheit
(ECU) abgegeben wird, die diverse Motorparameter überwacht,
direkt auf den belüfteten
Schieber einwirkt. Die ECU empfängt
Signale von Sensoren, welche Nockenwellen- und Kurbelwellenpositionen
entsprechen, und benutzt diese Informationen, um einen relativen
Phasenwinkel zu berechnen. Ein Rückkopplungssystem
in Form einer geschlossenen Schleife, das jedweden Phasenwinkelfehler
korrigiert, findet vorzugsweise Verwendung. Durch die Verwendung
eines Solenoids mit veränderlicher
Kraft wird das Problem eines trägen
dynamischen Ansprechverhaltens gelöst. Eine derartige Vorrichtung
kann so ausgebildet werden, dass sie so schnell anspricht wie ein
Schieber mechanisch anspricht, und mit Sicherheit viel schneller
anspricht als das herkömmliche
(vollständig
hydraulische) Differenzdruckregelsystem. Das schnellere Ansprechverhalten
ermöglicht
die Ausnutzung einer erhöhten
Regelverstärkung,
so dass das System weniger empfindlich wird gegenüber Toleranzen
der Komponenten und der Betriebsumgebung.
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Die
US-PS 5 657 725 zeigt ein
Steuersystem, das zur Betätigung
Motoröldruck
einsetzt. Das System besitzt eine Nockenwelle, die einen Flügel aufweist,
der an einem Ende derselben befestigt ist und eine schwingungsfreie
Drehung hiermit ausführt.
Die Nockenwelle trägt
ferner ein Gehäuse,
das sich zusammen mit der Nockenwelle drehen kann, jedoch mit dieser
hin- und herschwingt. Der Flügel
besitzt gegenüberliegende
Erhebungen, die in gegenüberliegenden
Ausnehmungen des Gehäuses
enthalten sind. Die Ausnehmungen besitzen ein größeres Umfangsmaß als die
Erhebungen, so dass der Flügel
und das Gehäuse
relativ zueinander hin- und herschwingen können und auf diese Weise die
Phase der Nocken welle relativ zu einer Kurbelwelle verändert werden
kann. Die Nockenwelle neigt dazu, in Abhängigkeit vom Motoröldruck und/oder
Nockenwellendrehmomentimpulsen, die auf sie während ihres Normalbetriebes
ausgeübt
werden, ihre Richtung zu verändern,
und kann entweder beschleunigt oder verzögert werden, indem der Motorölfluss durch
die Rückführleitungen
von den Ausnehmungen wahlweise blockiert oder ermöglicht wird,
indem die Position eines Schiebers in einem Ventilschiebergehäuse in Abhängigkeit
von einem Signal gesteuert wird, das einen Motorbetriebszustand
von einer Motorsteuereinheit anzeigt. Der Schieber wird wahlweise
durch Steuern der auf sein gegenüberliegendes
Ende einwirkenden hydraulischen Belastungen in Abhängigkeit
von einem Signal von einer Motorsteuereinheit positioniert. Der
Flügel
kann in eine Extremposition vorgespannt sein, um in bezug auf ein
in einer Richtung wirkendes Reibungsdrehmoment, das auf die Nockenwelle
während
ihrer Drehung einwirkt, eine Gegenkraft vorzusehen.
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Die
US-PS 6 247 434 beschreibt
ein veränderliches
Nockenwellenregelsystem mit mehreren Positionen, das durch Motoröl betätigt wird.
Innerhalb des Systems ist eine Nabe an einer Nockenwelle zur Durchführung einer
Drehung synchron mit der Nockenwelle befestigt, und ein Gehäuse umgibt
die Nabe, kann sich zusammen mit der Nabe und der Nockenwelle drehen
und kann des weiteren relativ zur Nabe und der Nockenwelle innerhalb
eines vorgegebenen Drehwinkels hin- und herschwingen. Antriebsflügel sind
radial im Gehäuse
angeordnet und wirken mit einer externen Fläche an der Nabe zusammen, während angetriebene
Flügel radial
in der Nabe angeordnet sind und mit einer Innenfläche des
Gehäuses zusammenwirken.
Eine Blockiervorrichtung, die auf den Öldruck reagiert, verhindert
eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Nabe. Eine Steuervorrichtung
steuert die Schwingung des Gehäuses
relativ zur Nabe.
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In
der
US-PS 6 250 265 ist
ein variables Ventilregelsystem mit Betätigungsblockierung für eine Brennkraftmaschine
beschrieben. Das System umfasst ein variables Nockenwellenregelsystem
mit einer Nockenwelle mit einem an dieser befestigten Flügel, der
sich zusammen mit der Nockenwelle dreht, jedoch nicht relativ zu
dieser hin- und herschwingt. Der Flügel besitzt eine sich in Umfangsrichtung
erstreckende Vielzahl von Erhebungen, die radial von diesen nach
außen
vorstehen, und ist von einem ringförmigen Gehäuse umgeben, das eine entsprechende
Vielzahl von Ausnehmungen aufweist, von denen jede eine der Erhebungen
aufnimmt und eine Erstreckung in Umfangsrichtung besitzt, die größer ist
als die Erstreckung in Umfangsrichtung der darin aufgenommenen Erhebung,
um auf diese Weise eine Schwingung des Gehäuses relativ zum Flügel und der
Nockenwelle zu ermöglichen,
während
sich das Gehäuse
mit der Nockenwelle und dem Flügel
dreht. Die Schwingung des Gehäuses
relativ zum Flügel
und der Nockenwelle wird durch unter Druck gesetztes Motoröl in jeder
Ausnehmung auf gegenüberliegenden
Seiten der Erhebung betätigt,
wobei der Öldruck
in einer derartigen Ausnehmung vorzugsweise teilweise von einem
Drehmomentimpuls in der Nockenwelle, während sich diese während ihres
Betriebes dreht, hergeleitet wird. Eine ringförmige Blockierplatte ist koaxial
zur Nockenwelle und zum ringförmigen
Gehäuse
angeordnet und relativ zum ringförmigen
Gehäuse
entlang einer zentralen Längsachse
der Nockenwelle zwischen einer ersten Position, in der die Blockierplatte
mit dem ringförmigen Gehäuse in Eingriff
steht, um dessen Umfangsbewegung relativ zum Flügel zu verhindern, und einer
zweiten Position, in der eine Umfangsbewegung des ringförmigen Gehäuses relativ
zum Flügel
ermöglicht
wird, bewegbar. Die Blockierplatte wird von einer Feder in Richtung
auf ihre erste Position vorgespannt und aus ihrer ersten Position
in Richtung auf eine zweite Position durch Motoröldruck weggedrückt, dem
sie über
einen Kanal ausgesetzt ist, der durch die Nockenwelle führt, wenn
der Motoröldruck
ausreichend hoch ist, um die Vorspannkraft der Feder zu überwinden,
was nur dann der Fall ist, wenn es gewünscht wird, die Relativlagen
des ringförmigen
Gehäuses
und des Flügels
zu verändern.
Die Bewegung der Blockierplatte wird durch eine elektronische Regeleinheit
des Motors entweder über
ein Regelsystem (geschlossene Schleife) oder ein Steuersystem (offene
Schleife) geregelt.
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Die
US-PS 6 263 846 beschreibt
eine Regelventilstrategie für
ein variables Nockenwellenregelsystem, das mit einem Flügel versehen
ist. Diese Strategie umfasst eine Brennkraftmaschine, die eine Nockenwelle und
eine Nabe umfasst, die an der Nockenwelle befestigt ist und sich
zusammen mit dieser dreht. Ein Gehäuse umgibt die Nabe und ist
zusammen mit der Nabe und der Nockenwelle drehbar und kann des weiteren
relativ zur Nabe und Nockenwelle hin- und herschwingen. Antriebsflügel sind
radial innerhalb im Gehäuse
angeordnet und wirken mit der Nabe zusammen, während angetriebene Flügel radial
außerhalb
in der Nabe angeordnet sind, um mit dem Gehäuse zusammenzuwirken. Sie wechseln
sich in Umfangsrichtung mit den Antriebsflügeln ab und bilden in Umfangsrichtung
abwechselnd Beschleunigungs- und Verzögerungskammern. Eine Vorrichtung
zum Regeln der Schwingung des Gehäuses relativ zur Nabe umfasst
eine elektronische Motorsteuereinheit und ein Beschleunigungssteuerventil,
das auf die elektronische Motorsteuereinheit anspricht und den Motoröldruck zu
und von den Beschleunigungskammern reguliert. Ein Verzögerungssteuerventil,
das auf die elektronische Motorsteuereinheit anspricht, reguliert
den Motoröldruck
zu und von den Verzögerungskammern.
Ein Beschleunigungskanal stellt eine Motoröldruckverbindung zwischen dem
Beschleunigungssteuerventil und dem Beschleunigungskammern her,
während
ein Verzögerungskanal
eine Motoröldruckverbindung zwischen
dem Verzögerungssteuerventil
und den Verzögerungskammern
herstellt.
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Die
US-PS 6 311 655 beschreibt
ein variables Nockenregelsystem mit mehreren Positionen, das eine flügelmontierte
Verriegelungskolbenvorrichtung aufweist. Eine Brennkraftmaschine
besitzt eine Nockenwelle und ein variables Nockenwellenregelsystem,
bei dem ein Rotor an der Nockenwelle befestigt ist, der sich zusammen
mit der Nockenwelle drehen kann, jedoch nicht relativ zur Nockenwelle
hin- und herschwingen kann. Ein Gehäuse umgibt den Rotor, ist zusammen
mit dem Rotor und der Nockenwelle drehbar und kann relativ zum Rotor
und zur Nockenwelle zwischen einer vollständig verzögerten Position und einer vollständig beschleunigten
Position hin- und herschwingen. Eine Blockiervorrichtung verhindert
eine Relativbewegung zwischen dem Rotor und dem Gehäuse und
ist entweder im Rotor oder im Gehäuse montiert und kann lösbar mit dem
anderen Teil vom Rotor und vom Gehäuse in der vollständig verzögerten Position,
der voll ständig
beschleunigten Position und Positionen dazwischen in Eingriff gebracht
werden. Die Blockiervorrichtung besitzt einen Verriegelungskolben,
der Keile aufweist, die an einem Ende desselben angeordnet sind,
und Keilnuten, die gegenüber
den Keilen am Verriegelungskolben montiert sind, um den Rotor mit
dem Gehäuse
zu verriegeln. Durch eine Steuervorrichtung wird die Schwingung
des Rotors relativ zum Gehäuse
gesteuert.
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Die
US-PS 6 374 787 zeigt ein
variables Nockenwellenregelsystem mit mehreren Positionen, das durch
Motoröldruck
betätigt
wird. Eine Nabe ist an einer Nockenwelle befestigt und dreht sich
synchron mit dieser, und ein Gehäuse
umgibt die Nabe und ist mit der Nabe und der Nockenwelle drehbar
sowie kann des weiteren relativ zur Nabe und zur Nockenwelle innerhalb
eines vorgegebenen Drehwinkel hin- und herschwingen. Antriebsflügel sind
radial innerhalb des Gehäuses
angeordnet und wirken mit einer externen Fläche auf der Nabe zusammen,
während
angetriebene Flügel
radial innerhalb der Nabe angeordnet sind und mit einer Innenfläche des
Gehäuses
zusammenwirken. Eine Blockiervorrichtung, die auf den Öldruck reagiert,
verhindert eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Nabe. Eine Steuervorrichtung
steuert die Schwingung des Gehäuses
relativ zur Nabe.
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In
der
US-PS 6 477 999 ist
eine Nockenwelle beschrieben, die an einem Ende einen daran befestigten Flügel aufweist,
der sich zusammen mit der Nockenwelle dreht, ohne hin- und herzuschwingen.
Die Nockenwelle trägt
ferner ein Kettenrad, das sich zusammen mit der Nockenwelle drehen
kann, jedoch relativ zur Nockenwelle hin- und herbewegbar ist. Der
Flü gel
besitzt gegenüberliegende
Erhebungen, die in gegenüberliegenden
Ausnehmungen des Kettenrades aufgenommen sind. Die Ausnehmungen
haben eine größere Umfangserstreckung
als die Erhebungen, so dass der Flügel und das Kettenrad relativ
zueinander hin- und herschwingen können. Die Phase der Nockenwelle ändert sich
in Abhängigkeit
von Impulsen, mit denen sie während
ihres normalen Betriebes beaufschlagt wird, und kann sich nur in
einer vorgegebenen Richtung, entweder beschleunigend oder verzögernd, ändern, in
der der Fluss von unter Druck stehendem Hydraulikmittel, vorzugsweise
Motoröl,
von den Ausnehmungen wahlweise blockiert oder ermöglicht wird,
indem die Position eines Schiebers innerhalb eines Ventilgehäuses eines
Steuerventils gesteuert wird. Das Kettenrad hat einen Kanal, der
sich durch das Kettenrad erstreckt und parallel zur Längsachse
der Drehung der Nockenwelle sowie im Abstand hiervon verläuft. Ein
Stift ist gleitend im Kanal angeordnet und wird von einer Feder
elastisch in eine Position gedrückt,
in der ein freies Ende des Stiftes über den Kanal hinaus vorsteht.
Der Flügel
trägt eine Platte
mit einer Tasche, die zu dem Kanal in einer vorgegebenen Orientierung
des Kettenrades zur Nockenwelle ausgerichtet ist. Die Tasche nimmt
Hydraulikmittel auf. Wenn sich der Hydraulikmitteldruck auf normalem Betriebsniveau
befindet, steht ein ausreichender Druck innerhalb der Tasche zur
Verfügung,
um das freie Ende des Stiftes daran zu hindern, in die Tasche einzudringen.
Bei niedrigen Niveaus des Hydraulikdrucks dringt jedoch das freie
Ende des Stiftes in die Tasche ein und verriegelt die Nockenwelle
und das Kettenrad miteinander in einer vorgegebenen Orientierung.
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Ein
nockendrehmomentbetätigtes
(CTA) variables Nockenregelsystem (VCT-System) bewegt sich nicht
kontinuierlich in seiner anbefohlenen Richtung. Um das VCT-System
vorzubewegen bzw. zu beschleunigen, gibt eine VCT-Regeleinheit einen
Befehl an einen Ventilschieber ab, sich so zu bewegen, dass ein
Einwegströmungskanal
geöffnet
wird und dann, wenn das Nockendrehmoment positiv ist (das Nockendrehmoment
in der gleichen Richtung ausgeübt
wird wie die Nockendrehung), das Motoröl in der Verzögerungskammer
herausgedrückt
wird und in die Beschleunigungskammer strömt. Wenn das Nockendrehmoment
negativ wird (d.h. das Nockendrehmoment in der entgegengesetzten
Richtung zur Nockendrehung ausgeübt
wird), kann der Ölstrom
seine Strömungsrichtung
nicht umkehren, so dass das VCT-System hydraulisch blockiert wird.
Um das VCT-System zu verzögern,
gibt die VCT-Regeleinheit einen Befehl an den Ventilschieber ab,
sich in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen, und das negative
Nockendrehmoment leistet die Arbeit. Die US-PS 5 107 805 beschreibt
eine derartige Vorgehensweise. Die entstehende VCT-Bewegung ist
treppenförmig
ausgebildet, da ihre Position relativ zum VCT-System schrittweise
verändert
wird. Mit anderen Worten, bei einer Nockenumdrehung bewegt sich
der VCT-Phaseneinsteller nur, wenn das Nockendrehmoment in der richtigen
Richtung ausgeübt
wird, und stoppt dann während
des restlichen Teiles der Nockenumdrehung.
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Generell
umfasst ein Verfahren, das zur Verwirklichung eines VCT-Regelsystems
in der Form einer geschlossenen Schleife in einem Computerprogramm
geeignet ist, einen Integrator, der die bleibende Abweichung zwischen
der VCT-Befehlsposition
(Sollpunkt) und der gemessenen VCT-Position (Phase) eliminiert. Das
zur Verwirklichung in einem Computerprogramm geeignete Verfahren
kann ferner einen Sollpunktfilter aufweisen. Dieser Sollpunktfilter
dient dazu, jedwede abrupte Änderung
des Sollpunktes zu glätten.
Eine graduelle Veränderung
des Sollpunktes bewirkt auch eine graduelle Änderung der Differenz zwischen
dem gefilterten Sollpunkt und der gemessenen Phase (Nullpunktsfehler).
Da das Regelergebnis in direkter Beziehung zum Nullpunktsfehler
steht, führt
der Gesamteffekt der Verwendung eines Sollpunktfilters zu einem
System mit glattem Regelergebnis oder einem geschlossenem VCT-Regelsystem
mit geringerem Überschießen.
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Die
mit einer Totzeit kombinierte Integralwirkung, die dem nockendrehmomentbetätigten VCT-System eigen
ist, reduziert die Stabilität
eines geschlossenen Regelsystems. Die Totzeit ist das Zeitsegment
zwischen zwei Drehmomentimpulsen, während der kein Nockendrehmoment
in der richtigen oder gewünschten
Richtung vorhanden ist, um das VCT-System in Richtung auf eine anbefohlene
Position anzutreiben. Je geringer die Motordrehzahl ist und je geringer
die Zahl der Erhebungen der Nockenwelle ist, desto länger dauert
diese Totzeit. Andererseits geht die VCT-Regelung generell davon
aus, dass ein konstantes und kontinuierliches Drehmoment zur Bewegung
der VCT zur Verfügung
steht. Die VCT-Regelung berechnet die Größe der Regelung auf der Basis
eines Fehlers von Null (siehe hierzu die
US-PS 5 497 738 , die durch Bezugnahme
in die vorliegende Offenbarung eingearbeitet wird). Folglich akkumuliert
der Integrator selbst während
der Totzeit weiterhin den Fehler Null (EO), wenn das Nockendrehmoment
in der unerwünschten
oder falschen Rich tung ausgeübt
wird, und bewegt sich der Phaseneinsteller nicht oder kann sich
nicht bewegen. Dies wiederum führt zu
einer Nonstop-Integralwirkung, so dass die Regeleinheit eine stärkere Regelung
befiehlt als das System benötigt,
wodurch die Stabilität
des geschlossenen Regelsystems verringert wird. Dieser Stabilitätsverlust
kann kompensiert werden, indem die gesamte Regelverstärkung reduziert
wird, wenn der Nocken mehrere Erhebungen aufweist und die Motordrehzahl
hoch ist. Eine derartige Verstärkungsreduzierung
allein ist jedoch nicht ausreichend, wenn die Nockenwelle nur einige
wenige Erhebungen besitzt, beispielsweise weniger als drei Erhebungen
pro Nockenumdrehung, da die Totzeit im Fall von lediglich einer
oder zwei Erhebungen pro Nockenumdrehung zu lang ist.
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Des
weiteren wird auch der Effekt des Sollpunktfilters bei niedriger
Motordrehzahl neutralisiert. Im Fall einer Sollpunktschrittänderung,
während
das VCT-System infolge des Fehlens eines Antriebsdrehmomentes in
fast allen Nockenumdrehungen ruht, wachsen die gefilterten Sollpunktwerte
noch oder werden akkumuliert. Wenn das VCT-System wartet, bis das
Drehmoment in der richtigen Richtung ausgeübt wird, und sich dann zu bewegen
beginnt, ist der Nullpunktsfehler bereits sehr groß oder hat
sich zu einem sehr großen
Wert angesammelt. Ein großer
Nullpunktsfehler erzeugt ein großes Regelsignal, das ein starkes Überschießen verursachen
kann.
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Daher
ist es wünschenswert,
ein Verfahren und ein System zum Identifizieren der Nockendrehmomentrichtung
und der Totzeit und zum Pausierenlassen der Regelungsaktualisie rung,
wenn kein Drehmoment zur Verfügung
steht, wie beispielsweise während
der Totzeit, zur Verfügung
zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird in
einem VCT-System an einem Nockenwellensensorrad (Nockenzahnrad), das
eine Vielzahl von Zähnen
aufweist, ein Indexzahn vorgesehen, der anzeigt, wenn das Nockendrehmoment seine
Richtung ändert.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein VCT-System, bei dem an einem Nockenwellensensorrad
(Nockenzahnrad), das eine Vielzahl von Zähnen aufweist, ein Indexzahn
vorgesehen ist, der die Totzeit ermittelt.
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Des
weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Identifizierung
der Nockendrehmomentrichtung durch Verwendung eines Extrazahnes
an einem Nockenzahnrad.
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Die
Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren in einem VCT-System,
das zur Reduzierung des VCT-Überschießens in
einer geschlossenen Regelung durch Pausierenlassen der Regelungsaktualisierungen vorgesehen
ist, wenn kein Drehmoment zum Antreiben des VCT in Richtung auf
dessen Befehlsposition zur Verfügung
steht. Des weiteren wird ein Computerprogramm zur Verfügung gestellt,
das dieses Verfahren umfasst.
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Auch
wird ein Verfahren in einem VCT-System zur Identifizierung der Richtung
des Nockendrehmomentes geschaffen. Das Verfahren umfasst die folgenden
Schritte: Vorsehen eines Nockensensorrades, das eine Vielzahl von
Zähnen
einschließlich
eines Indexzahnes, der auf dem Umfang des Nockensen sorrades ausgebildet
ist, umfasst, Vorsehen einer Sequenz von Impulsen, die der Vielzahl
der Zähne
entspricht, und Verwenden eines Zahnes aus der Vielzahl der Zähne zum
Identifizieren der Richtung des Nockendrehmomentes.
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Weiterbildungen
der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die
Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung
mit der Zeichnung im einzelnen erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein Sensorrad mit neun
(acht plus eins) Zähnen
und dessen Installation an einer eine einzige Erhebung aufweisenden
Nockenwelle;
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2 die Ausrichtung zwischen
dem Nockendrehmoment und den Zahnradimpulsen bei der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein bekanntes VCT-System
mit geschlossener Regelung;
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4 ein bekanntes VCT-Regelungsgesetz;
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5 ein VCT-Regelungsgesetz
mit pausierender Regelungsaktualisierung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6A den Effekt des nichtverbesserten
Regelverfahrens; und
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6B den Effekt des verbesserten
Regelverfahrens.
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1 zeigt ein neun Zähne (acht
plus eins) aufweisendes Rad 100 und dessen Installation
an einer eine einzige Erhebung aufweisenden Nockenwelle. Das Zahnrad 100 besitzt
acht gleiche Zähne
und einen Indexzahn. Der zusätzliche
Indexzahn wird wie die anderen Zähne
von einem Nockenzahnsensor ertastet. Eine Steuereinheit (nicht gezeigt)
dient dazu, die abgetasteten Zahninformationen aufzuzeichnen und
zu verarbeiten.
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Sämtliche
Zähne am
Zahnrad können
gleichmäßig oder
symmetrisch verteilt sein. Sie können
jedoch auch asymmetrisch verteilt sein.
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Das
Zahnrad 100 ist an einer Nockenwelle 102 montiert
und starr an dieser befestigt. Es kann sich zusammen mit der Nockenwelle 102 drehen.
Die Nockenwelle 102 besitzt mindestens eine nockenförmige Erhebung 104,
die sich relativ zu einem Federhalter 106 dreht und eine
Kraft auf eine Fläche
des Federhalters 106 ausübt. Eine im wesentlichen gleiche
Gegenkraft gleicht die auf die Fläche ausgeübte Kraft mit Hilfe einer Ventilfeder 108 aus,
die in bekannter Weise auf einem Ventil 110 angeordnet
ist. Des weiteren begrenzt eine Ventilführung 112 die Bewegung
des Ventils ebenfalls auf bekannte Weise.
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Ein
Nockensensor 114, der stationär in Relation zu dem sich drehenden
Zahnrad 100 montiert ist, ist vorgesehen, um die Positionen
der Zähne
am Zahnrad 100 zu ertasten.
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Verwendung des Indexzahnes
zum Identifizieren der Nockendrehmomentrichtung
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Der
Indexzahn dient zur Anzeige, wenn das Nockendrehmoment seine Richtung ändert. Die
Nockendrehmomentwerte und deren Richtung variieren mit unterschiedlichen
Drehlagen des Nockens. Wenn in idealer Weise kein Reibungsdrehmoment
vorhanden ist, das auf die Nockenwelle einwirkt, wird auf die Nockenwelle
ein negatives Drehmoment ausgeübt,
wenn die Zylinderventile 110 zu dem Zeitpunkt geöffnet werden, an
dem jede Nockenerhebung 104 ihre zugehörige Ventilfeder 108 komprimiert.
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Auf
die Nockenwelle 102 wird ein positives Drehmoment während des
Schließens
der Zylinderventile ausgeübt,
wenn die komprimierten Ventilfedern 108 ihre elastische
kinetische Energie abgeben. Das Nockendrehmoment passiert den Nullpunkt,
wenn die Winkellage erreicht ist, bei der die Spitze der Nockenerhebung ihren
angetriebenen Teil, wie beispielsweise die Fläche auf dem Federhalter 106,
kontaktiert. Am Rad 100 ist zusätzlich zu den sonst in gleichen
Abständen
angeordneten Zähnen
ein Indexzahn vorgesehen. Ein durch den Indexzahn erzeugter Indeximpuls
unterbricht das ursprünglich
gleichmäßige Impulsverteilungsmuster.
Die VCT-Regelung ist dann in der Lage, jeden einzelnen Zahn am Zahnrad
zu identifizieren. Wie oben ausgeführt, kann jedoch irgendeine
andere ursprüngliche
Impulsverteilung ungleichmäßig sein
(nicht gezeigt).
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Die
VCT-Regelung kennt den Moment, in dem das Drehmoment den Nullpunkt
passiert, wenn das Zahnrad so installiert ist, dass ein Zahn zum
Aufnahmesensor ausgerichtet ist, wenn die Nockenerhebungsspitze
ihre angetriebenen Teile 106 kontaktiert. Die VCT-Regelung
kennt ferner die Richtung des Drehmomentes, da bei einer vorgegebenen
Zahnradinstallation jede Zahn- und Aufnahmesensorausrichtung einer
festen Nockendrehmomentrichtung zugeordnet ist.
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In 1 ist die Installation eines
acht Zähne
aufweisenden Zahnrades an einer eine einzige Erhebung aufweisenden
Nockenwelle gezeigt, wobei der Zahn Null den Drehmomentnulldurchgang
repräsentiert.
-
2 zeigt das Nockendrehmoment
und die vom Aufnahmesensor 114 der 1 erzeugten Impulse. Der Zahn Null kennzeichnet
den Beginn des positiven Drehmomentes und das Ende des negativen
Drehmomentes. Der Zahn 2 kennzeichnet das Ende des positiven
Drehmomentes.
-
In
der Praxis ist das mittlere Nockendrehmoment wegen des Vorhandenseins
von Reibung immer negativ. Somit ist bei einer vorgegebenen Zahnradinstallation
der Zahn Null nicht genau zum Drehmomentnulldurchgang ausgerichtet,
jedoch in den meisten Fällen
für die
Zwecke der VCT-Regelung genau genug ausgerichtet. Durch Änderung
der Ausrichtung zwischen dem Zahnrad 100 und dem Sensor 114 kann
auch ein anderer Zahn den Drehmomentnulldurchgang repräsentieren.
Wenn beispielsweise der Zahn N zum Aufnahmesensor ausgerichtet ist,
wenn die Spitze der Nockenerhebung 104 ihre angetriebenen
Teile kontaktiert, wird durch die Detektion des Zahnes N der Drehmomentnulldurchgang
angezeigt. Die VCT-Regelung
ist in der Lage, auch bei dieser Ausführungsform die Drehmomentrichtung
zu kennen.
-
In
entsprechender Weise ist die VCT-Regelung in der Lage, die Drehmomentrichtung
bei irgendwelchen anderen Nockenwellen- und Zahnradausführungsformen
zu identifizieren, so lang wie ein Indexzahn verwendet wird und
die Zuordnung zwischen jedem Zahn und der Drehmomentrichtung bekannt
ist.
-
Als
variable „Pulsbreite" wird die Zeitdifferenz
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zahnimpulsen, die vom Aufnahmesensor 114 detektiert
worden sind, definiert. Die folgende Logik ermöglicht, dass die VCT-Regelung
den Indexzahn detektiert:
Wenn 0,25* letzte Pulsbreite < momentane Pulsbreite < 0,75* letzte Pulsbreite
ist,
ist der momentane Zahn der Indexzahn.
-
Es
ist darauf hinzuweisen, dass die Werte 0,25 und 0,75 auf der Basis
der Pulsbreite in Relation zu den anderen Parametern des Impulszuges
herausgegriffen werden. Das weiteren kann auch die Empfindlichkeit
der Sensoren einen Faktor bei der Bestimmung dieser Werte bilden.
Natürlich
stellt die Lage des Indexzahnes relativ zu den anderen Zähnen den
Hauptfaktor bei der Bestimmung der Bruchteile dar.
-
Pausierenlassen
der Regelungsaktualisierung, wenn kein Antriebsdrehmoment zur Verfügung steht
-
3 zeigt das in der
US-PS 5 497 738 beschriebene
gesamte geschlossene variable Nockenregelsystem. Es ist eine Regelschleife
10 des
Standes der Technik dargestellt. Regelungsziel dieser Regelungsschleife
10 ist
es, einen Ventilschieber in einer Nullposition anzuordnen. Mit anderen
Worten, die Zielsetzung besteht darin, kein Strömungsmittel zwischen zwei Strömungsmittelhaltekammern
eines Phaseneinstellers (nicht gezeigt) fließen zu lassen, so dass sich
der VCT-Mechanismus in dem durch einen Sollpunkt
12 vorgegebenen
Phasenwinkel befindet und sich der Schieber
14 stationär in seiner
Nulllage befindet. Auf diese Weise befindet sich der VCT-Mechanismus
in der korrekten Phasenposition, und die Phasenänderungsrate beträgt Null.
Um diesen Zustand zu erreichen, findet ein Computerregelprogramm
Verwendung, das vom dynamischen Zustand des VCT-Mechanismus Gebrauch macht.
-
Der
VCT-Regelmechanismus wird erreicht, indem eine Nockenwellenphasenverschiebung θ0 16 gemessen und diese mit dem
Sollpunkt 12 verglichen wird. Der VCT-Mechanismus wird
wiederum so eingestellt, dass der Phaseneinsteller eine Position
erreicht, die vom Sollpunkt 12 vorgegeben wird. Mit einem
Regelgesetz 18 wird der Sollpunkt 12 mit der Phasenverschiebung θ0 16 verglichen. Das Vergleichsergebnis
wird als Referenz verwendet, um Befehle an ein Solenoid 20 zur
Positionierung des Schiebers 14 abzugeben. Diese Positionierung
des Schiebers 14 findet statt, wenn der Phasen fehler (die
Differenz zwischen dem Sollpunkt 12 und der Phasenverschiebung 20)
nicht gleich Null ist.
-
Der
Schieber 14 wird in eine erste Richtung (d.h. nach rechts)
bewegt, wenn der Phasenfehler negativ ist (Verzögerung), und in eine zweite
Richtung (d.h. nach links), wenn der Phasenfehler positiv ist (Beschleunigung).
Die Verzögerung
mit dem momentanen Phasenmessschema führt zu einem größeren Wert,
während die
Beschleunigung zu einem kleinen Wert führt. Wenn der Phasenfehler
Null ist, entspricht die VCT-Phase dem Sollpunkt 12, so
dass der Schieber 14 in der Nullposition gehalten wird
und kein Strömungsmittel
im Ventil fließt.
-
Nockenwellen-
und Kurbelwellenmessimpulse im VCT-System werden von den Nockenwellen-
und Kurbelwellenimpulsrädern 22 und 24 erzeugt.
Wenn sich die Kurbelwelle (nicht gezeigt) und die Nockenwelle (ebenfalls
nicht gezeigt) derhen, drehen sich die Räder 22, 24 mit
diesen. Die Räder 22, 24 besitzen
Zähne, die
von Sensoren gemäß den von
den Sensoren erzeugten Messimpulsen ertastet und gemessen werden
können.
Die Messimpulse werden von Nockenwellen- und Kurbelwellenmessimpulssensoren 22a und 24a detektiert.
Die ertasteten Impulse werden von einer Phasenmessvorrichtung 26 verwendet.
Dann wird eine Messphasendifferenz ermittelt. Die Phase zwischen
einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle wird als die Zeit von aufeinanderfolgenden
Kurbelwellen-Nockenwellen-Impulsen,
geteilt durch die Zeit für
eine gesamte Umdrehung und multipliziert mit 360°, definiert. Die gemessene Phase
kann als θ0 16 ausgedrückt werden.
-
Diese
Phase wird dann dem Regelgesetz 18 zugeführt, um
die gewünschte
Schieberposition zu erreichen.
-
Ein
Regelgesetz
18 der Regelschleife
10 ist in der
US-PS 5 184 578 beschrieben
und wird in die vorliegende Offenbarung durch Bezugnahme eingearbeitet.
Eine genauere Beschreibung dieses Regelgesetzes zusammen mit einem
Sollpunktfilter
30 ist in
4 enthalten.
Die gemessene Phase
26 wird anfangs im Block
18a,
in dem ein Proportional-Integral(PI)-Prozess durchgeführt wird, mit dem Regelgesetz
18 konfrontiert.
Der PI-Prozess bildet die Summe von zwei Unterprozessen. Der erste
Unterprozess umfasst eine Verstärkung, während der
zweite Unterprozess eine Integration beinhaltet. Die gemessen Phase
wird weiter in Block
18b einer Phasenkompensation unterzogen,
bei der das Regelsignal eingestellt wird, um die Stabilität des Gesamtregelsystems
zu erhöhen,
bevor das Signal zum Antreiben der Betätigungseinheit, im vorliegenden
Fall eines Solenoids mit veränderlicher
Kraft, abgegeben wird.
-
4 zeigt eine Teildarstellung
des bekannten gesamten VCT-Regelsystems der 1 unter Hinzufügung eines Sollpunktfilters 30.
Speziell ist der Sollpunktfilter 30 zwischen dem Sollpunkt 12 und
dem Regelgesetz 18 angeordnet. Des weiteren ist das Regelgesetz 18 in
größeren Einzelheiten
für eine
digitale Verwirklichung des Regelgesetzes der 3 dargestellt.
-
Darüber hinaus
zeigt 4 eine detaillierte
Verwirklichung des Regelgesetzes (Block 18 in 3) in digitaler Regelform,
wobei folgende Symbole Verwendung finden:
- Z:
- Nächster Regelschritt;
- Zsetf:
- Parameter für den Sollpunkt
erster Ordnung;
- Kp:
- Proportionalregelverstärkung;
- Ki:
- Integralregelverstärkung;
- Ts:
- Zeitintervall zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Regelschritten;
- Zlead:
- Phasenkompensatorvoreilparameter;
- Zlag:
- Phasenkompensatornacheilparameter.
-
Die
Pausierungsregelung dieser Erfindung bedeutet ein Einfrieren der
Integralwirkung innerhalb der PI-Regeleinheit und ein Einfrieren
des gefilterten Sollpunktes, wenn a) das Drehmoment nicht die richtige
Richtung hat und wenn b) sich der Phaseneinsteller außerhalb
eines kleinen Nachbarschaftsbereiches um den VCT-Sollpunkt herum
befindet. 5 zeigt den
logischen Ablauf.
-
Wie
man 5 entnehmen kann,
wird ähnlich
wie bei 4 die gemessene
Phase 26 anfangs in Block 18a, in dem ein Proportional-Integral(PI)-Prozess
durchgeführt
wird, mit dem Regelgesetz konfrontiert. Der PI-Prozess stellt die
Summe von zwei Unterprozessen dar. Der erste Unterprozess umfasst
eine Verstärkung,
während
der zweite Unterprozess eine Integration beinhaltet. Die gemessene
Phase wird des weiteren in Block 18b einer Phasenkompensation
unterzogen, wobei das Regelsignal so eingestellt wird, dass die
Stabilität
des gesamten Regelsystems erhöht
wird, bevor das Signal zum Antreiben der Betätigungseinheit, im vorliegenden
Fall eines Solenoids mit veränderlicher
Kraft, abgegeben wird. Des weiteren ist ein Sollpunkt 12 vorgesehen,
der den Ergebnissen eines Sollpunktfilters 30 und eines
gefilterten Sollpunktes 13 ausgesetzt ist.
-
Zusätzlich zu
den vorstehend beschriebenen Elementen ist erfindungsgemäß ein Pausierungsblock 200 vorgesehen.
Durch Speicherung initialisiert der Block 202 den momentanen
Integralregelwert Ki auf einen zeitvariablen Wert tempKi und durch
Speichern von Zsetf den Parameter für den Sollpunkt erster Ordnung
auf einen zeitvariablen Wert tempZsetf. In Block 204 wird
ermittelt, ob eine Pause für
die Regelungsaktualisierung erforderlich ist. Ein Beispiel einer
derartigen Ermittlung ist wie folgt: Wenn die folgenden beiden Bedingungen zutreffen,
d.h. 1) die gemessene Phase 16 außerhalb eines vorgegebenen
Nachbarschaftsbereiches des gefilterten Sollpunktes 12 ist
und 2) die VCT-Regelung
verzögert
UND der Nockenzahnzähler
ein positives Drehmoment anzeigt ODER die VCT-Regelung voreilt UND
der Nockenzahnzähler
ein negatives Drehmoment anzeigt, werden der Integrator und der
Sollpunktfilter eingefroren.
-
Mit
anderen Worten, wenn die obigen beiden Bedingungen zutreffen, wird
Ki auf Null und Zsetf auf 1 gesetzt, wie in Block 206 ausgeführt. Der
Effekt von Block 206 besteht darin, den Sollpunktfilter
in einen nichtfilternden Zustand zu bringen und den Akkumulationsfaktor
von Block 18a auf Null zu setzen. Auf diese Weise führt das
VCT-Regelsystem keine Überakkumulierung
von Fehlersignalen durch und verändert
sich der gefilterte Sollpunkt nicht, wenn kein Drehmoment zur Verfügung steht,
um den VCT-Phaseneinsteller in Richtung auf die anbefohlene Position
zu bewegen. Dieses kann durch die korrekte Akkumulation des Nockenzählers 201 angezeigt
werden.
-
Wenn
jedoch bestimmt wird, die Systemaktualisierung nicht pausieren zu
lassen, werden die Werte Ki und Zsetf wieder aus den zeitvariablen
Werten tempKi und tempZsetf in Block 207 gewonnen. Unabhängig davon,
ob ein Pausieren stattfindet oder nicht, führt die Leitung 208,
die die erforderlichen Informationen von Ki und Zsetf enthält, zu den
Blöcken 18a und 30,
um darin Korrekturfunktionen durchzuführen.
-
Die
Verwirklichung der obigen Logik für die in
1 gezeigte Nockenwellen- und Zahnradkonfiguration
kann gemäß dem folgenden
Computerpseudocode durchgeführt
werden:
im Verfahren,
das für
die Verwirklichung der Berechnung des momentanen Regelausgangssignals
unter Verwendung von Zsetf und Ki in einem Computerprogramm geeignet
ist, worin bedeuten:
- tempZsetf:
- temporäre Speichervariable
zum Bewahren von Zsetf;
- tempKi:
- temporäre Speichervariable
zum Bewahren von Ki;
- abs:
- mathematische Operation
des Absolutwertes;
- Schwelle:
- ein Wert zum Spezifizieren
des Nachbarschaftsbereiches, d.h. drei Kurbelwellengrad;
- Sollpunkt:
- VCT-Befehlsposition;
- Gefilterter
- Sollpunkt: modifizierter
Wert des Sollpunktes nach dem Passieren des Sollpunktfilters;
- E0:
- Fehler Null;
- Nockenzähler:
- eine Variable zum
Zählen
der Nockenzähne,
ihr Wert ist in 2 definiert.
-
Der
Schwellenwert kann irgendein vernünftiger Wert sein, beispielsweise
3 Grad etc.
-
Die „IF"-Bedingungen werden
wie folgt erläutert:
- • abs(e0) > Schwelle
Die
gemessene Phase befindet sich außerhalb des Nachbarschaftsbereiches
des gefilterten Sollpunktes.
- • gefilterter
Sollpunkt < Sollpunkt
Es
wird eine Verzögerung
des VCT befohlen, wenn ein größerer Phasenwert
eine stärker
verzögerte
Position bedeutet.
- • gefilterter
Sollpunkt > Sollpunkt
Es
wird eine Voreilung des VCT befohlen, wenn ein kleinerer Phasenwert
eine stärker
vorgeeilte Position bedeutet.
- • Nockenzähler <= 2
Das Nockendrehmoment
ist positiv. Dieser Zustand kann auf der Basis der Zuordnung zwischen
den Zähnezahlen
und den Drehmomentrichtungen auch anders geschrieben werden, so
lange wie er vorschlägt, dass
das Drehmoment positiv ist.
- • Nockenzähler >= 2
Das Nockendrehmoment
ist negativ. Dieser Zustand kann auf der Basis der Zuordnung zwischen
den Zähnezahlen
und den Drehmomentrichtungen auch anders geschrieben werden, so
lange wie er vorschlägt, dass
das Drehmoment negativ ist.
-
6A zeigt das Testergebnis
des ursprünglichen
Regelverfahrens, das zur Verwirklichung in einem Computerprogramm
bei Anwendung einer VCT-Regelung bei einer Nockenwelle mit einer
einzigen Erhebung geeignet ist. Wie man erkennen kann, ist ein starker Überschießeffekt
um die Zeit der 4ten Sekunde herum vorhanden. 6B zeigt das Testergebnis bei der Realisation
durch die vorliegende Erfindung. Im Vergleich zeigt 6B bei dem verbesserten Verfahren, das
zur Verwirklichung in dem verwendeten Com puterprogramm geeignet
ist, überhaupt
keinen Überschießeffekt.
-
Eine
Ausführungsform
der Erfindung findet als Programm zum Einsatz bei einem Fahrzeugcomputersystem
Verwendung, dessen schematischer Aufbau in den nachfolgend beschriebenen 1 und 5 dargestellt ist. Das Programm bzw.
die Programme dieses Programmproduktes definieren Funktionen der
entsprechenden Ausführungsformen
(einschließlich
der in Verbindung mit 5 beschriebenen
Verfahren) und können
in einer Vielzahl von Signalträgermedien
enthalten sein. Beispielhafte Signalträgermedien sind (ohne Beschränkung):
(i) Informationen, die permanent in programmierbaren Vorrichtungen
von Schaltungen, wie PROM, EPPOM etc., gespeichert sind; (ii) Informationen,
die permanent auf nicht-beschreibbaren
Speichermedien gespeichert sind (read-only-Speichervorrichtungen in einem Computer,
wie CD-ROMS, die über
einen CD-ROM-Antrieb lesbar sind); (iii) veränderbare Informationen, die
auf beschreibbaren Speichermedien gespeichert sind (Floppy Disks
innerhalb eines Diskettenantriebes oder Hartplattenantriebes); (iv)
Informationen, die über
ein Kommunikationsmedium, wie einen Computer oder ein Telefonnetz,
einschließlich
drahtlosen Kommunikationssystemen, einem Computer oder einer Steuereinheit
eines Fahrzeuges zugeführt
werden. Einige Ausführungsformen
enthalten speziell Informationen, die aus dem Internet und anderen
Netzen heruntergeladen wurden. Solche Signalträgermedien repräsentieren
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, wenn sie computerlesbare Instruktionen
tragen, die die Funktionen der vorliegenden Erfindung lenken.
-
Generell
können
die zur Verwirklichung der Ausführungsformen
der Erfindung durchgeführten
Vorgänge,
ob sie nun als Teil eines Betriebssystems oder als spezieller Anwendungsfall,
als Komponente, Programm, Modul, Zielsetzung oder Sequenz von Instruktionen
durchgeführt
werden, hier als „Programm" bezeichnet werden.
Ein derartiges Computerprogramm umfasst typischerweise eine Vielzahl
von Befehlen, die vom Computer in ein maschinenlesbares Format überführt werden
und bei denen es sich somit um ausführbare Befehle handelt. Ferner
enthalten Programme eine Vielzahl von Variablen und Datenstrukturen,
die sich entweder lokal auf das Programm beziehen oder in oder an
Speichervorrichtungen befinden. Ferner können diverse hiernach beschriebene
Programme auf der Basis einer entsprechenden Anwendung, für die sie
in einer speziellen Ausführungsform
der Erfindung konzipiert wurden, identifiziert werden. Es versteht
sich jedoch, dass jedwede spezielle nachfolgende Programmnomenklatur
rein aus Zweckmäßigkeitsgründen verwendet
wird und in keiner Weise die vorliegende Erfindung auf irgendeinen
Anwendungsfall beschränkt,
der durch eine derartige Nomenklatur identifiziert oder abgedeckt
wird.
-
Nachfolgend
sind Begriffe und Konzepte aufgeführt, die die vorliegende Erfindung
betreffen.
-
Es
versteht sich, dass das vorstehend erwähnte Hydraulikmittel oder Strömungsmittel
ein Betätigungsströmungsmittel
ist. Ein solches Betätigungsströmungsmittel
ist ein Strömungsmittel,
das die Flügel
in einer Flügelphaseneinstellvorrichtung
bewegt. Das Betätigungsströmungsmittel
umfasst typischerweise Motoröl, kann
jedoch auch ein separates Hydraulikmittel sein. Bei dem VCT-System
der vorliegenden Erfindung kann es sich um ein nockendrehmomentbetätigtes (CTA)
VCT-System handeln, das ein VCT-System darstellt, welches die Drehmomentumkehr
von Nockenwellen, welche durch Kräfte zum Öffnen und Schließen von
Motorventilen verursacht wird, zum Bewegen des Flügels verwendet.
Das Steuerventil in einem CTA-System ermöglicht einen Strömungsmittelfluss
von einer Beschleunigungskammer zu einer Verzögerungskammer, wodurch eine
Bewegung des Flügels
ermöglicht
wird, oder stoppt einen solchen Strömungsmittelfluss, wodurch der
Flügel
in seiner Position verriegelt wird. Der CTA-Phaseneinsteller kann
ferner eine Ölszufuhr
zum Ausgleich für Verluste
durch Leckagen besitzen, ohne hierbei den Motoröldruck zum Bewegen des Phaseneinstellers
zu verwenden. Bei dem Flügel
handelt es sich um ein radiales Element, das durch auf dieses einwirkendes
Strömungsmittel
betätigt
wird und in einer Kammer untergebracht ist. Eine Flügelphaseneinstellvorrichtung
ist eine Phaseneinstellvorrichtung, die durch sich in Kammern bewegende
Flügel
betätigt
wird.
-
Es
können
eine oder mehrere Nockenwellen pro Motor vorgesehen sein. Die Nockenwelle
kann über einen
Riemen oder eine Kette oder Zahnräder oder eine andere Nockenwelle
angetrieben werden. Auf der Nockenwelle können Erhebungen angeordnet
sein, um einen Druck auf Ventile auszuüben. Bei einem Motor mit mehreren
Nockenwellen ist oft eine Nockenwelle für die Auslassventile und eine
Nockenwelle für
die Einlassventile vorhanden. Ein „V-Motor" besitzt üblicherweise zwei Nockenwellen
(eine für
jede Reihe) oder vier Nockenwellen (Einlass und Auslass für jede Reihe).
-
Eine
Kammer ist als Raum definiert, in dem sich ein Flügel dreht.
Die Kammer kann in eine Beschleunigungskammer oder Voreilkammer
(die die Ventile relativ zur Kurbelwelle früher öffnet) und eine Verzögerungskammer
oder Nacheilkammer (die die Ventile relativ zur Kurbelwelle später öffnet) unterteilt
sein. Ein Rückschlagventil
ist ein Ventil, das einen Strömungsmittelfluss
nur in einer Richtung ermöglicht.
Eine geschlossene Schleife wird als Regelsystem definiert, das eine
Eigenschaft in Abhängigkeit
von einer anderen verändert,
dann überprüft, ob die Änderung
korrekt durchgeführt
wurde, und eine Einstellung vornimmt, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten
(d.h. ein Ventil in Abhängigkeit
von einem Befehl von der ECU bewegt, um die Phaseneinstellerposition
zu verändern,
dann die tatsächliche
Phaseneinstellerposition überprüft und das
Ventil wieder in die korrekte Position bewegt). Bei einem Steuerventil
handelt es sich um ein Ventil, das den Strömungsmittelfluss zu einem Phaseneinsteller
steuert. Das Steuerventil kann innerhalb des Phaseneinstellers im
CTA-System vorhanden sein. Es kann durch Öldruck oder ein Solenoid betätigt werden.
Eine Kurbelwelle wird von den Kolben beaufschlagt und treibt das
Getriebe und die Nockenwelle an. Ein Schieberventil wird als Steuerventil
vom Schiebertyp bezeichnet. Typischerweise bewegt sich der Schieber
in einer Bohrung und verbindet einen Kanal mit einem anderen. Oft
ist der Schieber auf der Mittelachse eines Rotors eines Phaseneinstellers
angeordnet.
-
Ein
Differenzdruckregelsystem (DPCS) ist ein System zum Bewegen eines
Schieberventils, bei dem auf jedes Ende des Schiebers einwirkender
Strömungsmitteldruck
Verwendung findet. Ein Ende des Schiebers ist größer als das andere, und das
auf dieses Ende einwirkende Strömungsmittel
wird geregelt (üblicherweise über ein
pulsbreitenmoduliertes (PWM) Ventil, das auf den Öldruck einwirkt),
während
der volle Versorgungsdruck dem anderen Ende des Schiebers zugeführt wird
(somit Differenzdruck). Eine Ventilregeleinheit (VCU) ist eine Regelschaltung
zum Regeln des VCT-Systems.
Typischerweise funktioniert die VCU in Abhängigkeit von Befehlen von der
ECU.
-
Bei
einer angetriebenen Welle handelt es sich um eine Welle, die mit
Kraft beaufschlagt wird (im VCT-System oft eine Nockenwelle). Bei
einer Antriebswelle handelt es sich um irgendeine Welle, die Kraft
abgibt (bei einem VCT-System oft eine Kurbelwelle, wobei es sich
jedoch auch um eine eine andere Nockenwelle antreibende Nockenwelle
handeln kann). Eine ECU ist eine Motorsteuereinheit bzw. Motorregeleinheit,
bei der es sich um den Fahrzeugcomputer handelt. Motoröl ist das Öl, das zum
Schmieren des Motors verwendet wird, wobei der Öldruck abgezapft werden kann,
um den Phaseneinsteller über
das Steuerventil zu betätigen.
-
Als
Gehäuse
wird der äußere Teil
des Phaseneinstellers mit Kammern definiert. Bei der Außenseite des
Gehäuses
kann es sich um eine Riemenscheibe (für einen Steuerriemen), um ein
Kettenrad (für
eine Steuerkette) oder um ein Zahnrad (für ein Steuerzahnrad) handeln.
Hydraulikmittel ist eine spezielle Art von Öl, das in Hydraulikzylindern
Verwendung findet und Bremsflüssigkeit
oder Servolenkflüssigkeit
entspricht. Das Hydraulikmittel entspricht nicht unbedingt dem Motoröl. Typischerweise
verwendet die vorliegende Erfindung den Begriff „Betätigungsströmungsmittel". Ein Verriegelungsstift dient dazu,
einen Phaseneinsteller in seiner Position zu verriegeln. Üblicherweise
findet ein Verriegelungsstift Verwendung, wenn der Öldruck zu
niedrig ist, um den Phaseneinsteller zu halten, wie während des
Motorstarts oder Abschaltens des Motors.
-
Ein öldruckbetätigtes (OPA)
VCT-System verwendet einen herkömmlichen
Phaseneinsteller, bei dem Motoröldruck
auf die eine Seite oder die andere Seite des Flügels aufgebracht wird, um den
Flügel
zu bewegen.
-
Eine
offene Schleife findet in einem Steuersystem Verwendung, das eine
Eigenschaft in Abhängigkeit von
einer anderen Eigenschaft verändert
(ein Ventil in Abhängigkeit
von einem Befehl von der ECU bewegt), ohne dass eine Rückkopplung
zur Bestätigung
des Vorganges stattfindet.
-
Als
Phase wird die relative Winkellage der Nockenwelle und Kurbelwelle
(oder Nockenwelle und einer anderen Nockenwelle, wenn der Phaseneinsteller über einen
anderen Nocken angetrieben wird) bezeichnet. Als Phaseneinsteller
wird der gesamte Teil bezeichnet, der den Nocken lagert. Ein Phaseneinsteller
besteht typischerweise aus einem Rotor und einem Gehäuse und
möglicherweise
aus einem Schieberventil und Rückschlagventilen.
Ein Kolbenphaseneinsteller ist ein Phaseneinsteller, der durch Kolben
in Zylindern einer Brennkraftmaschine betätigt wird. Ein Rotor ist der
innere Teil des Phaseneinstellers, der an einer Nockenwelle befestigt
ist.
-
Eine
Pulsbreitenmodulation (PWM) sorgt für eine variierende Kraft ohne
einen variierenden Druck durch Veränderung der Zeitdauer von Ein/Aus-Impulsen
eines elektrischen Stromes oder eines Strömungsmitteldrucks. Bei einem
Solenoid handelt es sich um eine elektrische Betätigungseinheit, die den in
einer Spule fließenden
elektrischen Strom zum Bewegen eines mechanischen Armes ausnutzt.
Ein Solenoid mit veränderlicher
Kraft (VFS) ist ein Solenoid, dessen Betätigungskraft variiert werden
kann, üblicherweise über eine
Pulsbreitenmodulierung des Versorgungsstromes. Ein solches VFS-Solenoid
steht im Gegensatz zu einem EIN/AUS(alles oder nichts)-Solenoid.
-
Ein
Kettenrad ist ein Element, das zusammen mit Ketten, wie Motorsteuerketten,
verwendet wird. Als Timing (Steuern) wird die Beziehung zwischen
dem Zeitpunkt, bei dem ein Kolben eine definierte Position (üblicherweise
den oberen Totpunkt (TDC) erreicht), und dem Zeitpunkt, bei dem
irgendetwas passiert, definiert. Beispielsweise bezieht sich in
einem VCT- oder VVT-System das Timing üblicherweise auf das Öffnen oder Schließen eines
Ventils. Als Zündzeitpunkt
wird der Zeitpunkt bezeichnet, bei dem die Zündkerze einen Zündfunken
abgibt.
-
Ein
Torsionsunterstützungs(TA)-
oder torsionsunterstützter
Phaseneinsteller ist eine Variation eines OPA-Phaseneinstellers,
der zusätzlich
ein Rückschlagventil
in der Ölversorgungsleitung
(bei einer Ausführungsform
mit einem einzigen Rückschlagventil)
oder ein Rückschlagventil
in der Versorgungsleitung zu jeder Kammer (bei einer Ausführungs form
mit zwei Rückschlagventilen)
aufweist. Das Rückschlagventil
verhindert, dass sich Öldruckimpulse
infolge einer Drehmomentumkehr in das Ölsystem zurück fortpflanzen und den Flügel daran
hindern, sich infolge einer Drehmomentumkehr rückwärts zu bewegen. Im TA-System
ist eine Bewegung des Flügels
infolge eines vorwärts
gerichteten Drehmomenteffektes möglich.
Daher wird der Ausdruck „Torsionsunterstützung" verwendet. Die Ventilbewegung
verläuft
schrittweise bzw. stufenförmig.
-
Das
VCT-System umfasst einen Phaseneinsteller, ein Steuerventil oder
Steuerventile, eine Steuerventilbetätigungseinheit oder Steuerventilbetätigungseinheiten
und eine Steuerschaltung. Eine veränderliche Nockenregelung (VCT)
ist ein Prozess, d.h. kein Gegenstand, der sich auf das Regeln und/oder
Verändern
der Winkellage (Phase) zwischen einer oder mehreren Nockenwellen,
die die Einlassventile und/oder Auslassventile des Motors antreiben,
bezieht. Die Winkellage betrifft des weiteren die Phasenbeziehung
zwischen Nocken- und Kurbelwellen, wobei die Kurbelwelle mit den
Kolben in Verbindung steht.
-
Eine
variable Ventilregelung (VVT) ist ein Prozess, mit dem das Ventiltiming
geregelt wird. Eine VVT kann einer VCT zugeordnet sein oder durch
Veränderung
des Nockens oder der Beziehung der Nockenerhebungen zu einem Nocken
oder von Ventilbetätigungseinheiten
zu Nocken oder Ventilen oder durch unabhängiges Steuern der Ventile
unter Verwendung von elektrischen oder hydraulischen Betätigungseinheiten
erzielt werden. Mit anderen Worten, sämtliche VCT-Systeme sind VVT-Systeme,
jedoch sämtliche
VVT-Systeme sind nicht VCT-Systeme.
-
Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung sind lediglich beispielhaft für die Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien.
Daher beschränkt
eine Bezugnahme auf Einzelheiten der dargestellten Ausführungsformen
in keiner Weise den Umfang der Patentansprüche, in denen nur diejenigen
Merkmale aufgeführt
sind, die als wesentlich für
die Erfindung angesehen werden.