DE102005022714A1

DE102005022714A1 - Device with an electric camshaft adjuster, a control unit and a central control unit

Info

Publication number: DE102005022714A1
Application number: DE200510022714
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Schäfer; Tim Dipl.-Ing. Schulte
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-23
Also published as: WO2006122665A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Topologie zum Erzeugen eines Stellsignals für einen elektrisch betätigten Nockenwellenversteller.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Regelung eines Stellsignals (28) in einer Regelungseinheit (25), die in einem zentralen Steuergerät (19a), insbesondere dem Motorsteuergerät, angeordnet ist. Das Stellsignal (28) wird über eine geeignete Schnittstelle oder ein Bussystem an eine dem Nockenwellenversteller zugeordnete Stelleinheit (10a) übergeben und mittels der Kommutierungslogik (30) und der Leistungselektronik (31) in ein geeignetes elektrisches Signal zur Ansteuerung des Stellmotors (32) übergeben. Erfindungsgemäß wird damit gegenüber dem Stand der Technik die Regelungseinheit (25) von der Steuereinheit (10a) zu dem zentralen Steuergerät (19a) verlagert.
Die Erfindung findet Einsatz für Nockenwellenversteller von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge.The invention relates to a topology for generating a control signal for an electrically actuated camshaft adjuster.
According to the invention, a control signal (28) is regulated in a control unit (25) which is arranged in a central control unit (19a), in particular the engine control unit. The control signal (28) is transferred via a suitable interface or a bus system to an actuator (10a) associated with the phaser and transferred by means of the commutation logic (30) and the power electronics (31) into a suitable electrical signal for driving the servomotor (32). According to the invention, the control unit (25) is thus displaced from the control unit (10a) to the central control unit (19a) as compared to the prior art.
The invention is used for camshaft adjuster of internal combustion engines for motor vehicles.

Description

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung eines Drehwinkels einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit einem elektrischen Nockenwellenversteller, einer Steuereinheit und einem zentralen Steuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a device for adjusting a rotation angle a camshaft opposite a crankshaft of an internal combustion engine with an electric Camshaft adjuster, a control unit and a central control unit according to the generic term of claim 1

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

Bekannten Nockenwellenverstellern ist üblicherweise eine Steuereinheit zugeordnet, die in dem Gehäuse des Nockenwellenverstellers angeordnet ist oder an diese angeschraubt ist. In der Steuereinheit wird über eine geeignete Regelung ein Stellsignal erzeugt, welches mit einer gewünschten Winkellage des Nockenwellenverstellers korreliert.known Camshaft adjusters is common associated with a control unit in the housing of the camshaft adjuster is arranged or screwed to it. In the control unit will over a suitable control generates a control signal, which is connected to a desired Angular position of the camshaft adjuster correlates.

Die Druckschrift DE 102 29 029 A1 zeigt einen hydraulischen Nockenwellenversteller, bei dem in einer Steuereinheit ein Stellsignal erzeugt wird, nach Maßgabe dessen Hydraulikkammern des Nockenwellenverstellers mit dem Hydraulikmedium beaufschlagt werden. Die Steuereinheit steht in Signalaustausch mit einem zentralen Motor-Steuergerät, wobei die Steuereinheit an das zentrale Motor-Steuergerät ein Signal übermitteln kann, welches die Vorgabe der Leerlaufdrehzahl beeinflusst und geeignet ist, die Leerlaufdrehzahl von einer vorgegebenen Soll-Drehzahl auf einen Zwischenwert anzuheben.The publication DE 102 29 029 A1 shows a hydraulic camshaft adjuster, in which a control signal is generated in a control unit, according to the hydraulic chambers of the camshaft adjuster are acted upon by the hydraulic medium. The control unit is in signal communication with a central engine control unit, wherein the control unit can transmit to the central engine control unit a signal which influences the specification of the idle speed and is adapted to raise the idling speed from a predetermined target speed to an intermediate value.

Weiterer Stand der Technik ist aus den Druckschriften DE 101 01 678 A1 und DE 103 15 317 A1 bekannt.Further prior art is from the documents DE 101 01 678 A1 and DE 103 15 317 A1 known.

Aufgabe der ErfindungTask of invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einem Nockenwellenversteller vorzuschlagen, bei der eine Ansteuerung des Nockenwellenverstellers unter Verwendung einer dem Nockenwellenversteller zugeordneten Steuereinheit unter besonderer Berücksichtigung

– der bestehenden Signalverbindungen,
– des Bauaufwands für die Steuereinheit,
– der Nutzung vorhandener Bauelemente und/oder
– den Bauraumanforderungen

erfolgt.The invention has for its object to provide a device with a camshaft adjuster, in which a control of the camshaft adjuster using a camshaft adjuster associated with the control unit with particular regard

- the existing signal connections,
- the construction work for the control unit,
- the use of existing components and / or
- the space requirements

he follows.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention Problem solved by the features of independent claim 1.

Die Idealanforderung an einen Nockenwellenversteller ist die exakte Einhaltung des Sollwinkelverlaufs. In der Realität kommt es zu Abweichungen zwischen einem Soll-Winkelverlauf und einem Ist-Winkelverlauf. Zur Minimierung dieser Abweichung werden Regelungen eingesetzt, die auf einer hochdynamischen Erfassung von Positionsinformationen basieren. Neben den Signalen des Kurbelwellensensors und der Signale des oder der Nockenwellensensoren wird auch die Positionsinformation ausgewertet, die zur elektronischen Kommutierung eines bürstenlosen Stellmotors benötigt wird. Dieses kann sowohl sensorbasiert als auch sensorlos durch eine Software erfolgen. Hierfür sind ein oder mehrere Rechenprozessoren notwendig, welche kostenintensiv sind.The Ideal requirement for a camshaft adjuster is the exact one Compliance with the target angle course. In reality, there are differences between a desired angle profile and an actual angle profile. To minimize In this deviation, regulations are used that are based on a highly dynamic Capture position information based. In addition to the signals of Crankshaft sensor and the signals of the camshaft or the sensors is also the position information evaluated, the electronic Commutation of a brushless Actuator needed becomes. This can be sensor-based as well as sensorless a software done. Therefor One or more processors are necessary, which are costly.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass üblicherweise bei Kraftfahrzeugen einerseits ohnehin eine leistungsstarke Motorsteuerung vorgesehen ist und andererseits zusätzlich Speicherelemente, Logikelemente, Prozessoren u. ä. im Bereich der dem Nockenwellenversteller zugeordneten Steuereinheit vorhanden sind, die zur Durchführung der Regelung des Nockenwellenverstellers dienen.The The present invention is based on the finding that usually in motor vehicles on the one hand anyway a powerful engine control is provided and on the other hand additionally memory elements, logic elements, Processors u. in the Area of the camshaft adjuster associated control unit are present, to carry out serve the regulation of the camshaft adjuster.

Auf Grundlage dieser Erkenntnis schlägt die Erfindung vor, Teilfunktionen der Steuereinheit von dieser zu dem zentralen Steuergerät zu verlagern. Hierdurch erfolgt eine multifunktionale Nutzung des zentralen Steuergeräts, welches neben der Nutzung für den Nockenwellenversteller beispielsweise einer Motorsteuerung und/oder einer Getriebesteuerung dienen kann.On Basis of this finding suggests the invention, sub-functions of the control unit from this to the central control unit to relocate. This results in a multifunctional use of the central Controller, which besides the use for the camshaft adjuster, for example, a motor control and / or a transmission control can serve.

Erfindungsgemäß ist das zentrale Steuergerät derart konfiguriert, dass, unter Auswertung von dem zentralen Steuergerät vorliegenden Signalen und Betriebsgrößen, in dem Steuergerät ein Stellsignal ermittelt werden kann. Das Stellsignal korreliert mit einer gewünschten Position des Nockenwellenverstellers. Unter gewünschter Position wird in diesem Zusammenhang jede mögliche verallgemeinerte Koordinate des Nockenwellenverstellers oder eines Antriebselements desselben verstanden, beispielsweise ein Drehwinkel, eine Drehzahl, eine Drehrichtung, eine Beaufschlagung eines Stellelements o. ä., verstanden. Dieses bedeutet, dass die zur Ermittlung des Stellsignals erforderlichen Bauelemente und/oder Steuerungs- oder Regelungsalgorithmen in der dem Nockenwellenversteller zugeordneten Steuereinheit entfallen können, wodurch der Bauaufwand und die Kosten für die Steuereinheit und damit den Nockenwellenversteller sinken. Demgemäß reicht es aus, wenn die Steuereinheit geeignet zur Umsetzung des Stellsignals in eine Stellbewegung des Nodcenwel lenverstellers ausgebildet ist, wobei selbstverständlich auch zusätzliche Funktionen in der Steuereinheit berücksichtigt sein können. Beispielsweise verfügt die Steuereinheit lediglich über eine Versorgungseinheit, eine Steuerungs-/Kommutierungs-Logik und eine Leistungselektronik. Des Weiteren kann eine Sensoreinrichtung mit geeigneter Versorgung, insbesondere Hall-Sensoren, in der Steuereinheit berücksichtigt sein.According to the invention, the central control unit is configured in such a way that an actuating signal can be determined in the control unit by evaluating signals and operating variables present by the central control unit. The control signal correlates with a desired position of the camshaft adjuster. In this context, the term "desired position" means any possible generalized coordinate of the camshaft adjuster or a drive element thereof, for example a rotational angle, a rotational speed, a rotational direction, an actuation of an actuating element or the like. This means that the components required for determining the actuating signal and / or control or regulation algorithms can be omitted in the control unit associated with the camshaft adjuster, whereby the construction costs and the costs for the control unit and thus the Camshaft adjuster sink. Accordingly, it is sufficient if the control unit is suitably designed to implement the actuating signal in an adjusting movement of the Nodcenwel lenverstellers, which of course also additional functions can be considered in the control unit. For example, the control unit has only one supply unit, a control / commutation logic and power electronics. Furthermore, a sensor device with suitable supply, in particular Hall sensors, can be taken into account in the control unit.

Weiterhin macht sich die Erfindung zunutze, dass eine Vielzahl von Signalen, insbesondere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, Umgebungsparameter, Leistungsstellsignale des Fahrers und/oder Überwachungssignale, ohnehin im Bereich des zentralen Steuergerätes vorliegen, so dass diese nicht unnötigerweise der Steuereinheit des Nockenwellenverstellers zugeführt werden müssen. Hierdurch können u. U. Leitungen und Verbindungen, die störanfällig und montageaufwendig sind, eingespart werden. Für den Fall, dass in der Steuereinheit besondere, zur Ermittlung des Stellsignals benötigte Signale vorliegen, beispielsweise die Messsignale von Sensoren für die Stellbewegung des Nockenwellenverstellers, können diese von der Steuereinheit des Nockenwellenverstellers dem zentralen Steuergerät zugeführt werden.Farther makes use of the invention that a multiplicity of signals, in particular operating parameters of the internal combustion engine, environmental parameters, Power control signals of the driver and / or monitoring signals, anyway present in the area of the central control unit so that they do not unnecessarily be supplied to the control unit of the camshaft adjuster have to. This allows u. U. lines and connections that are prone to failure and installation consuming, be saved. For the case that in the control unit special, to determine the Required actuating signal Signals are present, for example, the measurement signals from sensors for the actuating movement the camshaft adjuster, can this from the control unit of the camshaft adjuster the central Control unit to be supplied.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt sich u. U. eine Kostenverlagerung von der Steuereinheit weg zu dem zentralen Steuergerät. Weiterhin kann sich infolge der günstigeren Infrastruktur in dem zentralen Steuergerät eine Kostensenkung ergeben. Weiterhin kann erfindungsgemäß die Dokumentierbarkeit von eventuell auftretenden Systemfehlern verbessert werden, da mit den Systemfehlern korrelierende Signale mit allen relevanten Fehlerdaten in dem zentralen Steuergerät gespeichert werden können. Darüber hinaus kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht werden, wenn die Leistungselektronik in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem elektrischen Stellmotor angeordnet wird. Dies ist einer Reduzierung von elektromagnetischen Störungen (verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit) und in einem Wegfall von Leistungsverlusten an den Zuleitungen und Steckverbindungen zwischen Leistungselektronik und elektrischem Stellmotor begründet. Da erfindungsgemäß Kabelleitungen und Steckverbindungen entfallen können und u. U. die Größe eines Gehäuses des Nockenwellenverstellers und/oder der Steuereinheit verringert werden kann, ergibt sich erfindungsgemäß auch ein verringertes Gewicht. Als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist zu nennen, dass u. U. temperatursensible elektrische Bauelemente zur Regelung des Stellsignals von der Brennkraftmaschine, die hohe Temperaturen erzeugt, weg verlagert werden. Ebenfalls kann die Zahl störanfälliger Steckverbindungen reduziert werden, wodurch eine weitere Reduzierung von Fehlerquellen gegeben ist.By the embodiment of the invention results u. U. a cost shift away from the control unit to the central control unit. Farther can be as a result of the cheaper Infrastructure in the central controller result in a cost reduction. Furthermore, according to the invention, the documentability be improved by any system errors, since with the system errors correlating signals with all relevant error data in the central control unit can be stored. About that In addition, the efficiency of the device can be increased when the power electronics arranged in the immediate vicinity of the electric servomotor becomes. This is a reduction of electromagnetic interference (improved Electromagnetic compatibility) and in a loss of power losses at the supply lines and Connections between power electronics and electrical Actuator justified. As in the invention cable lines and Plug connections can be omitted and u. U. the size of a case of the Camshaft adjuster and / or the control unit can be reduced, results according to the invention also a reduced weight. As a further advantage of the embodiment according to the invention is to be mentioned that u. U. temperature-sensitive electrical components for controlling the control signal from the internal combustion engine, the high Temperatures generated, shifted away. Likewise, the number failure-prone connectors be reduced, thereby further reducing sources of error given is.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Nockenwellenversteller als elektrischer Nockenwellenversteller ausgebildet, so dass das elektrische Stellsignal nicht in eine hydraulische Stellgröße umgewandelt werden muss, sondern das elektrische Stellsignal ohne einen Wechsel des "Mediums" in elektrische Signale umgewandelt werden kann, mit denen der elektrische Nockenwellenversteller elektrisch beaufschlagt wird. Hierzu weist die Steuereinheit Steuerelemente auf, die so konfiguriert sind, dass die elektrischen Signale eine Stellbewegung des Nockenwellenverstellers in die gewünschte Position des Nockenwellenverstellers verursachen. Zwischen dem zentralen Steuergerät und der Steuereinheit ist eine Signalverbindung vorgesehen, über welche zumindest das Stellsignal von dem zentralen Steuergerät an die Steuereinheit übertragen wird – die ergänzende Übertragung von weiteren Signalen in beide Richtungen ist ebenfalls möglich. Nach einer u. U. voneinander entfernten Montage des zentralen Steuergeräts einerseits und des Nockenwellenverstellers andererseits (und der diesem zugeordneten Steuereinheit) muss erfindungsgemäß lediglich eine Signalverbindung zwischen dem Steuergerät und der Steuereinheit hergestellt werden, wobei hierfür eine separate, zusätzliche Signalverbindung verwendet werden kann oder eine ohnehin in dem Kraftfahrzeug vorgesehene Signalverbindung wie beispielsweise ein Bussystem, welches damit ebenfalls multifunktional genutzt werden kann.According to one preferred embodiment of the device according to the invention is the camshaft adjuster designed as an electric camshaft adjuster, so that the electrical control signal not converted into a hydraulic control variable must be, but the electrical control signal without a change of the "medium" into electrical signals can be converted with which the electric camshaft adjuster is electrically applied. For this purpose, the control unit controls configured so that the electrical signals a Actuating movement of the camshaft adjuster in the desired position cause the camshaft adjuster. Between the central control unit and the control unit is provided with a signal connection, via which at least the actuating signal from the central control unit to the Transfer control unit will the supplementary transmission from further signals in both directions is also possible. To a u. U. remote mounting of the central controller on the one hand and the camshaft adjuster on the other hand (and its associated Control unit) according to the invention, only a signal connection between the controller and the control unit, with a separate, additional Signal connection can be used or any one in the anyway Motor vehicle provided signal connection such as a bus system, which can therefore also be used multifunctional.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das zentrale Steuergerät mit der Steuereinheit über mehrere separate Leitungen verbunden, über die Positions- und/oder Drehzahlinformationen von mehreren Sensoren eines Nockenwellenverstellers übertragen werden. Eine derartige Ausgestaltung findet beispielsweise Einsatz, wenn für die Erfassung der Positions- und/oder Drehzahlinformation Hall-Sensoren eingesetzt werden. Für mehrphasige bürstenlose Elektromotoren, bei denen die Zahl der Hall-Sensoren mit der Zahl der Phasen des Elektromotors korreliert, erfolgt die Übertragung des Signals jedes Hall-Sensors über eine separate Leitung. Beispielsweise sind somit für einen vierphasigen Motor vier Leitungen erforderlich.According to one Further development of the invention is the central control unit with the Control unit over several separate lines connected via the position and / or Transfer speed information from several sensors of a camshaft adjuster become. Such an embodiment is used, for example, if for the detection of position and / or speed information Hall sensors used become. For multiphase brushless electric motors, where the number of Hall sensors with the number of phases of Electric motor correlated, the signal of each Hall sensor is transmitted via a separate line. For example, thus are for a four-phase motor four lines required.

Bei den übertragenen Positions- oder Drehzahlinformationen kann es sich insbesondere um solche von einem, zwei oder für V-Motoren vier Nockenwellenversteller(n) handeln. Da Stellmotoren im Zusammenhang mit Nockenwellenverstellern Drehzahlen von bis zu 10.000 Umdrehungen pro Minute aufweisen und beispielsweise pro Umdrehung eines Nockenwellenverstellers 42 Sensor- bzw. Sensorlesssignale verarbeitet werden müssen (bei einem bürstenlosen Wechselstrommotor mit sieben Polpaaren), bietet sich eine Leitungsverbindung mit separaten Leitungen für jede einzelne Hall-Sensorinformation an.The transmitted position or speed information may in particular be those of one, two or four V-engines four phaser (s). Since servomotors in connection with camshaft adjusters have speeds of up to 10,000 revolutions per minute and, for example, per revolution of a camshaft adjuster 42 Sensor or Sensorlesssi need to be processed (in a brushless AC motor with seven pole pairs), offers a line connection with separate lines for each Hall sensor information.

Für eine alternative Ausgestaltung der Erfindung erfolgt zur Reduzierung des Systemaufwands eine Zusammenfassung mehrerer Leitungen. Eine Variante der Erfindung besteht darin, dass die Signale mehrerer Sensoren eines Nockenwellenverstellers zusammengefasst werden und über eine Leitung geschickt werden. Dies ist u. U. möglich, da Schaltpunkte der einzelnen Sensoren versetzt zueinander liegen. Dies kann allerdings bedeuten, dass eine Richtungsinformation des Signals verloren geht. Aus diesem Grund wird in der Steuereinheit auf Grundlage der einzelnen Sensoren des Nockenwellenverstellers ein Richtungssignal ermittelt, welches, neben den über eine Leitung gesendeten, zusammengefassten Sensorsignalen, über eine zweite, separate Leitung an das zentrale Steuergerät übertragen wird. Unabhängig von der Zahl der Phasen des Motors sind somit lediglich zwei Leitungen zwischen Nockenwellenversteller bzw. Steuereinheit und zentralem Steuergerät erforderlich – für einen dreiphasigen Motor bedeutet dies eine Reduzierung der Zahl der Leitungen von drei Leitungen für die jeder Phase zugeordneten Sensoren auf zwei Leitungen für das zusammengefasste Signal und das Richtungssignal.For an alternative Embodiment of the invention takes place to reduce the system overhead Summary of several lines. A variant of the invention consists in that the signals of several sensors of a camshaft adjuster combined be and over to be sent a line. This is u. U. possible because switching points of individual sensors offset from each other. This can, however mean that a direction information of the signal is lost. For this reason, in the control unit based on the individual Sensors of the camshaft adjuster determines a direction signal, which, in addition to the over a line sent, combined sensor signals, via a second, separate line transferred to the central control unit becomes. Independently of the number of phases of the engine are thus only two lines between camshaft adjuster or control unit and central control unit required - for one three-phase motor, this means a reduction in the number of lines of three lines for the sensors associated with each phase are grouped on two lines Signal and the directional signal.

Eine weitere Vereinfachung kann erfindungsgemäß dadurch herbeigeführt werden, dass Drehwinkel-, Drehzahl- und Drehrichtungsinformationen von zwei oder mehreren Nockenwellenverstellern gemeinsam auf die vorgenannten zwei Leitungen gelegt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Kodierung der Signale in der Steuereinheit erfolgen, wofür die an sich bekannten Verfahren, beispielsweise eine Amplitudenmodulation, eingesetzt werden können.A Further simplification can be brought about according to the invention by that rotational angle, speed and direction information of two or more camshaft adjusters together to the aforementioned two lines are laid. For this purpose, for example, a coding the signals in the control unit take place, for which the methods known per se, For example, an amplitude modulation, can be used.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt ein Austausch von Signalen zwischen dem zentralen Steuergerät und der Steuereinheit über ein Bussystem. Derartige Bussysteme zeichnen sich durch eine ausreichend große Übertragungsbandbreite und geringe Latenzzeitschwankungen aus. Die Anforderungen an die Dynamik des Regelungskreises bestimmen hierbei die geeigneten Bussysteme. Bei geringen Anforderungen reichen weiche Echtzeit-Bussysteme, wie beispielsweise ein CAN-Bussystem, welches exklusiv genutzt werden kann oder alternativ als ein "Shared-Medium", aus. Bei hochdynamischen Regelungsvorgängen sind harte Echtzeit-Bussysteme vorzuziehen. Mit fortschreitendem Einsatz von X-by-Wire-Technologien werden diese vermehrt in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Beispiele für einsetzbare Bussysteme sind TTCAN, FlexRay und TTP/C. Diese Bussysteme zeichnen sich auch durch ein deterministisches Verhalten aus. Vorzugsweise ist der zugeordnete Buscontroller direkt im Mikroprozessor oder in der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung der Steuereinheit des Nockenwellenverstellers integriert. Mischformen zu den beschriebenen Formen sind ebenfalls denkbar.Corresponding a development of the invention, an exchange of signals between the central control unit and the control unit over a bus system. Such bus systems are characterized by a sufficient large transmission bandwidth and low latency fluctuations. The requirements for the Dynamics of the control loop determine the appropriate bus systems. With low requirements soft real-time bus systems, such as a CAN bus system, which can be used exclusively or alternatively as a "shared medium". At highly dynamic control processes are hard real-time bus systems preferable. With progressing Use of X-by-wire technologies, these are increasingly used in motor vehicles be used. examples for Applicable bus systems are TTCAN, FlexRay and TTP / C. Drawing these bus systems also characterized by a deterministic behavior. Preferably is the associated bus controller directly in the microprocessor or in the application specific integrated circuit of the control unit the camshaft adjuster integrated. Mixed forms to those described Shapes are also conceivable.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung beinhaltet das in dem zentralen Steuergerät erzeugte Stellsignal ein Position- und/oder Drehzahlsignal sowie ein Drehrichtungssignal, welche über separate Leitungen übertragen werden. Das Positions- und/oder Drehzahlsignal kann beispielsweise pulsweitenmoduliert übertragen werden und ist insbesondere proportional zur Leerlaufdrehzahl des Elektromotors.According to one Another proposal of the invention includes that in the central control unit generated actuating signal a position and / or speed signal as well a direction of rotation signal, which over transfer separate lines become. The position and / or speed signal can, for example transmitted pulse width modulated be and is in particular proportional to the idle speed of The electric motor.

Allerdings ist es ebenfalls möglich, dass das Positions- und/oder Drehzahlsignal und das Drehrichtungssignal über eine gemeinsame Leitung übertragen werden. Hierzu kann das Drehrichtungssignal dem Drehzahlsignal aufkodiert werden. Beispielsweise erfolgt eine derartige Kodierung über das Tastverhältnis. Vorzugsweise entspricht ein Tastverhältnis zwischen 0 % und 50 % einer Drehrichtung im Uhrzeigersinn, während ein Tastverhältnis zwischen 51 % und 100 % einer Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn entspricht. Das Tastverhältnis 0 % sowie 100 % entspricht hierbei der maximalen Motordrehzahl.Indeed it is also possible that the position and / or speed signal and the direction of rotation signal via a transfer shared line become. For this purpose, the direction of rotation signal can be encoded to the speed signal become. For example, such coding is done via the Duty cycle. Preferably, a duty cycle between 0% and 50% a clockwise rotation, while a duty cycle between 51% and 100% counterclockwise rotation. The duty cycle 0% and 100% corresponds to the maximum engine speed.

Erfindungsgemäß kann die Diagnose verbessert werden, wenn über eine Leitung oder ein Bussystem ein Signalaustausch zwischen dem zentralen Steuergerät und der Steuereinheit für Diagnosefunktionalitäten erfolgt.According to the invention, the Diagnosis can be improved when using a line or bus system a signal exchange between the central control unit and the Control unit for diagnostic functions he follows.

Anstelle des Einsatzes von Hall-Sensoren oder anderen sensorlosen Erfassungen von Bewegungszuständen des Nockenwellenverstellers ist auch eine Erfassung von Positionsinformationen des Rotors eines in dem Nockenwellenversteller eingesetzten Elektromotors über eine separate Sensorik möglich. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen optischen Sensor mit Schlitzscheibe oder einen Encoder. Der Vorteil derartiger Ausgestaltungen liegt darin, dass u. U. eine Leitung zur Übermittlung des Positionssignals zu dem zentralen Steuergerät ausreicht.Instead of the use of Hall sensors or other sensorless detections of states of motion the camshaft adjuster is also a detection of position information the rotor of an electric motor used in the camshaft adjuster via a separate sensors possible. This is, for example, an optical sensor with slotted disc or an encoder. The advantage of such embodiments lies in that u. U. a line for transmitting the position signal sufficient for the central control unit.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Weitere Merkmale sind der Zeichnung, insbesondere den dargestellten Geometrien der Bauteile, den relativen Abmessungen mehrerer dargestellter Maße gleicher oder unterschiedlicher Bauteile, der relativen Anordnung der Bauteile zueinander und deren Wirkverbindungen miteinander, zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher in verschiedenen Figuren dargestellter Ausgestaltungen, Merkmalen unterschiedlicher Ansprüche abweichend zu den gewählten Rückbeziehungen und von Merkmalen der Patentansprüche mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der Beschreibung ist ebenfalls möglich und wird hiermit angeregt.Advantageous developments emerge from the subclaims, the description and the drawings. Further features of the drawing, in particular the illustrated geometries of the components, the relative dimensions of several illustrated dimensions of the same or different components, the relative arrangement of the components to each other and their operative connections with each other, refer. The combination of features of different represented in different figures Embodiments, features of different claims differing from the chosen relationships and features of the claims with single or multiple features of the description is also possible and is hereby suggested.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:preferred embodiments the device according to the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. In the drawing shows:

1 eine Vorrichtung mit einer Steuereinheit, in der die Stellsignale für mehrere Nockenwellenversteller durch eine Regelung ermittelt wird; 1 a device with a control unit, in which the control signals for a plurality of camshaft adjuster is determined by a control;

2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, in der eine Regelung des Stellsignals für mindestens einen Nockenwellenversteller über ein zentrales Steuergerät erfolgt; und 2 a device according to the invention, in which a control of the control signal for at least one camshaft adjuster takes place via a central control unit; and

3 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Signalverbindung zwischen einer Steuereinheit und einem zentralen Steuergerät über ein Bussystem erfolgt. 3 a further device according to the invention, in which the signal connection between a control unit and a central control unit via a bus system.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungFull Description of the invention

In den folgenden Figuren mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind Bauelemente mit entsprechender Funktion oder entsprechendem Aufbau mit gleichem Bezugszeichen versehen, wobei Bauelemente gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Buchstaben a und Bauelemente gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Buchstaben b gekennzeichnet sind.In the following figures with different embodiments of the invention, components are provided with the same function or corresponding structure with the same reference numerals, wherein components according to the in 2 illustrated embodiment with the letter a and components according to the in 3 illustrated embodiment are marked with the letter b.

Die Figuren zeigen eine Topologie zur elektrischen Ansteuerung von mindestens einem Nockenwellenversteller 1, 2, mit dem die Winkelbeziehung zwischen einer Nockenwelle 3, 4 und einer Kurbelwelle 5 mit einem Schwungrad 6 veränderbar ist. Als Nockenwellenversteller 1, 2 können Nockenwellenversteller eines beliebigen Typs Einsatz finden. Im Folgenden wird zur Vereinfachung auf einen Nockenwellenversteller Bezug genommen, bei dem das Stellaggregat des Nockenwellenverstellers als mehrphasiger bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist. Der Nockenwellenversteller 1, 2 steht über Leitungen 7, 8, 9 in Signalverbindung mit einer Steuereinheit 10. Die Leitungen 7, 8, 9 können dazu dienen:

a) den Nockenwellenversteller 1, 2 mit unterschiedlichen Phasen der elektrischen Leistung zu versorgen,
b) Sensorsignale von einem Sensor des Nockenwellenverstellers, insbesondere einem Hall-Sensor, an die Steuereinheit 10 zu übertragen und/oder
c) eine Grund-Spannungsversorgung für einen Sensor des Nockenwellenverstellers 1, 2 zur Verfügung zu stellen.

The figures show a topology for the electrical control of at least one camshaft adjuster 1 . 2 with which the angular relationship between a camshaft 3 . 4 and a crankshaft 5 with a flywheel 6 is changeable. As a camshaft adjuster 1 . 2 can use camshaft adjusters of any type. In the following, reference will be made to a camshaft adjuster for simplicity, in which the adjusting unit of the camshaft adjuster is designed as a multi-phase brushless DC motor. The camshaft adjuster 1 . 2 stands over lines 7 . 8th . 9 in signal communication with a control unit 10 , The wires 7 . 8th . 9 can serve:

a) the phaser 1 . 2 to provide different phases of electrical power,
b) sensor signals from a sensor of the camshaft adjuster, in particular a Hall sensor, to the control unit 10 to transfer and / or
c) a basic power supply for a sensor of the camshaft adjuster 1 . 2 to provide.

Die Steuereinheit 10 steht weiterhin in Signalverbindung mit einem Bussystem 11 (CAN) sowie Klemmen 12–14 (Bezeichnung im Fahrzeug: "Klemme 15", "Klemme 30", "Klemme 31"). Die Nockenwellen 3, 4 besitzen jeweils ein Geberrad 15, welches mit einem Sensor 16 zusammenwirkt, sowie ein Mehrfingergeberrad 17, welches mit einem Sensor 18 zusammenwirkt. Das Messsignal des Sensors 15 wird einem zentralen oder weiteren Steuergerät 19 zugeführt, welches beispielsweise Steuerungsfunktionen für die Brennkraftmaschine und/oder das Fahrzeuggetriebe übernimmt und ggf. weitere Funktionen beinhaltet. Im Bereich eines Zahnkranzes des Schwungrads 6 erfasst ein Sensor 20 ein Kurbelwellensignal. Die Signale der Sensoren 16, 20 können durch das zentrale Steuergerät 19 zur Steuereinheit 10 durchgeschleift sein. Sofern alle erforderlichen Signale und Größen in der Steuereinheit 10 vorliegen, erfolgt für diese Ausgestaltung eine Ermittlung des Stellsignals für die Nockenwellenversteller 1, 2 im Bereich der Steuereinheit 10.The control unit 10 is still in signal communication with a bus system 11 (CAN) as well as terminals 12 - 14 (Designation in the vehicle: "clamp 15 "," Clamp 30 "," Clamp 31 "). The camshafts 3 . 4 each have a donor wheel 15 , which with a sensor 16 cooperates, as well as a Mehrfingergeberrad 17 , which with a sensor 18 interacts. The measuring signal of the sensor 15 becomes a central or further control device 19 fed, which, for example, takes over control functions for the internal combustion engine and / or the vehicle transmission and optionally includes other functions. In the area of a ring gear of the flywheel 6 detects a sensor 20 a crankshaft signal. The signals of the sensors 16 . 20 can through the central control unit 19 to the control unit 10 be looped through. Provided all the required signals and sizes in the control unit 10 are present, a determination of the actuating signal for the camshaft adjuster is carried out for this embodiment 1 . 2 in the area of the control unit 10 ,

Eine abweichende Topologie ist in 2 dargestellt. Dem zentralen Steuergerät 19a werden Signale 21, 22, insbesondere eines Sensors 20 einer Kurbelwelle und/oder eines einer Nockenwelle zugeordneten Sensors 16, 18, und/oder Signale zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, von Umgebungsparametern und/oder einer Leistungsanforderung des Fahrers zugeführt. Weitere Signale können von dem zentralen Steuergerät 19a über das Bussystem 11a empfangen und gesendet werden. In dem zentralen Steuergerät 19a ist des Weiteren ein Kennfeld 23 abgelegt. Aus dem Kennfeld 23 kann aus vorliegenden Signalen 21, 22 und weiteren Größen mindestens eine Regelungsgröße 24 bestimmt werden, bei der es sich beispielsweise um einen Soll-Winkel, eine Winkeländerung, eine Winkelgeschwindigkeit, einen Grenzwert, einen Regelungsparameter o. ä. handelt.A different topology is in 2 shown. The central control unit 19a become signals 21 . 22 , in particular a sensor 20 a crankshaft and / or a sensor associated with a camshaft 16 . 18 , and / or signals for detecting further operating variables of the internal combustion engine, supplied by environmental parameters and / or a power requirement of the driver. Other signals may be from the central controller 19a over the bus system 11a be received and sent. In the central control unit 19a is further a map 23 stored. From the map 23 can be from present signals 21 . 22 and other sizes at least one control variable 24 be determined, which is, for example, a target angle, an angle change, an angular velocity, a limit, a control parameter o. Ä. Is.

Des Weiteren ist in dem zentralen Steuergerät 19a eine Regelungseinheit 25 vorgesehen, welcher einerseits die Regelungsgröße 24 und andererseits eine Positionsinformation 26 eines Nockenwellenverstellers 1, 2 zugeführt wird. Bei der Positionsinformation handelt es sich insbesondere um einen Drehwinkel, eine Winkelgeschwindigkeit und/oder eine Drehrichtung. Die Positionsinformation kann ebenfalls kodierte Daten beinhalten. In der Regelungseinheit 25 ist ein Regelungsalgorithmus 27 abgelegt, der im Wesentlichen den bekannten Regelungsalgorithmen für Nockenwellenversteller entspricht. Mittels der Regelung 25 wird ein Stellsignal 28 ermittelt.Furthermore, in the central control unit 19a a control unit 25 provided, on the one hand, the control variable 24 and on the other hand position information 26 a camshaft adjuster 1 . 2 is supplied. The position information is in particular a rotation angle, an angular velocity and / or a direction of rotation. The position information may also include encoded data. In the control unit 25 is a control algorithm 27 filed, which essentially corresponds to the known control algorithms for camshaft adjuster. By means of the scheme 25 becomes a control signal 28 determined.

Die Steuereinheit 10a besitzt eine Versorgungseinheit 29 zur Versorgung der beteiligten Bauelemente mit elektrischer Leistung. Die Versorgungseinheit 29 wird von der Batterie des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Leistung versorgt. Die Versorgungseinheit 29 versorgt eine Steuerungs-/Kommutierungslogik 30 sowie eine Leistungselektronik 31 mit elektrischer Leistung. Aus dem Stellsignal wird mittels der Steuerungs-Kommutierungslogik 30 und der Leistungselektronik 31 die Ansteuerung des elektrischen Stellmotors 32 erzeugt, hier eine Leitung 33 mit der Phase U, eine Leitung 34 mit der Phase V und eine Leitung 35 mit der Phase W.The control unit 10a has a supply unit 29 to supply the components involved with electrical power. The supply unit 29 is supplied by the battery of the motor vehicle with electric power. The supply unit 29 provides a control / commutation logic 30 as well as power electronics 31 with electrical power. The control signal is converted by means of the control commutation logic 30 and the power electronics 31 the control of the electric servomotor 32 generated, here a line 33 with the phase U, a lead 34 with the phase V and a line 35 with the phase W.

Im Bereich des Stellmotors 32 sind Hall-Sensoren 36, 37, 38 vorgesehen, die von der Versorgungseinheit 29 mit einer elektrischen Versorgung versehen werden und deren Ausgangssignale der Steuerungs-Kommutierungslogik über einen Signalspfad, eine Leitung 39 oder mehrere Leitungen zugeführt werden. Die Signale der Hall-Sensoren 36, 37, 38 werden unmittelbar oder mittelbar unter Umrechnung, Überlagerung und/oder Kodierung als Positionsinformation 26 an das zentrale Steuergerät 19a übergeben.In the area of the servomotor 32 are Hall sensors 36 . 37 . 38 provided by the supply unit 29 be provided with an electrical supply and the output signals of the control commutation logic via a signal path, a line 39 or multiple lines are supplied. The signals of the Hall sensors 36 . 37 . 38 be directly or indirectly under conversion, superposition and / or coding as position information 26 to the central control unit 19a to hand over.

Gemäß 2 erfolgt über geeignete Schnittstellen und zwischengeschaltete Signalverbindungen ein Austausch von Informationen zwischen der Steuereinheit 10a und dem zentralen Steuergerät 19a in Form der Positionsinformationen 26 und des Stellsignals 28. Zusätzlich können von der Steuereinheit 10a Diagnosefunktionssignale 40 an das zentrale Steuergerät 19a übertragen werden.According to 2 An exchange of information between the control unit takes place via suitable interfaces and intermediate signal connections 10a and the central controller 19a in the form of position information 26 and the control signal 28 , In addition, from the control unit 10a Diagnosis function signals 40 to the central control unit 19a be transmitted.

Vorzugsweise ist eine Steuereinheit 10a sowie ein Nockenwellenverstellermodul 41 vorgesehen, wobei, wie in 2 dargestellt, die Versorgungseinheit 29, die Steuerungs-Kommutierungslogik 30 und die Leistungselektronik 31 in der Steuereinheit 10a vorgesehen sind, während der elektrische Stellmotor 32 und die Hall-Sensoren 36–38 in dem Nockenwellenverstellermodul 41 angeordnet sind. Die Steuereinheit 10a und das Nockenwellenverstellermodul 41 kommunizieren über eine Versorgungsleitung zwischen Versorgungseinheit 29 und den Hall-Sensoren 36–38, die Leitungen 39 sowie die Leitungen 33–35 miteinander. Die Steuereinheit 10a und das Nockenwellenverstellermodul 41 können in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein oder aber in separaten Gehäusen, die vorzugsweise aneinander montiert sind.Preferably, a control unit 10a and a camshaft adjuster module 41 provided, as in 2 shown, the supply unit 29 , the control commutation logic 30 and the power electronics 31 in the control unit 10a are provided while the electric servomotor 32 and the Hall sensors 36 - 38 in the camshaft adjuster module 41 are arranged. The control unit 10a and the camshaft adjuster module 41 communicate via a supply line between supply unit 29 and the Hall sensors 36 - 38 , the wires 39 as well as the lines 33 - 35 together. The control unit 10a and the camshaft adjuster module 41 can be housed in a common housing or in separate housings, which are preferably mounted together.

Abweichend zu der in 2 dargestellten Ausführungsform werden gemäß 3 das oder die Diagnosefunktionssignal(e) 40 oder -informationen, das Stellsignal 28 und die Positionsinformation 26 nicht über separate Leitungen zwischen dem zentralen Steuergerät 19b und der Steuereinheit 10a übertragen, sondern über das Bussystem 11b.Notwithstanding the in 2 illustrated embodiment are according to 3 the diagnostic function signal (s) 40 or information, the control signal 28 and the position information 26 not via separate lines between the central control unit 19b and the control unit 10a but via the bus system 11b ,

11: NockenwellenverstellerPhaser
22: NockenwellenverstellerPhaser
33: Nockenwellecamshaft
44: Nockenwellecamshaft
55: Kurbelwellecrankshaft
66: Schwungradflywheel
77: Leitungmanagement
88th: Leitungmanagement
99: Leitungmanagement
1010: Steuereinheitcontrol unit
1111: Bussystembus system
1212: Klemmeclamp
1313: Klemmeclamp
1414: Klemmeclamp
1515: Geberradsensor wheel
1616: Sensorsensor
1717: MehrfingergeberradMehrfingergeberrad
1818: Sensorsensor
1919: weiteres Steuergerätadditional control unit
2020: Sensorsensor
2121: Signalsignal
2222: Signalsignal
2323: Kennfeldmap
2424: Regelungsgrößeregulation size
2525: Regelungseinheitcontrol unit
2626: Positionsinformationposition information
2727: Regelungsalgorithmuscontrol algorithm
2828: Stellsignalactuating signal
2929: Versorgungseinheitsupply unit
3030: Steuerungs-KommutierungslogikControl commutation
3131: Leistungselektronikpower electronics
3232: Stellmotorservomotor
3333: Leitungmanagement
3434: Leitungmanagement
3535: Leitungmanagement
3636: Hall-SensorHall sensor
3737: Hall-SensorHall sensor
3838: Hall-SensorHall sensor
3939: Leitung Positionsinformationmanagement position information
4040: Diagnosefunktionssignal(e)Diagnostic function signal (e)
4141: NockenwellenverstellermodulPhaser module

Claims

Device for adjusting a rotation angle of at least one camshaft ( 3 . 4 ) relative to a crankshaft ( 5 ) an internal combustion engine with - a camshaft adjuster ( 1 . 2 ), - one of the camshaft adjuster ( 1 . 2 ) associated control unit ( 10 ) and - a control unit ( 19 ), characterized in that in the control unit ( 19 ) a control unit ( 25 ) is present, with a control signal ( 28 ) is determined, which with a desired position of the camshaft adjuster ( 1 . 2 ) correlates.

Device according to claim 1, characterized in that a) the camshaft adjuster ( 1 . 2 ) is designed as an electric camshaft adjuster, b) the control unit ( 19 ) a control unit ( 25 ), by means of which the actuating signal ( 28 ) is determined, which with a desired position of the camshaft adjuster ( 1 . 2 ), c) between the control unit ( 19 ) and the control unit ( 10 ) there is a signal connection via which the actuating signal ( 28 ) from the central control unit ( 19 ) to the control unit ( 10 ) and d) the control unit ( 10 ) Controls (Control Commutation Logic 30 ; power electronics 31 ), by means of which the actuating signal ( 28 ) is convertible into electrical signals, with which a servomotor ( 32 ) of the camshaft adjuster ( 1 . 2 ) is electrically applied, wherein the control elements (control commutation logic 30 ; power electronics 31 ) are configured such that the electrical signals an adjusting movement of the camshaft adjuster ( 1 . 2 ) in the desired position of the camshaft adjuster ( 1 . 2 ).

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the central control unit ( 19 ) Position and / or speed information of one or more sensors ( 36 . 37 . 38 ) of a camshaft adjuster via one or more separate lines is / are supplied.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the central control unit ( 19 ) Position and / or speed information of one or more sensors ( 36 . 37 . 38 ) of a camshaft adjuster via a common line ( 39 . 26 ) are supplied and a direction of rotation information is supplied via another line.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the central control unit ( 19 ) Position, speed and / or direction information of sensors of several camshaft adjusters ( 1 . 2 ) are supplied via a common line.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that an exchange of signals between the central control unit ( 19b ) and the control unit ( 10b ) via a bus system ( 11b ) he follows.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the central control unit ( 19 ) generated signal ( 28 ) includes a position and / or speed signal and / or a direction of rotation signal.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the position and / or speed signal and the direction of rotation signal via separate lines from the central control unit ( 19 ) to the control unit ( 10 ) be transmitted.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the position and / or speed signal and the direction of rotation signal via a common line from the central control unit ( 19 ) to the control unit ( 10 ) be transmitted.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that via a line ( 40 ) or a bus system ( 11b ) a signal exchange between the central control unit ( 19 ) and the control unit ( 10 ) for diagnostic functionalities.