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Stand
der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist ferner ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium,
sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung.
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Ein
Verfahren der eingangsgenannten Art ist aus der
DE 39 30 157 A1 bekannt.
Es kommt bei Nockenwellen von Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz.
Mit einer solchen Nockenwellenverstellung kann der Öffnungs-
und Schließwinkel
eines Einlass- oder eines Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine
an die jeweilige Betriebssituation der Verbrennungskraftmaschine
angepasst werden. Bei dem bekannten Verfahren erfolgt die Verstellung
der Nockenwellenstellung gegenüber
der Kurbelwelle mit einem hydraulischen Verstellsystem. Hierzu ist
die Nockenwelle über
zwei gegensinnig wirkende hydraulische Kammern mit einem von der
Kurbelwelle angetriebenen Stellelement verbunden. Je nach Hydraulikvolumen,
welches in der einen beziehungsweise anderen Hydraulikkammer eingestellt
wird, verändert
sich die Relativstellung der Nockenwelle zu dem Stellelement. Die
Befüllung
der Hydraulikkammern mit Hydrauliköl wird über ein Hydraulikventil gesteuert.
Die Ansteuerung des Hydraulikventils erfolgt elektrisch durch eine
Steuer- und/oder
Regeleinrichtung.
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Es
ist bekannt, dass es unter bestimmten Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine zu
Problemen bei der Verstellung der Relativposition der Nockenwelle
zur Kurbelwelle kommen kann. Deshalb wird eine solche Verstellung
der Nockenwelle nur unter bestimmten, vorgegebenen Betriebsbedingungen
der Verbrennungskraftmaschine von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung
freigegeben. Wenn eine Verstellfreigabe nicht vorliegt, wird das Verstellelement
mechanisch und/oder hydraulisch in einer definierten Verriegelungsposition
festgehalten. Der Ist-Winkel der Nockenwelle wird von einem Sensor
erfasst und in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung für die Ermittlung
der Luftfüllung
im Zylinder und für
die Ermittlung des Zündwinkels
verwendet.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Ermittlung der Luftfüllung und
des Zündwinkels
so zu verbessern, dass in möglichst
allen Betriebssituationen der Verbrennungskraftmaschine diese ein
ruhiges und vom Benutzer akzeptables Verhalten zeigt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Weitere Lösungen
der gestellten Aufgabe finden sich in nebengeordneten Patentansprüchen, die
ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium, sowie eine
Steuer- und/oder Regeleinrichtung betreffen.
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Vorteile der
Erfindung
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Erfindungsgemäß wurde
festgestellt, dass es in bestimmten Betriebssituationen der Verbrennungskraftmaschine
zu Schwingungen der Nockenwelle kommen kann. Derartige Betriebsbedingungen sind
beispielsweise der Start der Verbrennungskraftmaschine, bei dem
zunächst
noch kein ausreichender Hydraulikdruck vorhanden ist, um die Position
der Nockenwelle exakt einzustellen. Ferner kann es sein, dass sich
bei hoher Temperatur des Hydraulikfluids dessen Viskosität verringert,
was wiederum zu einer erhöhten
Hydraulikleckage führt.
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Die
für die
Verstellung der Nockenwelle zur Verfügung stehende Hydraulikmenge
reicht dann für eine
exakte Einstellung der Nockenwelle nicht mehr aus. Bei niedriger
Drehzahl oder im Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine kann es
bei heißer
Verbrennungskraftmaschine außerdem
zu Regelabweichungen eines Lagereglers der Nockenwelle kommen. Um
dies zu vermeiden, ist es bekannt, die Nockenwelle in bestimmten
Betriebssituationen der Verbrennungskraftmaschine in einer bestimmten
Stellung zu verriegeln.
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Bei
geringem Hydraulikdruck und/oder hoher Hydrauliktemperatur und/oder
bei nicht verriegelter Nockenwelle kann es zu starken Schwingungen
der Nockenwelle kommen. Wird zur Verstellung der Nockenwelle ein
sogenannter Flügelradsteller
verwendet, kann dieser im Extremfall sogar zwischen den vorhandenen
mechanischen Anschlägen
hin und her pendeln. Durch diese Anregung der Nockenwelle kommt
es zu einem stark pulsierenden Istwinkel der Nockenwelle. Dieser
führt in
der Steuer- und Regeleinrichtung zu einer Verschlechterung der Ermittlung der
Luftfüllung
und des Zündwinkels.
Diese Auswirkungen sind direkt am Verhalten der Verbrennungskraftmaschine
spürbar.
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Hier
greift die vorliegende Erfindung in zweierlei Weise ein, wobei beiden
Maßnahmen
gemeinsam ist, dass sie vom erfassten Schwingungszustand der Nockenwelle,
und nicht starr von irgendwelchen Betriebssituationen der Verbrennungskraftmaschine
abhängen:
Im einen Fall hängt
eine Freigabe der Verstellung der Nockenwelle selbst vom Schwingungszustand
ab. Beispielsweise ist es möglich,
eine Freigabe der Nockenwellenverstellung aufgrund der Betriebsbedingungen
zu blockieren, also die Freigabe nicht zu erteilen, oder eine solche
Freigabe mindestens zu verzögern.
Die Freigabe der Verstellung der Nockenwelle kann darüber hinaus noch
zusätzlich
verzögert
werden, wenn nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine festgestellt wird,
dass der Schwingungszustand der Nockenwelle ein unzulässiger Schwingungszustand
ist.
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Um
jedoch einen emissionsoptimalen Betrieb gewährleisten zu können, kann
nach Ablauf einer maximalen Zeit die Verstellfreigabe der Nockenwelle
erzwungen werden. Durch die Freigabe der Verstellung der Nockenwelle
in Abhängigkeit
vom Schwingungszustand, wird das Auftreten von Schwingungen vermindert,
und für
die Ermittlung der Lüftfüllung und
des Zündwinkels
steht in der Folge ein stabilerer Istwert zur Verfügung, was
zu einem runderem Laufverhalten der Verbrennungskraftmaschine führt.
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Möglich ist
aber auch, die Verwendung des Istwerts der Nockenwellenstellung
vom erfassten Schwingungszustand abhängig zu machen. Beispielsweise
kann dann, wenn der Schwingungszustand ein unzulässiger Schwingungszustand ist,
der Istwert vor seiner Verwendung gefiltert werden.
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Für den ersten
Zeitraum ab dem Start der Verbrennungskraftmaschine und/oder den
darauf folgenden zweiten Zeitraum bis zur Verstellfreigabe der Nockenwelle
kann, bei zulässigem
und unzulässigem
Schwingungszustand, zusätzlich
an Stelle des tatsächlichen
und ungefilterten Istwerts ein Ersatzwert, welcher vorzugsweise
der Verriegelungsposition entspricht, verwendet werden. Die Ermittlung
einer Luftfüllung
und des Zündwinkels
erfolgt dann, für den
Fall einer weiterhin stark schwingungsbehafteten Nockenwelle, nicht
mehr mit dem tatsächlichen
Istwert der Nockenwellenstellung, sondern mit einem Ersatzwert oder
mit einem gefilterten Istwert. Ein solcher gefilterter Istwert pulsiert
deutlich weniger, was eine verbesserte Ermittlung der Luftfüllung und
des Zündwinkels
zur Folge hat. Auch hier ergibt sich unmittelbar ein verbessertes
Laufverhalten der Verbrennungskraftmaschine, vor allem eine bessere Start- und Leerlaufqualität und eine
erhöhte
Verbrennungsstabilität.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn für
die Filterung des Istwerts eine Filterzeitkonstante verwendet wird,
welche von der aktuellen Betriebssituation der Verbrennungskraftmaschine
abhängt.
So kann die Filterzeitkonstante beispielsweise einen ersten drehzahlabhängigen Anteil
enthalten, der das Grundrauschen im Antriebsstrang beschreibt, und
einen zweiten Anteil, der von der Schwingungsfrequenz und/oder der
Schwingungsamplitude des ungefilterten Istwerts der Nockenwellenstellung und/oder
des gefilterten Istwerts der Nockenwelle abhängt. Dabei ist die Filterzeitkonstante
um so größer, je
stärker
(bezüglich
der Amplitude) der ungefilterte Istwert der Nockenwellenstellung
schwingt. Falls der gefilterte Istwert aufgrund der Auswertung zu
stark schwingt, kann die Filterzeitkonstante weiter erhöht werden.
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Wenn
der Schwingungszustand wieder ein zulässiger Schwingungszustand ist,
wird beispielsweise für
die Ermittlung der Luftfüllung
des Zylinders und des Zündwinkels
wieder ein ungefilterter Istwert verwendet. Damit wird in allen
Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine, der Schwingungszustand
der Nockenwelle erfasst und ein für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine
optimaler Istwert verwendet.
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Die
Erkennung eines unzulässigen
Schwingungszustands kann auf einfache Art und Weise durch die Auswertung
einer Schwingungsfrequenz und/oder einer Schwingungsamplitude des
ungefilterten Istwerts der Nockenwellenstellung erfolgen. Des weiteren
kann nach der Verstellfreigabe der Nockenwelle für die Erkennung eines unzulässigen Schwingungszustands
auch die Regeldifferenz eines Lagereglers der Nockenwelle ausgewertet
werden.
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Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine;
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2 eine
schematische Darstellung einer Einrichtung zum hydraulischen Verstellen
einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine von 1;
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3 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Verstelleinrichtung
von 2;
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3' ein
Flussdiagramm eines Unterverfahrens des Verfahrens von 3;
und
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4 ein
Flussdiagramm, welches Bereiche des Verfahrens der 3 stärker detailliert
zeigt.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Eine
Verbrennungskraftmaschine trägt
in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie
ist der Einfachheit halber nur sehr schematisch durch eine strichpunktierte
Linie dargestellt. Sie dient zum Antrieb beispielsweise eines Kraftfahrzeugs.
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Die
Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst mehrere Zylinder,
von denen in 1 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 gezeigt
ist. In ihm ist ein Brennraum 14 vorhanden, der von einem
Kolben 16 begrenzt wird. Über ein Einlassventil 18 kann
dem Brennraum 14 Luft zugeführt werden, heiße Verbrennungsabgase
werden aus dem Brennraum 14 über ein Auslassventil 20 abgeführt. Die
Betätigung
von Einlassventil 18 und Auslassventil 20 erfolgt
jeweils durch eine Nockenwelle 22a und 22b, die
von einer Kurbelwelle 24 der Verbrennungskraftmaschine 10 angetrieben
werden, deren Drehzahl von einem Sensor 25 erfasst wird.
Hierzu sind die Nockenwellen 22a und 22b durch
entsprechende Koppeleinrichtungen 26a und 26b mit
der Kurbelwelle 24 verbunden.
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An
dieser Stelle sei auf Folgendes hingewiesen: Einige ähnliche
Elemente werden nachfolgend mit gleichen Bezugszahlen, jedoch unterschiedlichen Buchstabenindizes
bezeichnet. Werden die Buchstabenindizes nicht verwendet, gelten
die Ausführungen für die Elemente
als solche.
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Um
die Verbrennungskraftmaschine verbrauchs- und emissionsoptimal betreiben
zu können, können die
Relativpositionen der Nockenwellen 22a und 22b gegenüber der
Kurbelwelle 24 in einem gewissen Umfang verstellt werden.
Die Kopplung durch die Koppelleinrichtung 26 ist also einstellbar.
Hierzu dienen hydraulische Nockenwellensteller 28a und 28b,
die von einer Steuer- und Regeleinrichtung 30 angesteuert
werden. Die aktuelle Stellung der Nockenwellen 22a und 22b wird
von Sensoren 32a und 32b erfasst, die entsprechende
Signale der Steuer- und Regeleinrichtung 30 zur Verfügung stellen.
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Die
Koppeleinrichtung 26a und der als Flügelradsteller ausgebildete
Nockenwellensteller 28a sind in 2 stärker im
Detail dargestellt. Die entsprechenden Elemente 26b und 28b sind
hierzu identisch. Der Nockenwellensteller 28a umfasst ein Statorgehäuse 34,
welches beispielsweise über
eine Zahnkette 36 mit der Kurbelwelle 24 verbunden
ist. Koaxial zum Statorgehäuse 34 ist
innerhalb von diesem ein Rotor 38 angeordnet, der mit vier
Flügeln 40a bis 40d in
entsprechende Aussparungen 42a bis 42d des Statorgehäuses 34 eingreift.
Auf diese Weise wird in Umfangsrichtung gesehen auf jeder Seite eines
Flügels 40 eine
Hydraulikkammer gebildet. Diese sind nur für den Flügel 40b mit Bezugszeichen versehen,
nämlich
mit 43 und 44.
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Je
nach Druckbeaufschlagung der ersten Hydraulikkammern 43 und
der zweiten Hydraulikkammern 44 verändert sich die Relativstellung
des Rotors 38 gegenüber
dem Statorgehäuse 34.
Da der Rotor 38 starr mit der Nockenwelle 22a verbunden ist,
verändert
sich hierdurch auch die Relativstellung der Nockenwelle 22a zur
Kurbelwelle 24. Der Verstellbereich wird durch die jeweiligen
radialen Begrenzungen der Aussparungen 42a bis 42d gebildet, die
nur für
die Aussparung 42c mit Bezugszeichen versehen sind, nämlich mit 46a und 46b.
Hierdurch werden Anschläge 46a und 46b für die Flügel 40a bis 41d gebildet.
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Der
in 2 gezeigte Nockenwellensteller 28a verfügt über eine
mechanische Verriegelungsposition. Diese wird definiert durch einen
Verriegelungsstift 48 am Rotor 38, der in der
Verriegelungsposition in eine Ausnehmung 50 am Statorgehäuse 34 einrastet.
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Ein
Verfahren, welches zur Ansteuerung der Nockenwellensteller 28 durch
die Steuer- und Regeleinrichtung 30 angewendet wird, wird
nun unter Bezugnahme auf 3 erläutert. Das Verfahren ist dabei
auf einem Speicher der Steuer- und Regeleinrichtung 30 in
Form eines Computerprogramms abgespeichert. Es hat zum Ziel, starke
Schwingungen der Nockenwellen 22a und 22b relativ
zur Kurbelwelle 24 zu vermeiden, indem eine verzögerte Freigabe
der Verstellung der Nockenwellen 22a und 22b in
Abhängigkeit
der Betriebsbedingungen erfolgt (da die nachfolgenden Ausführungen
gleichermaßen
für beide Nockenwellen 22a und 22b gelten,
wird der Einfachheit halber nachfolgend nur noch allgemein von der Nockenwelle 22 gesprochen).
Falls diese Schwingungen nicht vermieden werden können, sollen
diese wenigstens vermindert werden, indem in Abhängigkeit des Schwingungszustandes
der Nockenwelle 22 die Freigabe der Verstellung der Nockenwelle 22 zusätzlich verzögert wird,
und/oder es soll deren Einfluss auf die Ermittlung der in den Brennraum 14 gelangenden
Luftmenge und eines Zündwinkels
reduziert werden.
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Nach
dem Starten der Verbrennungskraftmaschine 10 im Block 52 erfolgt
in einem Block 54 eine Initialisierung und Aktivierung
eines „Anti-Jitter-Algorithmus". Auf diesen wird
später
noch stärker im
Detail eingegangen werden. Da in der Steuer- und Regeleinrichtung 30 zumindest
zunächst
davon ausgegangen wird, dass sich die Nockenwelle 22 in
der Verriegelungsposition befindet, erfolgt in einem Block 55 in
Abhängigkeit
eines Kodeworts CW eine Auswahl, ob eine Berechnung einer Luftfüllung des Brennraums 14 und
eines Zündwinkels
mit einem Festwert WVP für die Relativstellung der Nockenwelle 22 zur
Kurbelwelle 24, welcher der Verriegelungsposition entspricht
(Block 57) oder mit dem tatsächlichem Istwert Wi der
Nockenwelle (Block 56) erfolgt.
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In
einem Block 58 wird überprüft ob ein
erster Zeitraum TV1 abgelaufen ist, und
falls diese noch nicht abgelaufen ist, eine Freigabe einer Verstellung der
Nockenwelle 22 um diesen ersten Zeitraum TV1 verzögert. Der
Zeitraum TV1 wird daher auch als Verzögerungszeit
bezeichnet. Sie ist fest vorgegeben und beginnt mit dem Starten
der Verbrennungskraftmaschine 10 im Block 52 zu
laufen.
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In
einem Block 60 kommt nun ein erster Aspekt des Anti-Jitter-Algorithmus" zum Tragen: In diesem
Block wird nämlich
beobachtet beziehungsweise erfasst, ob der aktuelle Schwingungszustand
der Nockenwelle 22 ein unzulässiger Schwingungszustand ist.
Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine Schwingungsfrequenz
F und/oder eine Schwingungsamplitude A der Relativstellung der Nockenwelle 22 zur
Kurbelwelle 24 (Nockenwellenstellung) einen Grenzwert erreicht
oder überschreitet.
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Für die Bewertung
und Erkennung der Schwingungen der Nockenwelle 22 wird
zu jedem Abtastzeitpunkt der Istwinkel Wi der
Nockenwelle 22 erfasst und/oder dessen Frequenz F und/oder
dessen Amplitude A berechnet und durch Vergleich mit entsprechenden
Grenzwerten G1 und G2 ausgewertet.
Des weiteren wird durch Vergleich mit einem Grenzwert G3 ausgewertet,
wie groß der
Abstand DA zwischen dem Istwinkel Wi und der Verriegelungsposition WVP der Nockenwelle 22 ist. Ist die
Antwort im Block 60 ja, liegt also ein unzulässiger Schwingungszustand
vor, wird die Freigabe der Verstellung der Nockenwelle 22 noch
zusätzlich
so lange verzögert, bis
deren Schwingungen auf ein zulässiges
Maß abgeklungen
sind oder in Block 67 ein zweiter Zeitraum TVZ (zusätzliche
Verzögerungszeit)
abgelaufen ist oder in Block 66 eine maximale Verzögerungszeit
T erreicht oder überschritten
wurde.
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Hierzu
erfolgt zunächst
in einem Block 61a in Abhängigkeit eines Kodeworts CW
eine Auswahl, ob eine Berechnung einer Luftfüllung des Brennraums 14 und
eines Zündwinkels
mit einem Festwert WVP (Block 64a)
oder mit dem gefilterten Istwert WiF der Nockenwelle 22 (Block 63a)
erfolgt. Der gefilterte Istwert WiF wird
in einem Unterprogramm in Block 62 berechnet. Wie aus 3' ersichtlich
ist, erfolgt der Start des Unterprogramms in Block 62a.
In einem Block 62b wird die Filterzeitkonstante TF und anschließend in einem Block 62c der
gefilterte Istwert WiF berechnet. Der Rücksprung
ins Hauptprogramm erfolgt in einem Block 62d.
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In
einem nun folgenden Block 65 wird der zweite Zeitraum TVZ berechnet, der sich an den ersten Zeitraum
TV1 anschließt. Dieser Zeitraum TVZ wird so gewählt, dass die im Block 60 ermittelten
Schwingungen der Nockenwelle 22 auf der Basis verschiedener
Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 auf
ein zulässiges
Maß abgeklungen
sind.
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In
einem Block 66 wird jedoch überwacht, ob eine maximal zulässige Verzögerungszeit
T, die als Festwert abgespeichert ist, abgelaufen oder überschritten
ist. Ist die Antwort im Block 66 nein, wird im Block 67 die
Verstellfreigabe zusätzlich
weiterhin bis zum Ablauf von TVZ verzögert, und
es erfolgt ein Rücksprung
vor den Block 60. Ist die Antwort im Block 66 dagegen
ja, wird in 61c das Codewort CW geprüft und abhängig von der Antwort entweder
in 63b der gefilterte Istwert WiF oder
in 64b der Festwert WVP ausgegeben.
Danach wird in 68 die Freigabe der Möglichkeit einer Verstellung
der Nockenwelle 22 erzwungen. Ähnliches gilt, wenn im Block 60 ermittelt wird,
dass die Schwingungen der Nockenwelle 22 vergleichsweise
gering sind, also ein zulässiger Schwingungszustand
vorliegt: In diesem Fall wird wieder in 61b das Codewort
CW abgefragt und abhängig
von der Antwort entweder in 56b der tatsächliche
Istwert Wi oder in 57b der Festwert
WVP ausgegeben. Gleiches gilt auch, wenn
die zusätzliche
Verzögerungszeit
TVZ abgelaufen ist. Danach schließt sich
Block 68 an.
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Nach
der Freigabe der Verstellung der Nockenwelle 22 im Block 68 wird
davon ausgegangen, dass sich die Nockenwelle 22 entsprechend
der Vorgabe durch einen Sollwert beziehungsweise Sollwinkel Ws verstellt. Nun sorgt im Normalfall ein
in 3 nicht gezeigter Lageregler des Nockenwellenstellers 28,
der durch einen entsprechenden Softwarebaustein in der Steuer- und
Regeleinrichtung 30 realisiert ist, dafür, dass der Istwert Wi der Stellung der Nockenwelle 22 im
dynamischen Fall stets dem vorgegebenen Sollwert Ws folgt.
Im stationären
Fall entspricht der Istwert Wi qualitativ
dem Sollwert Ws.
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In
bestimmten, nicht dem Normalfall entsprechenden Fällen kann
es jedoch nach Erteilung der Verstellfreigabe im Block 68 zu
Verstellproblemen kommen, entweder, wenn die Nockenwelle 22 bis
zur Verstellfreigabe im Block 68 verriegelt ist und die
Verstellfreigabe im Block 68 zu früh erteilt wird, oder wenn die
Nockenwelle 22 bis zur Verstellfreigabe im Block 68 nicht
verriegelt ist und unzulässig
schwingt, und die Verstellfreigabe im Block 68 nach Ablauf
der maximalen Verzögerungszeit
T (Block 66) erzwungen wird.
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Bei
derartigen Verstellproblemen kann die Nockenwelle 22, beispielsweise
bei zu geringem Hydraulikdruck, hoher Öltemperatur mit entsprechend geringer
Hydraulikviskosität
und innerer Hydraulikleckage schwingen. Die genannten Faktoren reduzieren
die Stellenergie im Nockenwellensteller 28. Des weiteren
ist der Lageregler nicht in der Lage, die Differenz zwischen Istwert
Wi und Sollwert Ws auszuregeln.
Um diesen Sonderfall abzudecken, wird die Nockenwelle 22 auch
nach der Verstellfreigabe 68 in einem Block 70 weiterhin
daraufhin überwacht,
ob ein unzulässiger
Schwingungszustand vorliegt. Auch hier wird wieder zu jedem Abtastzeitpunkt
der Istwinkel Wi der Nockenwelle erfasst
und/oder dessen Frequenz F und/oder dessen Amplitude A berechnet
und ausgewertet durch Vergleiche mit den Grenzwerten G1 und
G2.
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Zusätzlich kann
für die
Regeldifferenz DR des Lagereglers, also
die Differenz zwischen Sollwert Ws und Istwert
Wi, eine Limesbetrachtung durchgeführt werden,
um eine Entscheidung zu treffen, ob der Istwert Wi der
Stellung der Nockenwelle 22 unzulässig schwingt. Dabei wird ausgewertet, ob
der Limes von der Regeldifferenz DR innerhalb
eines Beobachtungszeitraums in dem sich der Sollwert nicht ändert, gegen
einen Grenzwert G4 läuft. Üblicherweise wird der Grenzwert
G4 näherungsweise
zu Null gewählt. Bei
einer nicht oder in einem zulässigen
Bereich schwingenden Nockenwelle 22 müsste nach einer Änderung
des Sollwerts Ws, welche den Begin eines Beobachtungszeitraums
markiert, der Lageregler dafür
sorgen, dass die Regeldifferenz DR bis zu
einer erneuten Änderung
des Sollwerts Ws, welche das Ende eines
Beobachtungszeitraums markiert, stetig kleiner wird und schließlich gegen
den Grenzwert G4 läuft. Falls
am Ende eines Beobachtungszeitraums, die Regeldifferenz DR nicht gegen den Grenzwert G4 läuft, dann
ist dies ein Indiz für
einen unzulässigen Schwingungszustand
der Nockenwelle 22.
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Die
Auswertung der Differenz DF zwischen Istwert
Wi und gefiltertem Istwert WiF durch
Vergleich mit einem Grenzwert G5 kann ein
weiteres Kriterium sein, um eine Entscheidung zu treffen, ob der
tatsächliche
Istwert Wi der Stellung der Nockenwelle unzulässig schwingt.
Dieses gilt insbesondere dann, wenn die Nockenwelle erst nach der
Verstellfreigabe zu schwingen beginnt. Bei einer solchen Betrachtung wird
vereinfacht angenommen, dass der gefilterte Istwert, einem idealen
Istwert entspricht. Die Differenz DF zwischen
einem solchen idealen Istwert und dem tatsächlichen Istwert ist ein Maß für die Schwingung.
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Für den Fall,
dass im Block 70 auf einen unzulässigen Schwingungszustand der
Nockenwelle 22 erkannt wird, wird der Istwert Wi der Stellung der Nockenwelle 22 gefiltert.
Hierzu wird in einem Block 72 in Form eines Unterprogramms
zunächst
eine Filterzeitkonstante TF ermittelt. Dies
wird im Detail nachfolgend noch unter Bezugnahme auf 4 erläutert werden.
Dann wird im gleichen Block 72 mit der berechneten Filterzeitkonstante
TF ein gefilterter Istwert WiF der
Stellung der Nockenwelle 22 berechnet. Weiter erfolgt in
einem Block 74 eine Umschaltung in dem Sinne, dass nun
für die
Berechnung der Luftfüllung
im Brennraum 14 und des Zündwinkels der gefilterte Istwert
WiF der Stellung der Nockenwelle 22 verwendet
wird. Danach erfolgt eine Rücksprung
vor den Block 70. Wird im Block 70 dagegen auf
eine nicht oder im zulässigen
Bereich schwingende Nockenwelle 22 erkannt, erfolgt in
Block 76 eine Umschaltung dahingehend, dass für die Berechnung
der Luftfüllung
im Brennraum 14 und des Zündwinkels der tatsächliche,
ungefilterte Istwert Wi der Stellung der
Nockenwelle 22 verwendet wird. Das Verfahren endet in Block 78.
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Aus 4 gehen
einzelne Verfahrensschritte des in 3 gezeigten
Verfahrens und deren Zusammenhänge
noch deutlicher hervor: Ein zentraler Entscheidungsblock ist der
Block 80: In ihm sind die Funktionen der Verfahrensblöcke 60 bis 70 von 3 ganz
oder teilweise zusammengefasst. Ihm wird zum einen die eigentliche
Freigabe der Verstellung der Nockenwelle in Form eines Bits B_release, der
Wert WVP für die Verriegelungsposition,
der Sollwert Ws für die Stellung der Nockenwelle 22,
der vom Sensor 32 erfasste Istwert Wi der
Stellung der Nockenwelle 22, und schließlich auch der gefilterte Istwert
WiF für
die Stellung der Nockenwelle 22 zugeführt.
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Sobald
beim Motorstart ein Bit B_start gesetzt wird, wird nach Ablauf der
Verzögerungszeit
TV1 der Ausgang eines Verzögerungsgliedes 82 gesetzt und
an ein Verzögerungsglied 100 weitergeleitet, was
dazu führt,
dass während
der Verzögerungszeit TV1 ein Schalter 84 das Ergebnis
eines Schalters 98, einen Festwert WVP der
Verriegelungsposition oder das Ergebnis der Schalterstellung 96,
an die Berechnung der Luftfüllung
und des Zündwinkels
in einem Block 86 weiterleitet. In dem zentralen Entscheidungsblock 80 wird
auch geprüft,
ob ein unzulässiger Schwingungszustand
der Nockenwelle 22 vorliegt, und gegebenenfalls wird innerhalb
dieses Blocks der zweite Zeitraum TVZ (der
größer als
Null ist) berechnet und an das Verzögerungsglied 100 ausgegeben. Ein
unzulässiger
Schwingungszustand wird durch das gesetzte Bit B_jitter angezeigt.
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Solange
der zweite Zeitraum TVZ noch nicht abgelaufen
ist, ist das Verzögerungsglied 100 zurückgesetzt,
wodurch der Schalter 84 noch über die Verzögerungszeit
TV1 hinaus in jener Schalterstellung belassen
wird, in der entweder der Festwert WVP oder das
Ergebnis der Schalterstellung 96 (im Falle eines unzulässigen Schwingungszustandes
ist das der gefilterte Istwert) an den Block 86 weitergeleitet
wird, entsprechend Block 63 oder 64 in 3.
Der Schalter 84 wird durch ein ODER-Glied 106 nur
für eine maximale
zeit T in jener Schalterstellung belassen und damit auf die neue
Schalterstellung (das Ergebnis der Schalterstellung 96)
umgestellt, wenn das Ergebnis des Vergleichs in einem Block 104 eine
wahre Aussage liefert.
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In
Block 104 wird verglichen, ob die Addition der beiden Zeiträume TV1 und TVZ in Block 102 größer oder
gleich einer maximalen Zeit T ist. Falls die Zeiträume TV1 und/oder TVZ Null
sind, dann wird sofort nach Setzen des Bits B_release der Schalter 84 auf die
neue Schalterstellung (das Ergebnis der Schalterstellung 96)
umgeschaltet. Andernfalls wird aufgrund eines UND-Gliedes 108 die
Umschaltung auf die neue Schalterstellung so lange verzögert, bis
das Ergebnis des Vergleichs in Block 104 eine wahre Aussage
liefert.
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Aus 4 erkennt
man, dass der gefilterte Istwert WiF für die Stellung
der Nockenwelle 22 durch einen Filter 88 bewirkt
wird, dem der Istwert Wi für die Stellung
der Nockenwelle 22 zugeführt wird und der mit einer
variablen Filterzeitkonstanten TF adressiert wird.
Letztere wird durch Multiplikation in 90 eines Anteils
IF mit einem Anteil Td berechnet.
Der Anteil Td wird in einem Funktionsblock 92 erzeugt,
in den die vom Sensor 25 erfasste Drehzahl nmot der Kurbelwelle 24 der
Verbrennungskraftmaschine 10 eingespeist wird. Durch den
Anteil Td wird das Grundrauschen in einem
Antriebsstrang der Verbrennungskraftmaschine 10 beschrieben.
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Der
Anteil IF wiederum wird in einem Berechnungsblock 94 erzeugt,
in den der ungefilterte Istwert Wi und der
gefilterte Istwert WiF der Nockenwellenstellung
sowie aus dem Entscheidungsblock 80 ein Bit B_jitter für eine Signalisierung
eines unzulässigen Schwingungszustandes
der Nockenwelle 22 eingespeist wird. Im Block 94 wird
zu jedem Abtastzeitpunkt der Istwinkel Wi der
Nockenwelle 22 erfasst und dessen Frequenz F und/oder dessen
Amplitude A berechnet und abhängig
hiervon wiederum der Faktor IF bestimmt.
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Der
Faktor IF wird bei Bedarf über die
Rückkopplung
des gefilterten Istwerts WiF nachträglich hin zu
größeren beziehungsweise
kleineren Werten korrigiert. Die Filterzeitkonstante TF ist
dabei umso größer, je
stärker
der tatsächliche
Istwert Wi der Stellung der Nockenwelle 22 schwingt.
Falls im Entscheidungsblock 80 das Bit B_jitter nicht gesetzt
ist oder zurückgesetzt
wird, weil kein oder ein zulässiger Schwingungszustand
der Nockenwelle 22 vorliegt, dann ist oder wird der Block 94 deaktiviert
und der Faktor IF entspricht dem Wert Eins.
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Wird
im zentralen Entscheidungsblock 80 festgestellt, dass keine
oder nur geringe Schwingungen der Nockenwelle 22 vorliegen,
wird durch eine entsprechende Ansteuerung eines Schalters 96 (zurückgesetztes
Bit B_jitter) der ungefilterte Istwert Wi der
Stellung der Nockenwelle 22 zum Schalter 84 und 98 weitergeleitet.
Andernfalls wird der Schalter 96 so angesteuert (gesetztes
Bit B_jitter), dass der gefilterte Istwert WiF weitergeleitet
wird.