DE102006001929B4

DE102006001929B4 - Verfahren zum Diagnostizieren einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE102006001929B4
Application number: DE200610001929
Authority: DE
Inventors: Rolf Karcher
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2006-01-14
Filing date: 2006-01-14
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2026-01-15
Also published as: DE102006001929A1

Abstract

Verfahren zur Nockenwellendiagnose in einem System von mindestens zwei Nockenwellen (21a, 21b, 22a, 22b), die von einer Kurbelwelle (11) einer Verbrennungskraftmaschine über ein Triebmittel (12) angetrieben werden, wobei ein Versatz jeder Nockenwelle (21a, 21b, 22a, 22b) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens zwei der Nockenwellen jeweils ein Nockenwellenpositionswert erfasst und zur Bestimmung des Versatzes aus den Nockenwellenpositionswerten der wenigstens zwei Nockenwellen ein Mittelwert gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Diagnostizieren einer Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Erfüllung von Anforderungen an Emissionen von Kraftfahrzeugen ist die genaue Kenntnis der Nockenwellenposition notwendig. Üblicherweise werden Nockenwellen über mehrere Übertragungselemente, z. B. Zahnräder, Ketten, Riemen, von der Kurbelwelle angetrieben. Dabei kann es durch Überspringen der Kette von einem oder mehreren Zähnen des Zahnrads zu einem Versatz der Nockenwelle um einen Winkel über einen oder mehrere Zähne kommen. Es muss daher der Versatz der Nockenwelle um den kritischsten Zahn bzw. des sich daraus ergebenden Winkels im Kettentrieb der Nockenwelle bekannt sein. Die Toleranzen im gesamten Antriebssystem der Nockenwelle sind jedoch größer als der Versatz der Nockenwelle um einen Zahn.
Aus der DE 102 33 815 C1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Überwachung des Verschleißes eines Steuertrieb-Zugmittels bekannt. Bei diesem werden zu einem ersten Zeitpunkt für jede verstellbare Nockenwelle in einer definierten Grundposition erfasste Gesamtverdrehwinkel jeweils als Referenzverdrehwinkel abgespeichert. Zu einem späteren Zeitpunkt werden die aktuellen Gesamtverdrehwinkel in der definierten Grundposition erneut erfasst und die Differenzverdrehwinkel der aktuellen Gesamtverdrehwinkel zu den Referenzverdrehwinkeln gebildet. Nachfolgend werden die Verhältnisse der einzelnen Differenzdrehwinkel zur jeweiligen Länge eines Zugmittel-Zugtrums zwischen der Kurbelwelle und einer dem jeweiligen Differenzverdrehwinkel zugeordneten Nockenwelle gebildet und miteinander verglichen. Der Grad der Längung des Zugmittels wird ausgewertet, wenn die Verhältnisse zumindest nahezu gleich sind. Ferner sind aus dem Stand der Technik die DE 195 03 457 C1 und die US 5,548,995 A bekannt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine genauere Erkennung eines Versatzes einer Nockenwelle bzw. Versätze innerhalb der Übertragungselemente möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht neben den gattungsgemäßen Merkmalen vor, dass wenigstens zwei Positionen im Antrieb erfasst werden und zur Bestimmung des Versatzes ein Mittelwert der Messwerte gebildet wird. Im Antrieb befinden sich mindestens zwei Positionserfassungssensoren. Insbesondere wird jeweils eine Position jeder Nockenwelle von mindestens zwei Nockenwellen erfasst. Über die Mittelwertbildung aller Nockenwellenpositionswerte lässt sich eine toleranzreduzierte, schärfere Diagnose durchführen. Vorzugsweise wird der Mittelwert aus Soll-Ist-Abweichungen der Nockenwellenpositionierung bestimmt. Eine einzelne Nockenwelle mit dem größten Winkelversatz pro Zahn kann somit mit unschärferen Grenzwerten betrieben werden. Es kann erkannt werden, ob eine einzelne Nockenwelle falsch positioniert ist oder ob eine Fehlpositionierung im Antrieb Zwischenwelle-Kurbelwelle vorliegt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
In einem günstigen Verfahrensschritt wird ein Fehlerzustand erkannt, wenn die aktuelle Position einer der Nockenwellen eine Abweichung von einem Sollwert zeigt, die größer ist als die zulässige Abweichung, wobei der Mittelwert sich innerhalb einer zulässigen Abweichung befindet. Dabei können die minimalen und maximalen Grenzen größer, d. h. unschärfer gewählt werden als im Stand der Technik, da anschließend das Verfahren der Mittelwertbildung greift.
In einem weiteren günstigen Verfahrensschritt wird vorzugsweise ein Mittelwert aus Soll-Ist-Abweichungen der Position aller Nockenwellen gebildet.
Bevorzugt wird die Stellung der Nockenwellen in Bezug auf die Kurbelwelle bestimmt.
In einem weiteren günstigen Verfahrensschritt wird die Position einer Flanke eines Geberrads jeder Nockenwelle in einer Referenzposition erfasst.
In einem weiteren günstigen Verfahrensschritt werden beim Einsatz von mehr als einem Motorsteuergerät zum Ansteuern der Verbrennungskraftmaschine die Soll-Ist-Abweichungen der Nockenwellen zwischen den Motorsteuergeräten kommuniziert.
In einem weiteren günstigen Verfahrensschritt wird bei wenigstens zwei Nockenwellenbänken mit je wenigstens zwei Nockenwellen ein Fehler bei der einen Nockenwellenbank erkannt, wenn der Mittelwert dieser Nockenwellenbank deutlich vom Mittelwert aller Nockenwellen abweicht und die Werte der beiden Nockenwellenbänke deutlich verschieden sind.
In einem weiteren günstigen Verfahrensschritt werden untere und/oder obere Grenzen für eine zulässige Abweichung vom Mittelwert für jede einzelne Nockenwelle angepasst. Bevorzugt werden die unteren und/oder oberen Grenzen alterungsabhängig angepasst.
Weitere Ausbildungsformen und Aspekte der Erfindung werden unabhängig von einer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der Allgemeinheit im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur schematisch ein Nockenwellensystem mit zwei Nockenwellenbänken mit je einer Einlass- und einer Auslassnockenwelle.
Die Figur zeigt ein Nockenwellensystem 10 mit zwei Nockenwellenbänken 19, 20 mit je zwei die Einlass- und Auslassventile der nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine betätigenden Nockenwellen 21a, 21b bzw. 22a, 22b Jede Nockenwellenbank 19 bzw. 20 umfasst neben den Nockenwellen 21a, 21b; 22a, 22b eine jeweils zugeordnete Zwischenwelle 17 bzw. 18 sowie zugeordnete Antriebsketten 13, 14. Eine Kurbelwelle 11 treibt mit einer Antriebskette 12 die Zwischenwellen 17, 18 an, die über die Ketten 13, 14 die Nockenwellen 21a, 21b bzw. 22a, 22b antreiben. Die Nockenwellen 21a, 21b bzw. 22a, 22b können in üblicher Weise über eine Stelleinrichtung 15a, 15b (für die Nockenwellen 21a, 21b) und 16a, 16b (für die Nockenwellen 22a, 22b) in ihrer Phasenlage gegeneinander bzw. gegenüber der Kurbelwelle 11 verstellt werden. Die Nockenwellen 21a, 21b bzw. 22a, 22b drehen vorzugsweise mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle 11.
Den Nockenwellen 21a, 21b bzw. 22a, 22b sind Sensoren 23, 25 bzw. 24, 26 und der Kurbelwelle 11 ein Sensor 27 zugeordnet, welche deren Position erfassen. Dazu sind üblicherweise an jeder Welle nicht dargestellte Geberräder angebracht, die jeweils die Winkelstellung den Sensoren 23–27 übermitteln können, z. B. über Flanken der Geberräder, typischerweise über vier Flanken. Generell kann jeder positionsermittelnde Sensor im Antrieb verwendet werden, z. B. ein üblicher Sensor einer Kraftstoffpumpe und dergleichen.
Es wird ein Mittelwert aus einer Soll-Ist-Abweichung der Position der Nockenwellen 21a, 21b, 22a, 22b gebildet, wobei die Stellung der Nockenwellen 21a, 21b, 22a, 22b in Bezug auf die Kurbelwelle 11 bestimmt wird. Dazu wird die Position der Flanke eines Geberrads jeder Nockenwelle 21a, 21b, 22a, 22b in einer Referenzposition erfasst (Adaptionswert). Ist die gemessene Abweichung von der Soll-Ist-Abweichung größer als eine obere oder kleiner als eine untere vorgegebene zulässige Abweichungsgrenze, kommt es zu einem Fehlereintrag im Motorsteuergerät 28. Durch die Zusammenfassung der Sensorwerte über die Mittelwertbildung können die Grenzwerte so scharf bedatet werden wie notwendig, um eine genaue Nockenwellendiagnostik zu erreichen.
Bei den beiden zwei Nockenwellenbänken 19, 20 wird ein Fehler bei der einen Nockenwellenbank 19 oder 20 erkannt, wenn der Mittelwert dieser Nockenwellenbank 19 oder 20 deutlich vom Mittelwert aller Nockenwellen 21a, 21b, 22a, 22b abweicht und die Werte der beiden Nockenwellenbänke 19 und 20 deutlich verschieden sind.
Bei Auftreten eines „Stellmotorspringers”, bei dem die Kette direkt an der Stelleinrichtung 15 oder 16 springt, werden die Soll-Ist-Abweichungswerte der einzelnen Nockenwellen 21a, 21b bzw. 22a, 22b auf Verletzung der Einzel-Nockenwellengrenzen überprüft. Eine Separierung der Grenzwerte für jede einzelne der Nockenwellen 21a, 21b, 22a, 22b ist zweckmäßig, da aufgrund möglicher mechanischer Unterschiede, z. B. in der Kettenlänge, verschiedene Werde ergeben (WNWSPMNx, WMWSPMXx).
Bei Auftreten eines „Zwischenwellenspringers”, bei dem die Kette an der Zwischenwelle 17 bzw. 18 springt, die alle Nockenwellen 21a, 21b bzw. 22a, 22b einer Nockenwellenbank 19 bzw. 20 antreibt, werden die Mittelwerte der Abweichungswerte der einzelnen Nockenwellenbänke 19 bzw. 20 auf Verletzung der Bank-Mittelwert-Grenzen überprüft (WNWSPMNB, WMWSPMXB). Sind zwei oder mehr Motorsteuergeräte 28 vorgesehen, ist eine Übermittelung des Mittelwerts der Nockenwellen-Positionsabweichung zur Gesamt-Mittelwertbildung notwendig. Die Gesamt-Mittelwertbildung sollte auf beiden, bzw. allen Motorsteuergeräten 28 laufen. Bei Bedarf kann die Mittelwertbildung auch auf nur einem Motorsteuergerät 28 erfolgen.
Bei Auftreten eines „Kurbelwellenspringers”, bei dem die Kette 12 an der Kurbelwelle 11 springt, die alle Nockenwellen 21a, 21b, 22a, 22b antreibt, wird der Mittelwert aller Abweichungswerte auf Verletzung der Gesamt-Mittelwert-Grenzen überprüft (WNWSPMNG, WMWSPMXG).
Als Berechnungsbeispiel ergibt sich
Die Größen wnwspx, wnwsp2x, wnwspmb, wnwspm, wnwspmbc sind Abweichungsgrenzen der Soll-Ist-Abweichung. Ist die Soll-Ist-Abweichung größer als die Abweichungsgrenze, kommt es zu einem Fehlereintrag. x steht für die Nummerierung der Nockenwellen 21a, 21b, 22a, 22b (x = 1, 2, 3 ...). wnwspx ist der Adaptionswert der Nockenwelle x. Der Adaptionswert bezeichnet die Abweichung Soll-Ist. WNWSPMNx ist die minimale, WNWSPMXx die maximale Grenze des Adaptionswerts der Nockenwelle x, z. B. mit Werten –25 und +25.
wnwspmb ist der Mittelwert der Adaptionen alter Nockenwellen 21a, 21b, 22a, 22b in einem Teilantrieb, hier einer Nockenwellenbank 19 bzw. 20. WNWSPMNB ist die minimale, WNWSPMXB die maximale Grenze des Mittelwerts des Teilantriebs bzw. der Nockenwellenbank 19 bzw. 20, z. B. mit Werten –20, +20. Diese können somit schärfere Grenzen enthalten, da hier schon zwei Werte vorliegen, was genauer als ein einziger Wert ist.
wnwspg ist der Gesamt-Mittelwert aus allen Mittelwerten der Teilantriebe bzw. Nockenwellenbänken 19 bzw. 20. WNWSPMNG ist die minimale, WNWSPMXG die maximale Grenze dieses Gesamt-Mittelwerts, z. B. mit Werten –15, +15. Dieser stellt den schärfsten Wert dar, denn hier liegen vier Werte und somit die höchste Genauigkeit vor.
Bezugszeichenliste

10: Nockenwellensystem
11: Kurbelwelle
12: Kette
13: Kette
14: Kette
15a, 15b: Stelleinrichtung
16a, 16b: Stelleinrichtung
17: Zwischenwelle
18: Zwischenwelle
19: Nockenwellenbank
20: Nockenwellenbank
21a, 21b: Nockenwelle
22a, 22b: Nockenwelle
23: Sensor
24: Sensor
25: Sensor
26: Sensor
27: Sensor
28: Motorsteuergerät

Claims

Verfahren zur Nockenwellendiagnose in einem System von mindestens zwei Nockenwellen (21a, 21b, 22a, 22b), die von einer Kurbelwelle (11) einer Verbrennungskraftmaschine über ein Triebmittel (12) angetrieben werden, wobei ein Versatz jeder Nockenwelle (21a, 21b, 22a, 22b) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens zwei der Nockenwellen jeweils ein Nockenwellenpositionswert erfasst und zur Bestimmung des Versatzes aus den Nockenwellenpositionswerten der wenigstens zwei Nockenwellen ein Mittelwert gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerzustand erkannt wird, wenn die aktuelle Position einer der Nockenwellen (21a, 21b, 22a, 22b) eine Abweichung von einem Sollwert zeigt, die größer ist als eine zulässige Abweichung, wobei der Mittelwert sich innerhalb einer zulässigen Abweichung befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlerzustand erkannt wird, wenn die aktuelle Position einer der Nockenwellen (21a, 21b, 22a, 22b) eine Abweichung von einem Sollwert zeigt, die größer ist als eine zulässige Abweichung.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittelwert aus einer Soll-Ist-Abweichung der Position aller Nockenwellen (21a, 21b, 22a, 22b) gebildet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung der Nockenwellen (21a, 21b, 22a, 22b) in Bezug auf die Kurbelwelle (11) bestimmt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position einer Flanke eines Geberrads jeder Nockenwelle (21a, 21b, 22a, 22b) in einer Referenzposition erfasst wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von mehr als einem Motorsteuergerät (28) zum Ansteuern der Verbrennungskraftmaschine die Positionswerte der Nockenwellen (21a, 21b, 22a, 22b) zwischen den Motorsteuergeräten (28) kommuniziert werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens zwei Nockenwellenbänken (19, 20) mit je wenigstens zwei Nockenwellen (21a, 21b, 22a, 22b) ein Fehler bei der einen Nockenwellenbank (19, 20) erkannt wird, wenn der Mittelwert dieser Nockenwellenbank (19, 20) deutlich vom Mittelwert aller Nockenwellen (21a, 21b, 22a, 22b) abweicht und die Werte der beiden Nockenwellenbänke (19, 20) deutlich verschieden sind.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass untere und/oder obere Grenzen für eine zulässige Abweichung vom Mittelwert für jede einzelne Nockenwelle (21a, 21b, 22, 22b) angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren und/oder oberen Grenzen alterungsabhängig angepasst werden können.