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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zur Verringerung von Schaltfehlern mindestens einer elektrohydraulischen Schaltkomponente in einem Fluidkreislauf.
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Um eine elektrohydraulische Schaltkomponente in einem Fluidkreislauf, insbesondere Ölkreislauf eines Verbrennungsmotors, einwandfrei aus einer ersten Schaltstellung in mindestens eine zweite Schaltstellung zu bringen, wird ein Druckwechsel im Fluid durchgeführt und für die Dauer der zweiten Schaltstellung beibehalten. Ist beispielsweise der zweiten Schaltstellung ein höheres Druckniveau als der ersten Schaltstellung zugeordnet, so kann die elektrohydraulische Schaltkomponente ausgehend von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung dann einwandfrei umgeschaltet werden, wenn ein gegenüber dem niedrigeren Druckniveau ausreichend höherer und permanent für eine gewünschte Schaltzeit anliegender Fluiddruck im Fluidkreislauf anliegt. Umgekehrt wechselt die elektrohydraulische Schaltkomponente von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung zurück, wenn der Druck des Fluids in der Fluid-Versorgungsleitung der Schaltkomponente unter einen vorgegebenen Schwellwert abgesenkt wird. In der Praxis kann es vorkommen, dass das tatsächliche Schaltverhalten der elektrohydraulischen Schaltkomponente von einem gewünschten Umschaltprofil abweicht. Es kann also Schwierigkeiten bei der zeitlichen Ansteuerung der elektromagnetischen Schaltkomponente geben, um zu einem bestimmten Zeitpunkt oder innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls den jeweilig gewünschten Umschaltvorgang zu bewirken bzw. umzusetzen.
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Aus der
DE 101 19 366 A1 ist ein Hydrauliksystem für ein schaltbares Ventiltriebelement einer Brennkraftmaschine bekannt, dessen Konstruktion eine Beaufschlagung des Ventiltriebsystems mit weitestgehend luftblasenfreiem Hydraulikmittel ermöglicht. Dabei ist von einem zweiten Kanal zur Beaufschlagung eines hydraulischen Spielausgleichselements mit dem Hydraulikmittel eine als Drossel ausgebildete Verbindung unmittelbar an eine radial nach außen liegende Seite eines Koppelelements geschaffen. Das Koppelelement wird aus einem ersten Kanal mit Schaltdruck an Hydraulikmittel versagt. Dadurch wird der erste Kanal weitestgehend frei von unerwünschter Luft gehalten.
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Aus
DE 32 33 551 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung des Luftanteils in einem Hydrauliksystem bekannt. Dabei sind zwei Drosseln vorgesehen, die eine von derselben Hydraulikflüssigkeit durchströmte Reihenschaltung zwischen eine Hochdruckseite und einer Niederdruckseite des Hydrauliksystems bilden. Zur Erfassung des Gasanteils ist der Druckabfall an einer der Drosseln abgreifbar. Ein Ventil des Hydrauliksystems wird in Abhängikeit des Gasanteils gesteuert.
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Aus
DE 10 2004 061 264 A1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gasanteils in einer in einem Fahrzeug verwendeten Hydraulikflüssigkeit bekannt. Der elektrische Widerstandswert eines Sensorbereichs der Vorrichtung verändert sich dabei in Abhängigkeit des Gasanteils in der Hydraulikflüssigkeit, Aus dem erfassten Widerstandswert kann dadurch auf den Gasanteil der Hydraulikflüssigkeit geschlossen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie Schaltfehler beim Umschalten einer elektrohydraulischen Schaltkomponente weiter verbessert vermieden werden können, um zu einem definierten Zeitpunkt oder innerhalb eines definierten Zeitraums eine gewünschte Umschaltung bewirken bzw. umsetzen zu können. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Dadurch, dass der aktuelle Verschäumungsgrad für das Fluid im Fluidkreislauf ermittelt und in die Anpassung der Schaltcharakteristik der elektrohydraulischen, d. h. elektrisch steuerbaren, hydraulischen Schaltkomponente einbezogen wird, können in der Praxis einwandfreie Schaltvorgänge für die elektrohydraulische Schaltkomponente verbessert sichergestellt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt wird der Einfluss einer etwaig auftretenden Verschäumung des Fluids auf den Schaltvorgang der jeweiligen elektrohydraulischen Schaltkomponente bei der Einstellung von ein oder mehreren Stellkriterien bzw. Ansteuerparametern dieser elektrohydraulischen Schaltkomponente im Hinblick auf z. B. Auslösezeitpunkt und/oder Vollendungszeitpunkt deren jeweiligen Umschaltvorgangs berücksichtigt. Auf diese Weise lassen sich Schaltfehler beim Schaltvorgang dieser elektrohydraulischen Schaltkomponente in Bezug auf ein gewünschtes, definiertes Schaltverhalten verringern oder gar im Wesentlichen vermeiden. Trotz etwaig auftretender Verschäumung des Fluids im Fluidkreislauf lässt sich insbesondere durch eine die Verschäumung kompensierende Kalibrierung des Schaltverhaltens der elektrohydraulischen Schaltkomponente in kontrollierter Weise ein gewünschtes, definiertes Schaltverhalten bzw. Ansteuerverhalten der elektrohydraulischen Schaltkomponente im wesentlichen erreichen. Auf diese Weise wird die Schädigung von Bauteilen im Fluidkreislauf weitgehend vermieden. Denn die korrekte Kenntnis des realen Umschaltverhaltens der elektrohydraulischen Schaltkomponente ist durch den Einbezug und die Berücksichtigung des Verschäumungsgrads des Fluids verbessert gegeben. Bei einem Fahrzeug können etwaige, bisher auftretende Komforteinbußen wie z. B. durch Ruckeln, das aufgrund von Fehlschaltungen von ein oder mehreren konventionell angesteuerten elektrohydraulischen Schaltkomponenten im Ölkreislauf seines Verbrennungsmotors hervorgerufen werden kann, nun durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch im wesentlichen beseitigt werden, dass die Schaltcharakteristik der jeweiligen elektrohydraulischen Schaltkomponente an den aktuell ermittelten Verschäumungsgrad des Fluids angepasst wird. Denn es wird durch die Anpassung der Schaltcharakteristik der jeweiligen elektrohydraulischen Schaltkomponente an Änderungen des Verschäumungsgrads des Fluids das reale Schaltverhalten der Schaltkomponente im Fluidkreislauf besser beim Auslösen von Stellvorgängen der elektromechanischen Schaltkomponente berücksichtigt. Dadurch ist es möglich, die Einflüsse einer etwaigen Ab- oder Zunahme der Verschäumung des Fluids auf das Schaltverhalten der jeweiligen elektrohydraulischen Komponente weitgehend zu kompensieren.
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Insbesondere wird zweckmäßigerweise bei einer etwaigen Verschäumung des Fluids, d. h. Einbringung von Luftbläschen in das Fluid des Fluidkreislaufs, in Abhängigkeit vom Grad der Verschäumung mindestens ein Stellparamater bzw. mindestens ein Schaltkriterium der elektrohydraulischen Schaltkomponente derart angepasst, dass der Einfluss des Verschäumungsgrads auf den jeweiligen Schaltvorgang der Schaltkomponente berücksichtigt, vorzugsweise kompensiert wird. Es ist somit weitgehend sichergestellt, dass der jeweilige Schaltvorgang trotz etwaiger Verschäumung des Fluids und damit einhergehender Veränderung bzw. Abweichung eines gewünschten Druckaufbaus oder Druckabbaus des Fluids gegenüber Fluideigenschaften ohne Verschäumung in kontrollierter, d. h. definierter Weise zu einem bestimmten, gewünschten Zeitpunkt oder innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls bewirkt, d. h. vollendet bzw. durchgeführt werden kann. Es ist somit stets ein einwandfreier, d. h. kontrollierter Schaltvorgang für die elektrohydraulische Schaltkomponente ermöglicht.
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Wird der Verschäumungsgrad des Fluids im Fluidkreislauf z. B. größer, so wird die Schaltcharakteristik der jeweiligen Schaltkomponente nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise tendenziell derart eingestellt, dass wegen der damit einhergehenden größeren Kompressibilität des Fluids insbesondere eine größere Vorhaltezeit zwischen dem Startzeitpunkt eines Druckaufbaus bis zum Erreichen eines ausreichend hohen Auslösedrucks des Fluids zum Verstellen eines mechanischen Stell- bzw. Arretierelements in der elektrohydraulischen Schaltkomponente von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung, insbesondere entgegen der Federkraft eines Federelements, eingeplant wird. Wird umgekehrt der Verschäumungsgrad des Fluids im Fluidkreislauf geringer, so wird die Schaltcharakteristik der jeweiligen Schaltkomponente in vorteilhafter Weise tendenziell derart angepasst, dass wegen der geringer werdenden Kompressibilität des Fluids insbesondere eine geringere Vorhaltezeit zwischen dem Startzeitpunkt eines Druckaufbaus bis zum Erreichen eines ausreichend hohen Auslösedrucks des Fluids zum Verstellen eines mechanischen Stellelements in der elektrohydraulischen Schaltkomponente von dessen ersten Schaltstellung in dessen zweite Schaltstellung vorausschauend einkalkuliert wird.
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In analoger Weise wird beim Druckabbau der Verschäumungsgrad des Fluids einbezogen, d. h. wenn bei nachlassendem Druck des Fluids ab Unterschreiten eines bestimmten Schwellwerts das Arretierelement, insbesondere durch ein vorgespanntes Federelement, von seiner zweiten Schaltstellung in seine erste Schaltstellung zurückgedrückt wird. Es wird insbesondere eine umso längere Rückschaltzeit zum Zurückbewegen des Arretierelements von seiner zweiten in seine erste Schaltstellung einkalkuliert, je höher der Verschäumungsgrad und je größer damit die Kompressibilität des Fluids ist. Oder anders herum betrachtet wird zweckmäßigerweise eine umso geringere Rückschaltzeit zum Zurückbewegen des Arretierelements von seiner zweiten in seine erste Schaltstellung eingeplant, je geringer der Verschäumungsgrad und je geringer damit die Kompressibilität des Fluids ist.
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Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung beispielhaft einen Hydraulikölkreislauf eines Verbrennungsmotors, der für seine Zylinder Ventilhubumschaltungseinheiten umfasst, wobei die jeweilige Ventilhubumschaltungseinheit hinsichtlich ihrer Schaltcharakteristik in Abhängigkeit vom Verschäumungsgrad des Öls in diesem Hydraulikölkreislauf nach einer ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens eingestellt wird,
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2 in schematischer Darstellung ein vorteilhaftes Ablaufschema zur Einstellung bzw. Anpassung des Schaltverhaltens der jeweiligen elektrohydraulischen Ventilhubumschalteinheit von 1 unter Berücksichtigung des jeweils aktuell abgeschätzten Verschäumungsgrads des Hydrauliköls im Hydraulikölkreislauf des Verbrennungsmotors von 1, und
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3 in schematischer Darstellung einen beispielhaften Verlauf des Verschäumungsgrads des Hydrauliköls im Hydraulikkreislauf des Verbrennungsmotors von 1, der insbesondere durch Auswertung des Drehzahlverlaufs der Kurbelwelle dieses Verbrennungsmotors und des Geschwindigkeitsverlaufs eines Fahrzeugs mit diesem Verbrennungsmotor ermittelt wird.
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Elemente mit gleicher Funktions- und Wirkungsweise sind in den 1 mit 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt in schematischer Übersichtsdarstellung eine beispielhafte hydraulische Stellstrecke OC und eine beispielhafte elektrische Stellstrecke EC für eine elektrohydraulische Schaltkomponente CF1, die der Umschaltung einer Ventilhubumschaltungsvorrichtung SVO1 als beispielhafte Stellvorrichtung eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors CE dient. Die hydraulische Stellstrecke OC ist durch einen Fluidkreislauf, insbesondere Ölkreislauf, des Verbrennungsmotors CE gebildet. Sie umfasst unter anderem eine Ölwannenvorrichtung SU. Die Kurbelwelle CS des Verbrennungsmotors CE ist drehbar gelagert. Sie taucht teilweise oder ganz in das Öl OI der Ölwannenvorrichtung SU zur Schmierung ein. Ggf. taucht in das Öl OI der Ölwannenvorrichtung SU auch die Pleuelstange jedes Zylinders des Verbrennungsmotors CE während ihrer Rotationsbewegung zur Schmierung ein. Hier im Ausführungsbeispiel von 1 ist der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber stellvertretend für alle weiteren Zylinder wie z. B. CY2 mit CY4 bei einem Vierzylindermotor lediglich ein einzelner Zylinder CY1 des Verbrennungsmotors CE schematisch angedeutet. Im Inneren dieses Zylinders CY1 führt ein Kolben PI1 während der verschiedenen Taktzyklen des Verbrennungsmotors CE eine axiale Auf- und Abwärtsbewegung aus. Diese ist durch einen Doppelpfeil LI1 angedeutet. Der Aufwärts- und Abwärtshub des Kolbens PI1 wird dabei über eine Pleuelstange CR1 in eine Rotationsbewegung bzw. Drehbewegung der Kurbelwelle CS des Verbrennungsmotors CE umgesetzt. Die Rotationsbewegung der Kurbelwelle CS ist in der 1 durch einen Rotationspfeil DR symbolisiert.
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Selbstverständlich dient der Ölkreislauf auch der Ölversorgung weiterer Funktionskomponenten des Verbrennungsmotors CE, die hier der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden sind. Dies ist der 1 durch eingangsseitige und ausgangsseitige Abschnitte SL1, SL2 von Ölversorgungsleitungen an der Ölwannenvorrichtung SU angedeutet. Beispielsweise können mit dem Schmiermittel Öl OI über den Ölkreislauf Kraftstoffförderpumpen, Wasserpumpen, Turbolader, usw. versorgt werden.
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Zusätzlich zur Schmierfunktion des Öls im Ölkreislauf kann dieses nun in vorteilhafter Weise auch als Hydraulikflüssigkeit für die hydraulische Schaltung von ein oder mehreren elektrohydraulischen Schaltkomponenten bzw. Aktuatoren dienen. Der Ölkreislauf fungiert also gleichzeitig auch als Hydraulikkreislauf, um mindestens eine elektrohydraulische Schaltkomponente zwischen mindestens zwei Schaltzuständen zu schalten bzw. zu wechseln. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Ölkreislauf der hydraulischen Stellstrecke OC Versorgungsleitungen OP1, die an die elektrohydraulische Schaltkomponente CF1 zum Umschalten der Ventilhubumschaltvorrichtung SVO1 angeschlossen sind. Die Ventilhubumschaltvorrichtung SVO1 dient vorzugsweise der Umschaltung aller Einlassventile der Zylinder des Verbrennungsmotors CE zwischen einer niedrigeren Ventilerhebungskurve und einer höheren Ventilerhebungskurve. Hier im Ausführungsbeispiel von 1 ist lediglich für den Zylinder CY1 dessen Einlassventil schematisch angedeutet und mit EV1 bezeichnet. Es steht mit der Ventilhubumschaltvorrichtung SVO1 in Wirkverbindung, was durch einen Wirkpfeil WP1 angedeutet ist. Alle übrigen Zylinder sind entsprechend mit Einlassventilen versehen und sind ebenfalls mit der Ventilhubumschaltvorrichtung SVO1 gekoppelt.
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Die elektrohydraulische Schaltkomponente CF1 ist vorzugsweise durch einen sogenannten Schalttassenstößel gebildet. Dieser ist vorzugsweise eine Teilkomponente der Ventilhubumschaltvorrichtung SVO1. Er ist in der 1 schematisch sowie vergrößert dargestellt. An den Hydraulikteil dieses Schalttassenstößels ist die Versorgungsleitung OP1 angeschlossen, um das Öl OI als Hydraulikflüssigkeit dorthin zu fördern. Mit Hilfe eines Steuergeräts CO lässt sich über eine elektrische Steuerleitung SLI2 mittels Steuersignale SS2 mindestens ein Durchflusssteuermodul, insbesondere ein elektromagnetisches, d. h. elektrisch steuerbares, hydraulisches Durchflussventil, vorzugsweise Magnetregelventil MV als Teil der elektrischen Stellstrecke EC hinsichtlich seiner Durchflussrate in der Versorgungsleitung OP1 regulieren. Dadurch ist es möglich, in der Versorgungsleitung OP1 zwei unterschiedliche Öldruckniveaus für den Schalttassenstößel CF1 einzustellen. Die hydraulische Schaltkomponente wie z. B. CF1 und das zugeordnete Durchflusssteuermodul, insbesondere Durchflussventil wie z. B. MV arbeiten also funktional als elektrohydraulische Schaltvorrichtung zusammen. Sie können entweder baulich voneinander getrennt sein oder zu einer einzigen Komponente zusammengefasst sein. Bei Erreichen des höheren Öldruckniveaus lässt sich nach einer vorgegebenen Wartezeit bzw. Reaktionszeit ein Sperrelement VR1 im Schalttassenstößel CF1 von einer ersten in eine zweite Arretierposition hydraulisch bewegen. Dabei wird das Sperrelement zweckmäßigerweise entgegen der Federkraft eines Federelements bewegt und spannt dieses somit vor. Umgekehrt lässt sich das Sperrelement VR1 von seiner zweiten Arretierposition in die erste Arretierposition durch das sich dann entspannende Federelement zurückverschieben, wenn nach einer bestimmten Wartezeit bzw. Reaktionszeit nach Absperren bzw. Schließen des Magnetregelventils MV der Fluiddruck vom höheren Druckniveau auf das niedrigere Druckniveau abgesunken ist. In der ersten Arretierposition des Verriegelungselements VR1 wird für einen hydraulisch betätigbaren Stellkolben SH1 der als Schalttassenstößel ausgebildeten elektrohydraulischen Schaltkomponente CF1 gegen die Rückstellkraft des Federelements ein erster axialer Hubweg zur Bewirkung eines ersten Öffnungshubs für ein Gasladungswechselventil wie hier zum Beispiel für das Einlassventil, insbesondere Lufteinlassventil EV1 vorgegeben. Demgegenüber gibt das Arretierelement VR1 in seiner zweiten Arretierposition einen größeren axialen Hubweg für den Stellkolben SH1 in axialer Richtung zur Bewirkung eines zweiten Öffnungshubs des Gasladungswechselventils frei, der gegenüber dem ersten Öffnungshub größer ist. Diese axiale Verschiebebewegung des Stellkolbens SH1 zwischen zwei Hubstellungen ist in der 1 durch einen Doppelpfeil S1 angedeutet. Auf diese Weise ist ein Ventiltrieb mit variablem Ventilhub bereitgestellt, der ein zweistufiges Ventilhubumschaltsystem bildet, das zwei verschiedene Ventilerhebungskurven für die Gesamtheit der Einlassventile der Zylinder des Verbrennungsmotors CE bereitstellt. Je nach Wahl der Ventilerhebungskurve kann eine kleinere Menge oder eine größere Menge von Luft durch das jeweilige Einlassventil des jeweiligen Zylinders in dessen Brennraum in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors CE eingebracht, insbesondere zugemessen werden.
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Mit der Ventilhubumschaltvorrichtung SVO1, die den Einlassventilen zugeordnet ist, lassen sich ggf. auch die Auslassventile, insbesondere Abgasauslassventile des Verbrennungsmotors zwischen einem kleineren und einem größeren Öffnungshub schalten. Dieselbe Ventilhubumschaltung kann also in vorteilhafter Weise insbesondere für das jeweilige Einlassventil und/oder Auslassventil jedes Zylinders verwendet werden.
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Alternativ dazu kann zusätzlich zur Ventilhubumschaltvorrichtung SVO1, die den Einlassventilen an den Zylindern des Verbrennungsmotors CE zugeordnet ist, eine entsprechende, separate Ventilhubumschaltvorrichtung für die Auslassventile der Zylinder vorgesehen sein. Diese zweite Ventilhubumschaltvorrichtung wird zweckmäßigerweise in analoger Weise wie die erste Ventilhubumschaltvorrichtung SVO1 durch dieselbe elektrohydraulische Schaltkomponente oder mindestens eine zweite, eigene elektrohydraulische Schaltkomponente angesteuert und betätigt. Mit einer solchen auslassseitig zugeordneten elektrohydraulischen Schaltkomponente lässt sich die Umschaltung der Ventilhubumschaltvorrichtung für die ausgangsseitigen Gasladungswechselventile des Verbrennungsmotors CE so bewirken, dass diese ebenfalls zwischen einem kleineren Öffnungshub und einem größeren Öffnungshub hin- und her schaltbar sind. Eine solche zweite Ventilhubumschaltvorrichtung, deren zugeordnete elektrohydraulische Schaltkomponente sowie die Auslassventile sind in der 1 der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.
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Zusätzlich oder unabhängig von einer elektrohydraulischen Ventilhubumschaltung kann unter Zuhilfenahme einer insbesondere nach dem obigen Prinzip funktionierenden elektrohydraulischen Schaltkomponente, die durch Druckveränderungen im Fluid des angeschlossenen Hydraulikkreislaufs schaltbar, d. h. insbesondere aktivierbar sowie deaktivierbar ist, ggf. auch mindestens eine weitere Motorkomponente oder Kraftfahrzeugkomponente wie z. B. ein elektrohydraulischer Nockenwellenphasensteller, eine elektrohydraulische Zylinderabschaltung, usw. ... in analoger Weise hydraulisch geschaltet bzw. betätigt werden. Diese weiteren Motorkomponenten oder Kraftfahrzeugkomponenten sind in der 1 der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.
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Allgemein ausgedrückt wird also eine elektrohydraulische Schaltkomponente in einem Fluidkreislauf durch das darin fließende Fluid bei Erreichen eines vorgebbaren oberen Schwellwerts für den Fluiddruck von einem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand, insbesondere entgegen der Federkraft eines Federelements, umgeschaltet. Um einen einwandfreien Schaltvorgang vom ersten Schaltzustand zum zweiten Schaltzustand zu gewährleisten, ist es dabei zweckmäßig, dass ein für den zweiten Schaltzustand charakteristischer Fluiddruck an der jeweiligen elektrohydraulischen Schaltkomponente für die Dauer des zweiten Schaltzustands anliegt, der gegenüber dem Fluiddruck des ersten Schaltzustands verschieden ist. Hier im Ausführungsbeispiel von 1 mit einer elektrohydraulisch betätigten Ventilhubumschaltung werden ein erster Öldruck einer ersten Schaltstellung sowie ein demgegenüber höherer, zweiter Öldruck einer zweiten Schaltstellung der Ventilhubumschaltung zugeordnet. Voraussetzung zur Einleitung des Umschaltvorgangs von der ersten Schaltposition in die zweite Schaltposition der Ventilhubumschaltung ist ein gegenüber dem niedrigeren Öldruck für die erste Schaltposition um einen bestimmten Faktor höherer, permanent für die Zeitdauer der zweiten Schaltposition anliegender Öldruck. Umgekehrt betrachtet kann die Ventilhubumschaltung in die erste Schaltstellung als Grundstellung, insbesondere mittels eines sich entspannenden Federelements, zurückgebracht werden, wenn das Öl in der Versorgungsleitung mit dem niedrigeren Druck beaufschlagt wird.
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Verlangt nun die jeweilige umzuschaltende Stellvorrichtung bzw. der jeweilige Aktuator eine Umsetzung bzw. Bewirkung, d. h. Vollendung der Umschaltung von einem ersten Stellzustand in einen zweiten Stellzustand (und umgekehrt) zu einem vordefinierten Zeitpunkt oder innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, d. h. Wunsch-Schaltzeitfensters, so wird das „Timing”, d. h. die zeitliche Koordinierung des Aktivierungszeitpunkts der elektrohydraulischen Schaltkomponente in Bezug auf das jeweilig anvisierte Wunsch-Schaltzeitfenster in vorteilhafter Weise so gewählt, dass der Aktivierungszeitpunkt für die jeweilige Umschaltung der elektrohydraulischen Schaltkomponente gegenüber deren gewünschten Umsetzungszeitpunkt um eine Vorhaltezeit vorverlegt wird, in die die Schaltdauer der elektrohydraulischen Schaltkomponente in Abhängigkeit vom Verschäumungsgrad des Fluids einkalkuliert wird.
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Insbesondere können Schaltzeitfenster bzw. bestimmte Zeiträume festgelegt sein, innerhalb denen nur jeweils eine Umschaltung der Stellvorrichtung möglich ist. Ist eine Umschaltung innerhalb eines bestimmten Wunsch-Schaltzeitfensters der Stellvorrichtung gefordert, so wird dieses Wunsch-Schaltzeitfenster von der elektrohydraulischen Schaltkomponente hinsichtlich deren Schaltvorgangs anvisiert. Dazu wird eine Vorhaltezeit für die elektrohydraulische Schaltkomponente ermittelt, um die die elektrohydraulische Schaltkomponente vorab aktiviert wird, um zu einem Zeitpunkt innerhalb dieses Wunsch-Schaltzeitfensters die Umschaltung der Stellvorrichtung zu bewirken. Im Einzelnen wird dabei durch das Steuergerät insbesondere die Ansprechzeitdauer einkalkuliert, d. h. eingeplant, die vom Auslösezeitpunkt einer gewünschten Umschaltung der Stellvorrichtung durch die elektrohydraulische Schaltkomponente bis zum tatsächlichen Betätigen des Magnetregelventils MV vergeht. Diese Ansprechzeitdauer ist insbesondere durch das Verzögerungsverhalten des mindestens einen Magneten im Magnetregelventil MV, d. h. allgemein ausgedrückt durch das Verzögerungsverhalten der elektrischen Stellstrecke EC, bedingt. Zum anderen geht in die Vorhaltezeit der elektrohydraulischen Schaltkomponente auch diejenige Wartezeit bzw. Reaktionszeit ein, die in der hydraulischen Stellstrecke vom Betätigen des Magnetventils MV bis zum entsprechenden Druckaufbau zum Wechsel vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand der elektrohydraulischen Schaltkomponente vergeht. In entsprechender Weise wird eine Wartezeit auch für den Druckabbau des Fluids in der hydraulischen Stellstrecke einkalkuliert, um vom höheren Druckniveau auf das niedrigere Druckniveau, d. h. vom zweiten Schaltzustand auf den ersten Schaltzustand der elektrohydraulischen Schaltkomponente zu wechseln. Es vergeht also in der Praxis eine Verzögerungszeit, bis sich im Fluidkreislauf ein ausreichender Druckaufbau oder Druckabbau ab dem Aktivierungszeitpunkt des Umschaltvorgangs zum Wechsel der jeweilig vorliegenden Schaltstellung eingestellt hat. Die Wartezeit zwischen dem Aktivierungszeitpunkt und der tatsächlichen Umsetzung bzw. Bewirkung einer gewünschten Umschaltung wird als Vorhaltezeit der elektrohydraulischen Schaltkomponente einkalkuliert, wenn die Umschaltung der Stellvorrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt oder innerhalb eines bestimmten Schaltzeitfensters gewünscht wird.
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Zusätzlich oder unabhängig von elektrohydraulischen Ventilhubumschaltungen können – insbesondere unter Zuhilfenahme einer elektrohydraulischen Schaltkomponente, die durch Druckveränderungen im Fluid des angeschlossenen Hydraulikkreislaufs schaltbar, d. h. insbesondere aktivierbar und deaktivierbar ist, – ggf. auch weitere Motorkomponenten wie z. B. elektrohydraulische Nockenwellenphasensteller, elektrohydraulische Zylinderabschaltungen, usw. in analoger Weise hydraulisch geschaltet bzw. betätigt werden. Diese weiteren Motorkomponenten sind in der 1 der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.
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In der Praxis kann es beim Betrieb des Verbrennungsmotors CE im Öl OI des Ölkreislaufs OC zum Ausbilden von mikroskopisch kleinen Lufteinschlüssen oder Luftblasen kommen. Ursache dafür können Verwirbelungen des Öls durch im Öl bewegliche Motorkomponenten sein. Beispielsweise entstehen solche Verwirbelungen bzw. Verquirlungen von Luft in Öl durch das Eintauchen der Pleuelstange des Kolbens des jeweiligen Zylinders im Ölsumpf der Ölwanne SU und/oder der Drehbewegung der Kurbelwelle CS in der Ölwannenvorrichtung SU. Insbesondere durch das „Plantschen” der jeweiligen Pleuelstange im Ölsumpf der Ölwannenvorrichtung SU werden Luftbläschen in das flüssige Öl eingequirlt. Mit anderen Worten ausgedrückt kommt es also zu einer Verschäumung des Öls OI im Ölkreislauf OC z. B. durch die Drehbewegung der Kurbelwelle und/oder der Eintauchbewegungen der Pleuelstangen. Dieser Eintrag, d. h. dieses Einmischen von Luftbläschen in die ursprüngliche Flüssigkeit bzw. in das Fluid ÖL führt dazu, dass das Öl als Druckübertragungsmedium bzw. als Hydraulikflüssigkeit zunehmend kompressibel wird. Dadurch werden Druckauf- und Druckabbau gehemmt und Schalt- bzw. Stellvorgänge für die an den Ölkreislauf angeschlossenen elektrohydraulischen Schaltkomponenten beeinträchtigt, d. h. sie erfolgen in anderer Weise als im Fall ohne Verschäumung des Öls.
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Um nun allgemein ausgedruckt zu erreichen, dass trotz etwaig eintretender Verschäumung des jeweiligen Fluids im Fluidkreislauf dennoch alle Schalt-/Stellvorgänge für die jeweilige elektrohydraulische Schaltkomponente einwandfrei durchgeführt werden können, wird nun in vorteilhafter Weise der jeweilige Verschäumungsgrad für das Fluid im Fluidkreislauf ermittelt und die Schaltcharakteristik der jeweiligen elektrohydraulischen Schaltkomponente an den jeweilig ermittelten, aktuellen Verschäumungsgrad angepasst.
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Der Verschäumungsgrad des Fluids im Fluidkreislauf kann dabei entweder direkt mit Hilfe eines speziellen Sensors, oder in besonders vorteilhafter Weise indirekt durch Auswertung verschiedener Betriebsparameter des Verbrennungsmotors bestimmt werden, in die sich eine Zu- oder Abnahme des Verschäumungsgrads indiziell bzw. indikativ niederschlägt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel von 1 ist zur direkten Bestimmung des Verschäumungsgrades des Öls OI im Ölkreislauf OC ein Sensor RS in der Ölwanne SU vorgesehen. Mit seiner Hilfe lässt sich das Ausmaß bzw. die Menge an Luftbläschen im Öl OI direkt erfassen. Vom Sensor RS werden zum aktuellen Verschäumungsgrad des Öls OI korrespondierende Messsignale MREV über eine Messleitung ML2 an das Steuergerät CO, insbesondere das Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors CE, übermittelt. Dessen Logikeinheit LE wertet die Messsignale MREV aus und zieht sie zur Ermittlung des aktuellen Verschäumungsgrads FD heran. Mit dem ermittelten Verschäumungsgrad FD nimmt dann die Logikeinheit LE des Steuergeräts CO eine Anpassung bzw. Korrektur der Vorhaltezeit für die elektrohydraulische Schaltkomponente vor, um einen korrekten Auslösezeitpunkt für eine Umschaltung zu kalkulieren bzw. zu bestimmen, deren Realisierung, d. h. Bewirkung zu einem gewünschten Umsetzungs- bzw. Vollendungzeitpunkt gewünscht ist. Dabei wird die Schaltdauer, mit der die elektrohydraulische Schaltkomponente normalerweise bei Nichtvorhandensein, d. h. Fehlen einer Verschäumung des Fluids beaufschlagt ist, mit Hilfe eines Korrekturfaktors, der aus dem ermittelten Verschäumungsgrad abgeleitet wird, an die aktuell vorliegenden Verschäumungsverhältnisse im Fluid nach den verschiedenen, vorstehend erläuterten, zweckmäßigen Korrekturvarianten angeglichen.
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Zusätzlich oder unabhängig hiervon werden zur vorteilhaften indirekten Ermittlung des Verschäumungsgrads FD des Öls OI im Ölkreislauf OC ein oder mehrere Betriebsparameter des Verbrennungsmotors CE herangezogen, aus denen verschäumungsrelevante Informationen abgeleitet werden können. Betriebsparameter, die Abhängigkeiten bzw. funktionale Beziehungen zum jeweiligen Ausmaß der Verschäumung des Öls OI aufweisen, sind insbesondere Motortyp, der Ölfüllstand OL, die Öltemperatur OT, die Ölqualität OQ, der Öldruck OP, die Ölalterung des Öls OI im Ölkreislaufsystem OC des Verbrennungsmotors CE, vorzugsweise die Drehzahl REV dessen Kurbelwelle CS, und/oder das zurückgelegte Fahrprofil DP eines Kraftfahrzeugs mit diesem Verbrennungsmotor CE. In der 1 ist beispielhaft ein Füllstandssensor OLS an einer Wannenwand der Ölwanne SU angebracht. Er liefert über eine Messleitung ML1 entsprechende Messsignale MOL, die repräsentativ für den jeweiligen Füllstand des Öls OI in der Ölwanne SU sind, an das Steuergerät CO. Die weiteren, oben aufgelisteten Betriebsparameter, die einzeln oder in Kombination zur Ableitung von Informationen über den Verschäumungsgrad FD des Öls OI durch das Steuergerät CO als geeignet herangezogen werden können, sind in der 1 durch einen gemeinsamen Pfeil GP gekennzeichnet. Das Steuergerät CO wertet diese, den jeweiligen Verschäumungsgrad FD des Öls OI indizierenden Parameter wie z. B. Motor-, insbesondere Kurbelgehäuse und Kurbeltriebs-Konstruktion, Motordrehzahl REV, Öldruck OP, Öltemperatur OT, Ölfüllstand OL, Ölqualität OQ, insbesondere Ölalterung, Ölverdünnung, und/oder das zurückgelegte Fahrprofil eines Fahrzeugs mit diesem Motor, insbesondere dessen Längs- und Querbeschleunigungsvorgänge, aus. Dazu bewertet das Steuergerät CO diese Betriebsparameter vorzugsweise mit Hilfe einer Fuzzylogik jeweils einzeln und bildet aus ihrer Gesamtheit ein den Verschäumungsgrad beschreibendes Charakteristikum. Dabei kann die Drehzahl der Kurbelwelle CS vorzugsweise unter Zuhilfenahme einer Messvorrichtung, insbesondere eines Sensors, direkt oder indirekt – wie z. B. über ein Geberrad mit zugeordnetem Hall-Sensor – erfasst und über eine Messleitung Messsignale, die die jeweilige Drehzahl repräsentieren, an das Steuergerät CO zur Auswertung übermittelt werden. Diese Drehzahl-Messvorrichtung sowie die zugehörige Messleitung sind in der 1 der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber weggelassen worden.
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Auf der Basis dieses Charakteristikums, d. h. allgemein ausgedrückt auf Basis des ermittelten Gesamt-Verschäumungsgrads FD, können nun Rückschlüsse auf das Schaltverhalten, insbesondere die Schaltzeit bzw. Schaltdauer, der jeweiligen elektrohydraulischen Schaltkomponente wie hier des Schalttassenstößels CF1 geschlossen werden. Dadurch ist es der Logikeinheit LE des Steuergeräts CO ermöglicht, an den jeweilig erfassten Gesamt-Verschäumungsgrad FD des Öls OI vorzugsweise die Schaltzeit ST des Schalttassenstößels CF1 anzupassen. Die Schaltzeit ST für den Schalttassenstößel CF1 wird dabei umso größer gewählt, je größer der abgeschätzte Gesamt-Verschäumungsgrad FD des Öls OI wird. Die Schaltzeit ST ist insbesondere diejenige Zeitspanne des Schalttassenstößels CF1, die ausgehend vom Aktivierungs-Zeitpunkt einer in den Ölkreislauf OC eingebrachten Druckerhöhung bis zum Bewirkungszeitpunkt der gewünschten Verstellung des Arretierelements VR1 von dessen Grundstellung zur zweiten Arretierstellung vergeht (und umgekehrt). Diese hinsichtlich des jeweiligen Verschäumungsgrads des Fluids korrigierte Schaltdauer der Schaltkomponente bildet dann die Vorhaltezeitdauer, um die der Auslösungszeitpunkt zur Einleitung eines gewünschten Umschaltvorgangs bis zu dessen tatsächlicher Bewirkung zu einem gewünschten Bewirkungszeitpunkt durch das Steuergerät CO vorverlegt wird. Diese Verschäumungs-Korrektur r kalkuliert das Steuergerät CO bei der Ermittlung der Vorhaltezeitdauer mit ein und nimmt die Steuerung der Schaltkomponente CF1 mit dieser korrigierten Vorhaltezeitdauer vor. Allgemein ausgedrückt führt also das Steuergerät eine adaptive, modellierte Ermittlung der Schaltzeit bzw. Schaltdauer der jeweiligen elektrohydraulischen Schaltkomponente auf der Basis einer Abschätzung des aktuell vorliegenden Verschäumungsgrads des Fluids im Fluidkreislauf durch.
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Auf der Basis des ermittelten, aktuell vorliegenden Verschäumungsgrads FD des Fluids in der Versorgungsleitung OP1 der elektrohydraulischen Schaltkomponente, insbesondere des Schalttassenstößels CF1, werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweckmäßigerweise Stellsignale SS2 durch die Logikeinheit LE des Steuergeräts CO generiert und über die Steuerleitung SLI2 an das elektrische Durchfluss-Steuermodul, insbesondere Magnetregelventil MV, das den Durchfluss des Fluids durch die Versorgungsleitung OP1 zur elektrohydraulischen Schaltkomponente kontrolliert, übermittelt. Dadurch lässt sich der Druck des Fluids in der Versorgungsleitung der Schaltkomponente regulieren und somit Auslösezeitpunkt und Bewirkungszeitpunkt bzw. Vollendungszeitpunkt für eine gewünschte Umschaltung unter Kompensation des aktuellen Verschäumungsgrads FD in kontrollierter Weise festlegen. Insbesondere lassen sich auf diese Weise Ver- und Entriegelungszeitpunkte für das Verriegelungselement VR1 des Schalttassenstößels CF1 oder eines Schaltschlepphebels einstellen.
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Die Logikeinheit LE des Steuergeräts CO ermittelt dabei aus dem jeweiligen Verschäumungsgrad FD eine diesbezüglich kompensierte Vorhaltezeit zum Umschalten der elektrohydraulischen Schaltkomponente mittels ein oder mehrerer Stellsignale SS2. Wenn z. B. ein Wechsel von der höheren Ventilerhebungskurve auf die niedrigere Ventilerhebungskurve des jeweiligen Gaswechselventils wie z. B. EV1 gewünscht ist, öffnet die Logikeinheit LE des Steuergeräts CO das Magnetregelventil MV oder vergrößert dessen Durchflussrate mittels Steuersignale SS2 über die Steuerleitung SLI2 mit einer Verschäumungs-korrigierten Vorhaltezeit, in die sowohl die ursprüngliche Schaltdauer der elektrohydraulischen Schaltkomponente CF1 bei verschäumungslosen Bedingungen als auch die Zu- oder Abnahme dieser ursprünglichen Vorhaltezeit aufgrund des jeweilig vorliegenden Verschäumungsgrads FD eingeplant werden, um im Hydraulikkreislauf OP1 den Druck dessen Fluids OI auf ein Druckniveau anzuheben, das den Übergang von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung der elektrohydraulischen Schaltkomponente CF1 auslöst, was ein Umschalten der Ventilhubumschaltvorrichtung SVO1 von deren höheren Ventilerhebungskurve zur niedrigeren Ventilerhebungskurve nach sich zieht. Wenn umgekehrt ein Wechsel von der niedrigeren Ventilerhebungskurve auf die höhere Ventilerhebungskurve gewünscht ist, regelt die Logikeinheit LE des Steuergeräts CO den Durchfluss des Magnetregelventils MV mittels Steuersignale SS1 über die Steuerleitung SLI2 mit einer Verschäumungs-korrigierten Vorhaltezeit zurück, d. h. reduziert dessen Durchflussrate, oder schließt es mit einer Vorhaltezeit, in die sowohl die Schaltdauer, insbesondere mittlere Schaltdauer, der elektrohydraulischen Schaltkomponente CF1 als auch die durch die Verschäumung bedingte Schaltzeitverlängerung oder -verkürzung eingeplant werden, um im Hydraulikkreislauf OP1 den Druck dessen Fluids OI auf ein Druckniveau abzusenken, das den Übergang von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung der elektrohydraulischen Schaltkomponente CF1 auslöst, was ein Umschalten der Ventilhubumschaltvorrichtung SVO1 von der niedrigeren Ventilerhebungskurve zur höheren Ventilerhebungskurve bewirkt.
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In Verallgemeinerung dieses Stellbeispiels kann durch die Logikeinheit LE des Steuergeräts CO auf der Basis des ermittelten Verschäumungsgrads FD also mindestens ein Stellsignal wie z. B. SS1 generiert und über mindestens eine Steuerleitung SLI1 an einen elektrischen Aktor bzw. Aktuator AC übermittelt werden, der die Elektrokomponente der elektrohydraulischen Schaltkomponente in dessen elektrischer Stellstrecke EC* zur Einstellung mindestens eines Stellkriteriums wie z. B. des exakten Ver- und Entriegelungszeitpunkts des Verriegelungselements VR1 des Schalttassenstößels CF1 oder eines Schaltschlepphebels ansteuert. Seine Ansteuerung mittels des Aktuators bzw. des Stellelements AC ist durch einen Wirkpfeil WP angedeutet. Die elektrische Komponente des Schalttassenstößels CF1, die vom Aktuator AC aktiviert bzw. deaktiviert wird, ist mit EAU bezeichnet Die Komponenten dieser verallgemeinerten Stellstrecke EC* sind in der 1 zusätzlich strichpunktiert eingezeichnet.
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Die 2 zeigt in schematischer Darstellung ein beispielhaftes Ablaufdiagramm zur Anpassung des Schaltverhaltens des Schalttassenstößels CF1 von 1, der ein Bauteil einer Ventilhubumschaltung bildet. In der Logikeinheit des Steuergeräts CO werden ein oder mehrere der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors CE wie z. B. Motorkonstruktion, insbesondere Kurbelgehäuse- und/oder Kurbeltriebskonstruktion, der Ölfüllstand OL, die Öltemperatur OT, die Ölqualität OQ, der Öldruck OP, die Ölalterung, usw. ... des Öls OI im Ölkreislauf OC, die Motordrehzahl REV sowie das zurückgelegte Fahrprofil DP des Fahrzeugs mit diesem Motor CE zur indiziellen Beurteilung des Verschäumungsgrads FD des Öls OI analysiert. Vorzugsweise aus der Gesamtheit dieser Betriebsparameter wird ein den Gesamt-Verschäumungsgrad beschreibendes Charakteristikum bzw. Verschäumungskollektiv FP gebildet. Dazu wird vorzugsweise jeder Betriebsparameter mittels einer Fuzzylogik einzeln bewertet und aus den Einzelbewertungen schließlich ein den Gesamt-Verschäumungsgrad FD beschreibendes Verschäumungskollektiv FP gebildet. Mittels eines nachgeordneten Integrators IN wird das Charakteristikum für den Gesamt-Verschäumungsgrad FD über die Zeit hinweg betrachtet akkumuliert bzw. integriert und daraus ein Maß für den Gesamt-Verschäumungsgrad FD festgelegt. Der Integrator IN gibt ein für das Charakteristikum repräsentatives Signal aus, dessen zeitlicher Verlauf in der 2 mit SIN bezeichnet ist (siehe auch 3). Der Gesamt-Verschäumungsgrad FD kann kontinuierlich oder stufenweise ermittelt werden. Im Ausführungsbeispiel von 2 werden dem integrierten Verschäumungskollektiv FP im Diagramm DI Verschäumungsstufen wie z. B. 0, 1, 2, 3, 4, usw. zugeordnet. Der Gesamt-Verschäumungsgrad FD wird also hier durch diskrete Verschäumungsstufen FL charakterisiert. Aufgrund des Gesamt-Verschäumungsgrades FD wird in der Logikeinheit LE des Steuergeräts CO die Schaltzeit ST für den Schalttassenstößel CF1 errechnet und angepasst, die dieser zur Umschaltung von der Grundstellung seines Arretierelements VR1 in die andere, zweite Arretierposition benötigt. Dieser Logikschritt ist in der 2 durch den Block AS veranschaulicht. Liegt eine Schaltanforderung für den Schalttassenstößel CF1 vor, was durch den Block SR in der 2 symbolisiert ist, und wurde die Schaltzeit ST im Funktionsschritt AS an den aktuell gemessenen bzw. abgeschätzten Gesamt-Verschäumungsgrad angepasst, so erfolgt durch das Steuergerät CO die gewünschte Umschaltung des Schalttassenstößels CF1. Dieser Schritt ist in der 2 durch den Block SW angedeutet. In einer Rückkopplungsschleife überprüft die Logikeinheit LE des Steuergeräts CO in einem Funktionsblock TS den tatsächlich bewirkten Umschaltvorgang, d. h. das reale Verhalten des Schalttassenstößels CF1 und gleicht damit die auf Basis des ermittelten Gesamt-Verschäumungsgrads FD modellierte Schaltzeit bzw. Schaltdauer ST mit der tatsächlichen Schaltzeit bzw. Schaltdauer ST* des Schalttassenstößels ab. Dazu wird vorzugsweise die Differenz oder Abweichung ST – ST* gebildet. Diese Korrekturmaßnahme ist durch den Block STB in der 2 symbolisiert.
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Insbesondere wird eine umso längere Schaltzeit für die jeweilige elektrohydraulische Schaltkomponente angenommen, insbesondere eingerechnet bzw. vorgehalten, je größer der Verschäumungsgrad des Fluids im Fluidkreislauf wird. Denn aufgrund der Zunahme der Menge an Luftbläschen im Fluid wird dieses zunehmend kompressibler, so dass es erforderlich ist, das Fluid eine längere Zeitdauer mit dem höheren Druck gegenüber dem Fall zu beaufschlagen, bei dem das Fluid verschäumt ist, um das Arretierelement der elektrohydraulischen Schaltkomponente von der Grundstellung in die zweite Schaltstellung, insbesondere entgegen der Federkraft eines Federelements, zu bewegen. Entsprechendes gilt natürlich auch für den umgekehrten Fall, dass das Arretierelement der elektrohydraulischen Schaltkomponente von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung durch einen ausreichenden Druckabfall im Hydraulikkreislauf, insbesondere unter Zuhilfenahme des vorgespannten Federelements, gebracht wird.
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Dadurch, dass mindestens ein Stellkriterium, insbesondere die Schaltzeit bzw. Schaltdauer, einer elektrohydraulischen Schaltkomponente an den Verschäumungsgrad des Fluids im Fluidkreislauf adaptiv angepasst wird und damit hinsichtlich der aktuell vorliegenden Verschäumung des Fluids kalibriert wird, sind Schaltfehler beim Umschalten der elektrohydraulischen Schaltkomponente verringert oder weitgehend vermieden.
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Wird der Verschäumungsgrad des Fluids im Fluidkreislauf z. B. größer, so wird die Schaltcharakteristik der jeweiligen Schaltkomponente vorzugsweise tendenziell derart eingestellt, dass wegen der damit einhergehenden größeren Kompressibilität des Fluids insbesondere eine größere Vorhaltezeit zwischen dem Startzeitpunkt eines Druckaufbaus bis zum Erreichen eines ausreichend hohen Auslösedrucks des Fluids zum Verstellen eines mechanischen Stell- bzw. Arretierelements in der elektrohydraulischen Schaltkomponente von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung entgegen der Federkraft eines Federelements gegenüber einem Fluidzustand ohne Verschäumung eingeplant wird. Wird umgekehrt der Verschäumungsgrad des Fluids im Fluidkreislauf z. B. geringer, so wird die Schaltcharakteristik der jeweiligen Schaltkomponente in vorteilhafter Weise tendenziell derart angepasst, dass wegen der geringer werdenden Kompressibilität des Fluids insbesondere eine geringere Vorhaltezeit zwischen dem Startzeitpunkt eines Druckaufbaus bis zum Erreichen eines ausreichend hohen Auslösedrucks des Fluids zum Verstellen eines mechanischen Stellelements in der elektrohydraulischen Schaltkomponente von dessen ersten Schaltstellung in dessen zweite Schaltstellung vorausschauend einkalkuliert wird. In analoger Weise wird beim Druckabbau der Verschäumungsgrad des Fluids einbezogen, d. h. wenn bei nachlassendem Druck des Fluids ab Unterschreiten eines bestimmten Schwellwerts das Arretierelement durch das vorgespannte Federelement von seiner zweiten Schaltstellung in seine erste Schaltstellung zurückgedrückt wird. Es wird zweckmäßigerweise eine umso längere Rückschaltzeit zum Zurückbewegen des Arretierelements von seiner zweiten in seine erste Schaltstellung einkalkuliert, je höher der Verschäumungsgrad und je größer damit die Kompressibilität des Fluids ist. Oder anders herum betrachtet wird insbesondere eine umso geringere Rückschaltzeit zum Zurückbewegen des Arretierelements von seiner zweiten in seine erste Schaltstellung eingeplant, je geringer der Verschäumungsgrad und je geringer damit die Kompressibilität des Fluids ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Ventilhubschaltung als elektrohydraulische Schaltkomponente werden insbesondere unkontrollierte Schaltvorgänge vermieden, die sonst zu einem spürbaren, unangenehmen Ruckeln für Fahrzeuginsassen führen würden. Ohne Berücksichtigung des Verschäumungsgrads würde nämlich das Motorsteuergerät davon ausgehen, dass Druckaufbau und Druckabbau des Öls im Ölkreislauf in korrekter Weise ohne die Negativeinflüsse aufgrund der zunehmenden Kompressibilität des Hydrauliköls durch Luftbläscheneinschlüsse erfolgen würden. Anders ausgedrückt würde das Steuergerät eine stets gleichbleibende, konstante bzw. stationäre Schaltzeit für die jeweilige Ventilhubumschaltung annehmen, d. h. eine Zunahme der Schaltzeit der Ventilhubumschaltung aufgrund einer etwaig zunehmenden Verschäumung des Öls würde bei der Steuerung bzw. Regelung der Ventilhubumschaltung zum Zumessen von Luft in den jeweiligen Zylinder nicht berücksichtigt werden. Dadurch könnte ungünstigenfalls sogar der Motor ausgehen, wenn beispielsweise vom niedrigen zum hohen Ventilhub geschaltet werden soll und dabei aus Gründen eines momenten- neutralen Übergangs die Drosselklappe im Luftansaugtrakt des Verbrennungsmotors geschlossen wird. Da die Schaltsteuerung des Motorsteuergeräts die Ventilhubumschaltung wie gewohnt ansteuern würde und diese zu lange im alten Modus, die der Grundstellung der Ventilhubumschaltung zugeordnet ist, verbleiben würde, bekäme der Motor zu wenig Luft und würde absterben. Dadurch könnte es unter Umständen zu Bauteilschädigungen und/oder kritischen Fahrsituationen kommen.
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Im Gegensatz dazu wird nun in der Schaltsteuerung des Steuergeräts für die Ventilhubumschaltung der Verschäumungsgrad des Öls berücksichtigt, d. h. mit einkalkuliert. Dabei werden vorzugsweise das Fahrprofil des Fahrzeugs bzw. die Historie von Fahrzeugparametern und/oder Kenngrößen in Verbindung mit weiteren verfügbaren Informationen betrachtet, die eine indizielle bzw. indikative Aussage über den Verschäumungsgrad ermöglichen, bewertet und daraufhin auf ein bestimmtes Gesamtmaß an Ölverschäumung geschlossen. Steht ein Schaltvorgang an, wird entsprechend dem Grad der Verschäumung reagiert. Hauptursache für die Verschäumung ist beim Ölkreislauf des Ausführungsbeispiels insbesondere das Eintauchen der Kurbelwelle bzw. die Pleuelstange des jeweiligen Zylinderkolbens in den Ölsumpf zu sehen. Je schneller und länger die Welle eintaucht, desto größer ist das Maß der Verschäumung. Dieses Verhalten spiegelt sich direkt in der Motordrehzahl bzw. dem Geschwindigkeitsprofil wieder. So ist z. B. nach mehrstündiger schneller Autobahnfahrt mit einem hohen Verschäumungsgrad zu rechnen, während z. B. ein innerstädtischer Kurztrip von wenigen Minuten ausgehend von Kaltstartbedingungen noch nicht zur Verschäumung oder zu einem wesentlich geringeren Grad von Verschäumung führt. Bei geländegängigen Fahrzeugen wie z. B. SUVs spielt insbesondere das Fahrprofil eine besondere Rolle in Bezug auf die Ölverschäumung. Da diese Fahrzeuge in der Regel mit Neigungswinkelsensoren ausgerüstet sind, ist es vorteilhaft, die Informationen aus diesen Größen mit einzubeziehen. Da der Verschäumungsgrad analytisch nur relativ schwer wiedergegeben werden kann, werden vorzugsweise Regeln der Fuzzytechnik herangezogen. Mit Hilfe der Fuzzytechnik können in erster Linie Tendenzen aufgezeigt werden, die das Verschäumen mehr oder weniger stark begünstigen. Fuzzysysteme verarbeiten gegenüber herkömmlichen Systemen nicht nur Werte wie „ja” oder „nein” (bzw. „ein” oder „aus” oder „eins” oder „null”), sondern in vorteilhafter Weise zusätzlich auch Zwischenwerte (Wahrheitswerte) zwischen „wahr” (= 1) und „falsch” (= 0) wie z. B. 0,5, so dass damit auch unscharfe Angaben wie „ein bisschen”, „ziemlich” oder „stark” mathematisch behandelt werden können.
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Beispiele für Betriebsparameter, die indiziell bzw. indikativ für den jeweilig vorliegenden Verschäumungsgrad des Öls im Ölkreislauf sind, sind insbesondere:
- – hoher Ölfüllstand indiziert einen hohen Verschäumungsgrad;
- – hohe, lang anhaltende Motordrehzahl indiziert eine zunehmende Verschäumung des Öls;
- – konstruktiv bedingtes starkes Plantschen des Kurbeltriebs verstärkt die Verschäumungsgefahr;
- – lange Stillstandszeit des Fahrzeugs und/oder niedrige Motordrehzahl der Kurbelwelle indizieren eine Abnahme des Verschäumungsgrads des Öls.
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Aus dieser Vielzahl von Betriebsparametern wird vorzugsweise mit Hilfe eines Integrators ein Maß für die Verschäumung gewonnen. Eingangsgrößen sind alle verfügbaren verschäumungsrelevanten Informationen. Entsprechend dem Verschäumungskollektiv läuft ein Zähler im Steuergerät wie z. B. CO hoch bzw. runter, je nachdem ob die aktuellen Betriebsbedingungen eine Verschäumungszunahme oder -abnahme bewirken. Das Maß der Verschäumung kann kontinuierlich oder diskret in verschiedenen Stufen wie z. B. von 0 bis 4 angegeben werden, die entsprechend ihrer Auswirkungen auf den Schaltvorgang abgestuft sind.
| Stufe | Maß der Verschäumung | Auswirkung auf Schaltvorgang |
| 0 | keine Verschäumung | Keine |
| 1 | geringe Verschäumung | Keine |
| 2 | mäßige Verschäumung | Gering |
| 3 | deutliche Verschäumung | Deutlich |
| 4 | starke Verschäumung | Hoch |
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Steht nun ein Ventilhubumschaltvorgang an, so wird entsprechend dem Maß der Verschäumung reagiert. Sind keine Auswirkungen zu erwarten (Stufe 0 oder 1), wird der Schaltvorgang in der üblichen Art und Weise ausgeführt. Bei Verschäumungsstufe 2 und 3 werden Maßnahmen zur Berücksichtigung des Verschäumungsgrads beim jeweiligen Schaltvorgang für das jeweilige hydraulische Schaltelement getroffen. Diese sind so ausgerichtet, dass das veränderte zeitliche Verhalten des Umschaltvorgangs der elektrohydraulischen Schaltkomponente aufgrund der Veränderung der Verschäumung berücksichtigt und möglichst weitgehend kompensiert wird. Es ist davon auszugehen, dass der Druckaufbau und Abbau länger dauert, wenn die Verschäumung zunimmt. Dadurch wird der Schaltvorgang insgesamt langsamer ablaufen. Ist der Verschäumungsgrad so hoch, dass der Umschaltvorgang nicht mehr kontrolliert abläuft, wird der Schaltvorgang vorzugsweise blockiert. Dies ist im Funktionsblock AS von 2 explizit angegeben. Bei einer druckbeaufschlagten Hubumschaltung von großem zu kleinem Hub ist dies durchaus machbar, da ein niedriger Lastbereich auch mit großem Ventilhub trotz gewisser Komforteinschränkungen darstellbar ist. Die Schaltlogik ist dabei zweckmäßigerweise derart ausgelegt, dass z. B. drucklos (d. h., wenn in der Grundstellung des Schaltstößels kein Druck im Schaltstößel aufgebaut wird,) der größere Ventilhub bei der jeweiligen Ventilhubumschaltung anliegt. Zweckmäßig ist es insbesondere, die Anpassung bzw. Kalibrierung von Stellkriterien bzw. Schaltparametern der jeweiligen elektrohydraulischen Schaltkomponente adaptiv an den jeweiligen Verschäumungsgrad vorzunehmen. Wird ausgehend von einem bestimmten Verschäumungsgrad trotz Reaktion auf den verlängerten Druckanstieg ein fehlerhafter Schaltvorgang detektiert, wird die Schaltzeit zweckmäßigerweise um ein bestimmtes Korrekturmaß verlängert bzw. verkürzt. Zeigt sich beim nächsten Schaltvorgang dieser Eingriff als erfolgreich, wird die neue Reaktionszeit zweckmäßigerweise gespeichert und künftig appliziert.
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Dadurch, dass im Steuergerät, insbesondere Motorsteuergerät, das Maß der Verschäumung bestimmt und in Abhängigkeit von diesem Maß entsprechend auf die veränderte Umschaltcharakteristik der jeweiligen elektrohydraulischen Schaltkomponente reagiert wird, werden in vorteilhafter Weise fehlerhafte Schaltvorgänge sowie Bauteilschädigungen weitgehend vermieden oder zumindest reduziert. Damit geht eine Komfortsteigerung für Fahrzeuginsassen einher, da Ruckelbewegungen weitgehend vermieden werden. Darüber hinaus wird ein einwandfreier Motorbetrieb für den jeweiligen Verbrennungsmotor sichergestellt.
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3 zeigt eine beispielhafte zeitliche Entwicklungskurve SIN des Gesamt-Verschäumungsgrads FD insbesondere in Abhängigkeit vom zeitlichen Drehzahlverlauf REC sowie Geschwindigkeitsverlauf SPC eines Fahrzeugs auf. Die Zeit ist jeweils entlang der Abszisse aufgetragen und mit t bezeichnet. Zunächst wird vom Fahrzeug ein „Stopp-and-Go”-Zyklus gefahren wie z. B. im Stadtverkehr und anschließend sowohl die Drehzahl REV als auch die Geschwindigkeit SP wie bei einer Überlandfahrt oder Autobahnfahrt über einen längeren Zeitraum erhöht beibehalten. Während beim „Stopp-and-Go”-Verkehr (Stopp- und Fahrzyklus) sich lediglich eine leichte Erhöhung des Verschäumungsgrads zeigt, geht mit einem Anstieg der Drehzahl REV und längerem Beibehalten dieser höheren Drehzahl ein Anstieg des Verschäumungsgrads FD einher. Dies wird auch durch den Geschwindigkeitsverlauf SPC des Fahrzeugs indiziert. Mit Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit steigt auch der Verschäumungsgrad FD an.
