DE102005059575B4

DE102005059575B4 - Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102005059575B4
Application number: DE102005059575.8A
Authority: DE
Inventors: Werner Mezger; Matthias Entenmann; Georg Geywitz; Dragan Mikulec
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Audi AG
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Audi AG
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2025-12-15
Also published as: US20090120402A1; WO2007068543A1; DE102005059575A1; US8061190B2

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10), bei dem eine Nockenwelle (22) verstellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Schwingungszustand der Nockenwelle (22) während des Betriebs der Brennkraftmaschine (10) erfasst (60, 70, 80) wird und dass dann, wenn der aktuelle Schwingungszustand ein unzulässiger Schwingungszustand ist, eine Freigabe der Nockenwellenverstellung blockiert oder mindestens verzögert wird, und/oder ein Istwert (Wi) der Nockenwellenstellung vor seiner Verwendung gefiltert (84, 96, 98) oder ein Festwert (WVP) verwendet wird (63a, 64a, 63b, 64b, 74, 86).

Description

Stand der Technik
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.
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.
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 IstWinkel 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.
Die DE 103 47 516 B3 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Phasenlage einer Nockenwelle. Um die Regelungsgüte zu verbessern, wird die Phasenlage gefiltert. Die DE 699 02 659 T2 beschäftigt sich ebenfalls ganz allgemein mit der Verstellung einer Nockenwelle. Die EP 1 279 799 A2 beschreibt ein Verfahren zum Verringern von Resonanzen eines Nockenwellenantriebs. Die Resonanzfrequenzen werden vorab ermittelt. Im Betrieb wird eine Nockenwellenverstellung bei den vorab ermittelten Resonanzfrequenzen blockiert. Die DE 10 2004 025 151 A1 und die DE 603 00 522 T2 beschäftigen sich ebenfalls ganz allgemein mit einer variablen Nockenwellenverstellung.
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.
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.
Vorteile der Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
Erfindungsgemäß ist 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.
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.
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.
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.
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.
Figurenliste
Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine;
2 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum hydraulischen Verstellen einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine von 1;
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Verstelleinrichtung von 2;
3' ein Flussdiagramm eines Unterverfahrens des Verfahrens von 3; und
4 ein Flussdiagramm, welches Bereiche des Verfahrens der 3 stärker detailliert zeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 W_VP für die Relativstellung der Nockenwelle 22 zur Kurbelwelle 24, welcher der Verriegelungsposition entspricht (Block 57) oder mit dem tatsächlichem Istwert W_i der Nockenwelle (Block 56) erfolgt.
In einem Block 58 wird überprüft ob ein erster Zeitraum T_V1 abgelaufen ist, und falls diese noch nicht abgelaufen ist, eine Freigabe einer Verstellung der Nockenwelle 22 um diesen ersten Zeitraum T_V1 verzögert. Der Zeitraum T_V1 wird daher auch als Verzögerungszeit bezeichnet. Sie ist fest vorgegeben und beginnt mit dem Starten der Verbrennungskraftmaschine 10 im Block 52 zu laufen.
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.
Für die Bewertung und Erkennung der Schwingungen der Nockenwelle 22 wird zu jedem Abtastzeitpunkt der Istwinkel W_i 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 D_A zwischen dem Istwinkel W_i und der Verriegelungsposition W_VP 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 T_VZ (zusätzliche Verzögerungszeit) abgelaufen ist oder in Block 66 eine maximale Verzögerungszeit T erreicht oder überschritten wurde.
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 W_VP (Block 64a) oder mit dem gefilterten Istwert W_iF der Nockenwelle 22 (Block 63a) efolgt. Der gefilterte Istwert W_iF 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 T_F und anschließend in einem Block 62c der gefilterte Istwert W_iF berechnet. Der Rücksprung ins Hauptprogramm erfolgt in einem Block 62d.
In einem nun folgenden Block 65 wird der zweite Zeitraum T_VZ berechnet, der sich an den ersten Zeitraum T_V1 anschließt. Dieser Zeitraum T_VZ 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.
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 T_VZ 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 W_iF oder in 64b der Festwert W_VP 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 W_i oder in 57b der Festwert W_VP ausgegeben. Gleiches gilt auch, wenn die zusätzliche Verzögerungszeit Tvz abgelaufen ist. Danach schließt sich Block 68 an.
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 W_s 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 W_i der Stellung der Nockenwelle 22 im dynamischen Fall stets dem vorgegebenen Sollwert W_s folgt. Im stationären Fall entspricht der Istwert W_i qualitativ dem Sollwert W_s.
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.
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 W_i und Sollwert W_s 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 W_i der Nockenwelle erfasst und/oder dessen Frequenz F und/oder dessen Amplitude A berechnet und ausgewertet durch Vergleiche mit den Grenzwerten G₁ und G₂.
Zusätzlich kann für die Regeldifferenz D_R des Lagereglers, also die Differenz zwischen Sollwert W_s und Istwert W_i, eine Limesbetrachtung durchgeführt werden, um eine Entscheidung zu treffen, ob der Istwert W_i der Stellung der Nockenwelle 22 unzulässig schwingt. Dabei wird ausgewertet, ob der Limes von der Regeldifferenz D_R 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 W_s, welche den Begin eines Beobachtungszeitraums markiert, der Lageregler dafür sorgen, dass die Regeldifferenz D_R bis zu einer erneuten Änderung des Sollwerts W_s, welche das Ende eines Beobachtungszeitraums markiert, stetig kleiner wird und schließlich gegen den Grenzwert G4 läuft. Falls am Ende eines Beobachtungszeitraums, die Regeldifferenz D_R nicht gegen den Grenzwert G4 läuft, dann ist dies ein Indiz für einen unzulässigen Schwingungszustand der Nockenwelle 22.
Die Auswertung der Differenz D_F zwischen Istwert W_i und gefiltertem Istwert W_iF durch Vergleich mit einem Grenzwert G₅ kann ein weiteres Kriterium sein, um eine Entscheidung zu treffen, ob der tatsächliche Istwert W_i 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 D_F zwischen einem solchen idealen Istwert und dem tatsächlichen Istwert ist ein Maß für die Schwingung.
Für den Fall, dass im Block 70 auf einen unzulässigen Schwingungszustand der Nockenwelle 22 erkannt wird, wird der Istwert W_i der Stellung der Nockenwelle 22 gefiltert. Hierzu wird in einem Block 72 in Form eines Unterprogramms zunächst eine Filterzeitkonstante T_F ermittelt. Dies wird im Detail nachfolgend noch unter Bezugnahme auf 4 erläutert werden. Dann wird im gleichen Block 72 mit der berechneten Filterzeitkonstante T_F ein gefilterter Istwert W_iF 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 W_iF 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 W_i der Stellung der Nockenwelle 22 verwendet wird. Das Verfahren endet in Block 78.
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 W_VP für die Verriegelungsposition, der Sollwert W_s für die Stellung der Nockenwelle 22, der vom Sensor 32 erfasste Istwert W_i der Stellung der Nockenwelle 22, und schließlich auch der gefilterte Istwert W_iF für die Stellung der Nockenwelle 22 zugeführt.
Sobald beim Motorstart ein Bit B_start gesetzt wird, wird nach Ablauf der Verzögerungszeit T_V1 der Ausgang eines Verzögerungsgliedes 82 gesetzt und an ein Verzögerungsglied 100 weitergeleitet, was dazu führt, dass während der Verzögerungszeit T_V1 ein Schalter 84 das Ergebnis eines Schalters 98, einen Festwert W_VP 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 T_VZ (der größer als Null ist) berechnet und an das Verzögerungsglied 100 ausgegeben. Ein unzulässiger Schwingungszustand wird durch das gesetzte Bit B_jitter angezeigt.
Solange der zweite Zeitraum T_VZ noch nicht abgelaufen ist, ist das Verzögerungsglied 100 zurückgesetzt, wodurch der Schalter 84 noch über die Verzögerungszeit T_V1 hinaus in jener Schalterstellung belassen wird, in der entweder der Festwert W_VP 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.
In Block 104 wird verglichen, ob die Addition der beiden Zeiträume T_V1 und T_VZ in Block 102 größer oder gleich einer maximalen Zeit T ist. Falls die Zeiträume T_V1 und/oder T_VZ 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.
Aus 4 erkennt man, dass der gefilterte Istwert W_iF für die Stellung der Nockenwelle 22 durch einen Filter 88 bewirkt wird, dem der Istwert W_i für die Stellung der Nockenwelle 22 zugeführt wird und der mit einer variablen Filterzeitkonstanten T_F adressiert wird. Letztere wird durch Multiplikation in 90 eines Anteils I_F mit einem Anteil T_d berechnet. Der Anteil T_d 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 T_d wird das Grundrauschen in einem Antriebsstrang der Verbrennungskraftmaschine 10 beschrieben.
Der Anteil I_F wiederum wird in einem Berechnungsblock 94 erzeugt, in den der ungefilterte Istwert W_i und der gefilterte Istwert W_iF der Nockenwellenstellung sowie aus dem Entscheidungsblock 80 ein Bit BJitter für eine Signalisierung eines unzulässigen Schwingungszustandes der Nockenwelle 22 eingespeist wird. Im Block 94 wird zu jedem Abtastzeitpunkt der Istwinkel W_i der Nockenwelle 22 erfasst und dessen Frequenz F und/oder dessen Amplitude A berechnet und abhängig hiervon wiederum der Faktor I_F bestimmt.
Der Faktor I_F wird bei Bedarf über die Rückkopplung des gefilterten Istwerts W_iF nachträglich hin zu größeren beziehungsweise kleineren Werten korrigiert. Die Filterzeitkonstante T_F ist dabei umso größer, je stärker der tatsächliche Istwert W_i der Stellung der Nockenwelle 22 schwingt. Falls im Entscheidungsblock 80 das Bit BJitter 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 I_F entspricht dem Wert Eins.
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 W_i der Stellung der Nockenwelle 22 zum Schalter 84 und 98 weitergeleitet. Andernfalls wird der Schalter 96 so angesteuert (gesetztes Bit BJitter), dass der gefilterte Istwert W_iF weitergeleitet wird.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10), bei dem eine Nockenwelle (22) verstellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Schwingungszustand der Nockenwelle (22) während des Betriebs der Brennkraftmaschine (10) erfasst (60, 70, 80) wird und dass dann, wenn der aktuelle Schwingungszustand ein unzulässiger Schwingungszustand ist, eine Freigabe der Nockenwellenverstellung blockiert oder mindestens verzögert wird, und/oder ein Istwert (W_i) der Nockenwellenstellung vor seiner Verwendung gefiltert (84, 96, 98) oder ein Festwert (W_VP) verwendet wird (63a, 64a, 63b, 64b, 74, 86).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filterzeitkonstante (T_F) von einer Drehzahl (nmot) einer Kurbelwelle (25) der Verbrennungskraftmaschine (10) abhängt (92).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filterzeitkonstante (T_F) von einer Schwingungsfrequenz (F) und/oder einer Schwingungsamplitude (A) des ungefilterten Istwerts (W_i) der Nockenwellenstellung abhängt (94).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filterzeitkonstante (T_F) von einem gefilterten Istwert (W_iF) der Nockenwellenstellung abhängt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Schwingungszustand wieder ein zulässiger Schwingungszustand ist (60, 70, 80), ein ungefilterter Istwert (W_i) verwendet wird (76, 86).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines ersten Zeitraums (T_V1, 58, 82) nach dem Starten (B_Start, 52) der Verbrennungskraftmaschine (10) eine Freigabe der Nockenwellenverstellung (B_release) bis zum Ende des ersten Zeitraums (T_V1, 58, 82) nicht erteilt wird (84).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Schwingungszustand ein unzulässiger Schwingungszustand (60) ist, längstens bis zum Ende eines zweiten Zeitraums (T_VZ, 67, 100) nach dem ersten Zeitraum (T_V1) eine Freigabe der Nockenwellenverstellung (B_release) nicht erteilt wird (84).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des ersten Zeitraums (T_V1) oder des zweiten Zeitraums (T_VZ) dann, wenn der Schwingungszustand ein unzulässiger Schwingungszustand ist (60), ein gefilterter Istwert (W_iF) oder ein Festwert (W_VP) verwendet wird (63a, 64a, 63b, 64b, 96, 98), und dann, wenn der Schwingungszustand ein zulässiger Schwingungszustand ist (60), ein ungefilterter Istwert (W_i) oder ein Festwert (W_VP) verwendet wird (56b, 57b, 96, 98).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabe erzwungen wird (66), wenn eine maximale Zeit (T) seit dem Start der Verbrennungskraftmaschine (10) abgelaufen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erkennung eines unzulässigen Schwingungszustands eine Schwingungsfrequenz (F) und/oder eine Schwingungsamplitude (A) des ungefilterten Istwerts (W_i) der Nockenwellenstellung und/oder eine Regeldifferenz (D_R) eines Lagereglers der Nockenwelle (22) und/oder eine Differenz (D_F) zwischen gefiltertem Istwinkel (W_iF) und ungefiltertem Istwinkel (W_i) ausgewertet wird (60, 70, 80).
Computerprogramm, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche programmiert ist.
Elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (30) einer Verbrennungskraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass auf ihm ein Computerprogramm zur Anwendung in einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 10 abgespeichert ist.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (30) für eine Verbrennungskraftmaschine (10), dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 programmiert ist.