DE102010019933A1

DE102010019933A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehrstufiger Ölpumpe

Info

Publication number: DE102010019933A1
Application number: DE201010019933
Authority: DE
Inventors: Dirk Windrich; Axel Wachtendorf
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-05-08
Filing date: 2010-05-08
Publication date: 2011-11-10
Also published as: CN102869858B; WO2011141130A1; CN102869858A; EP2569519B1; EP2569519A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei in einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine, insbesondere zur Druckumlaufschmierung, von einer Ölpumpe wahlweise eine erste Öldruckstufe mit einem ersten minimalen und maximalen Öldruckniveau und mindestens eine zweite Öldruckstufe mit einem zweiten minimalen und maximalen Öldruckniveau erzeugt wird, wobei das erste minimale Öldruckniveau kleiner oder gleich ist als das zweite minimale Öldruckniveau und das erste maximale Öldruckniveau kleiner ist als das zweite maximale Öldruckniveau, wobei eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine von einem Aktuator hydraulisch mittels eines Öldruckes aus dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine verstellt wird. Hierbei wird eine erste Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle durch den Aktuator bestimmt, während die erste Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, wobei für mindestens eine zweite Öldruckstufe eine zweite Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle durch den Aktuator bestimmt wird, während die zweite Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, wobei mindestens eine Differenz zwischen der ersten und mindestens einer zweiten Verstellgeschwindigkeit bestimmt wird, wobei ein Schaltmechanismus der Ölpumpe zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen als in Ordnung eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz gleich oder größer als ein vorbestimmter Differenzwert ist, und der Schaltmechanismus der Ölpumpe zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen als defekt eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz kleiner als ein vorbestimmter Differenzwert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei in einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine, insbesondere zur Druckumlaufschmierung, von einer Ölpumpe wahlweise eine erste Öldruckstufe mit einem ersten minimalen und maximalen Öldruckniveau und mindestens eine zweite Öldruckstufe mit einem zweiten minimalen und maximalen Öldruckniveau erzeugt wird, wobei das erste minimale Öldruckniveau kleiner oder gleich ist als das zweite minimale Öldruckniveau und das erste maximale Öldruckniveau kleiner ist als das zweite maximale Öldruckniveau, wobei eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine von einem Aktuator hydraulisch mittels eines Öldruckes aus dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine verstellt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Brennkraftmaschinen verfügen üblicherweise über eine mechanisch angetriebene Ölpumpe. In einigen Anwendungen ist es durch eine entsprechende Stelleinrichtung bzw. einen Schaltmechanismus möglich, zwei oder mehrere Druckstufen mit dieser Ölpumpe mit unterschiedlichem Öldruckniveau bzw. unterschiedlichen Wertebereichen, in denen sich der Öldruck abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine bewegt, anzufahren. Die Ölpumpe verfügt dabei über eine mechanisch wirkende Einrichtung zur Regelung des Öldrucks. Die Verbrennungskraftmaschine benötigt nicht in jedem Betriebskennfeldpunkt den gleichen, hohen Öldruck. Üblicherweise kann der Öldruck zu kleinen Drehzahlen und Lasten hin abgesenkt werden. Erst bei Überschreiten einer entsprechenden, vorbestimmten Last- und Drehzahlschwelle wird auf die höhere zweite Druckstufe geschaltet. Der Öldruck wird somit dem aktuellen Bedarf der Brennkraftmaschinen angepasst. Die Leistungsaufnahme einer solchen zwei oder mehrstufigen Ölpumpe gegenüber einer einstufigen Ölpumpe ist geringer. Ein Problem der zweistufigen Ölpumpe ist die Diagnose des Stellmechanismus. Hierzu ist es bekannt, für jede Druckstufe einen eigenen Öldrucksensor zu verwenden. Die zwei bzw. mehrstufige Ölpumpe bedingt demnach mindestens einen zusätzlichen Drucksensor. Dieser zusätzliche Sensor bedingt entsprechende Kosten und benötigt Bauraum.
Die Überwachung eines Öldruckes mittels eines Drucksensors ist beispielsweise aus der DE 10 2005 050 775 A1 bekannt. In einem Motorölkreislauf für einen Verbrennungsmotor ist ein Drucksensor räumlich in eine Hydraulikkomponente integriert. Hierdurch kann ein sonst üblicher Druckschalter zum Überwachen eines vorhandenen Mindestdruckes entfallen, da das Ausgangssignal des integrierten Drucksensors zur Drucküberwachung herangezogen werden kann.
Aus der DE 198 25 288 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Nockenwellenversteller (Aktuator zum Verstellen der Nockenwelle) einen hydraulischen Flügelsteller aufweist, der die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verdreht und hierzu über ein elektrisch betätigbares Hydraulikventil mit Motoröl aus dem Motorölkreislauf beaufschlagt wird.
Aus der US 5 529 023 ist es bekannt, die Funktionsfähigkeit eines Nockenwellenverstellers anhand eines Verstellwinkels der Nockenwellenverstellung zu überwachen. Wird ein vorbestimmter Verstellwinkel nicht erreicht, so wird ein defekt im Nockenwellenversteller angenommen. Diese Überwachung wird jedoch ausgesetzt, wenn ein Öldruck in einem den Nockenwellenversteller versorgenden Ölkreislauf niedriger ist als ein vorbestimmter Wert. In diesem Fall wird auch die Nockenwellenverstellung an sich ausgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o. g. Art hinsichtlich des Bauteileaufwandes zu vereinfachen und gleichzeitig die Überwachung der Funktionsfähigkeit des Schaltmechanismus der Ölpumpe zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine erste Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle durch den Aktuator bestimmt wird, während die erste Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, wobei für mindestens eine zweite Öldruckstufe eine zweite Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle durch den Aktuator bestimmt wird, während die zweite Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, wobei mindestens eine Differenz zwischen der ersten und mindestens einer zweiten Verstellgeschwindigkeit bestimmt wird, wobei ein Schaltmechanismus der Ölpumpe zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen als in Ordnung eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz gleich oder größer als ein vorbestimmter Differenzwert ist, und der Schaltmechanismus der Ölpumpe zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen als defekt eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz kleiner als ein vorbestimmter Differenzwert ist.
Dies hat den Vorteil, dass eine Funktionsfähigkeit des Schaltmechanismus der Ölpumpe ohne zusätzliche Hardware ausschließlich mit vorhandenen Sensoren überwacht wird, wobei die Überwachung unabhängig von Toleranzen hinsichtlich einer Ölviskosität, der Ölpumpe, des Aktuators oder eines Ventils des Aktuators im Ölkreislauf ist.
Eine vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine unabhängige Überwachung der Funktionsfähigkeit des Schaltmechanismus der Ölpumpe ohne Kompensation beispielsweise von drehzahl- oder lastbedingten Schwankungen des Öldruckes erzielt man dadurch, dass die erste und mindestens eine zweite Verstellgeschwindigkeit bei einem identischen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt werden.
Eine zusätzliche Überwachung der Funktionsfähigkeit der Ölpumpe selbst erzielt man dadurch, dass in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, während dem die erste Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, der Öldruck von einem Drucksensor überwacht wird.
Eine aktive Diagnose des Schaltmechanismus der Ölpumpe für die verschiedenen Öldruckstufen erzielt man dadurch, dass nach einem Bestimmen der ersten Verstellgeschwindigkeit die Ölpumpe unabhängig vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf mindestens eine zweite Öldruckstufe umgeschaltet, die Nockenwelle verstellt und dabei die zweite Verstellgeschwindigkeit bestimmt wird.
Eine Prüfung des Schaltmechanismus der Ölpumpe für die verschiedenen Öldruckstufen bei definierten Zuständen der Brennkraftmaschine erzielt man dadurch, dass die erste und die zweite Verstellgeschwindigkeit bei mindestens einem vorbestimmten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmt werden, wobei unabhängig von dem Betriebspunkt die jeweilige Öldruckstufe umgeschaltet und die Nockenwelle verstellt wird.
Zur Einhaltung von Schadstoffgrenzwerten für die Brennkraftmaschine wird der mindestens eine vorbestimmte Betriebspunkt der Brennkraftmaschine derart gewählt, dass sich eine minimale Erhöhung von Schadstoffemissionen im Abgas ergibt.
Die Erfindung wird im Folgenden näher erläutert.
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Motorölkreislauf, welcher insbesondere zur Umlaufdruckschmierung ausgebildet ist. In den Motorölkreislauf zur Umlaufdruckschmierung sind regelbare Hydraulikkomponenten angeschlossen, deren für ihre Betätigung notwendiges Betriebsfluid durch das Motoröl des Motorölkreislaufes bereitgestellt wird. Die Regelung des Fluidstroms, also des die Hydraulikkomponente durchfließenden Motorölstromes, erfolgt durch elektrische Stellsignale einer Steuerelektronik. Eine derartige, regelbare Hydraulikkomponente ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller mit einem Hydraulikventil, welches beispielsweise als Magnetventil ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Aktuator für die Nockenwellenverstellung in den Motorölkreislauf integriert.
Der im Motorölkreislauf herrschende Öldruck wird durch eine mechanisch angetriebene Ölpumpe im Motorölkreislauf zur Verfügung gestellt. Die Ölpumpe weist einen Schaltmechanismus auf, um zwischen verschiedenen Öldruckstufen umzuschalten. Hierbei ist eine erste Öldruckstufe vorgesehen, bei der der Öldruck in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine in einem ersten Bereich zwischen einem ersten minimalen Öldruckwert (Öldruckniveau) und einem ersten maximalen Öldruckwert (Öldruckniveau) schwankt. Weiterhin ist mindestens eine zweite Öldruckstufe vorgesehen, bei der der Öldruck in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine in einem zweiten Bereich zwischen einem zweiten minimalen Öldruckwert (Öldruckniveau) und eine zweiten maximalen Öldruckwert (Öldruckniveau) schwankt. Hierbei ist der erste minimale Öldruckwert kleiner oder gleich dem zweiten minimalen Öldruckwert und der erste maximale Öldruckwert ist kleiner als der zweite maximale Öldruckwert. Für die erste Öldruckstufe ist ein Öldrucksensor zur Überwachung des Öldruckes vorgesehen.
Je nach Höhe des Öldruckes verstellt sich die Nockenwellenverstellung unterschiedlich schnell. Die sich einstellende Winkelgeschwindigkeit korreliert dabei mit dem Öldruck. Messbar ist die Winkelgeschwindigkeit, indem ein ausreichender Verstellbereich mit maximaler Ansteuerung des Magnetventils des Nockenwellenverstellers durchfahren wird. Die Winkelgeschwindigkeit ist zusätzlich noch abhängig von der Motordrehzahl und Öltemperatur und sollte über diese korrigiert werden. Sie liegt typischerweise in einem Bereich, der mit in Motorsteuerungen verfügbaren Einrichtungen gut und sicher messbar ist.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwellenverstellung zur Überwachung des Schaltmechanismus der Ölpumpe für verschiedenen Öldruckstufen heranzuziehen. Aufgrund der Toleranzkette betreffend insbesondere Ölviskosität, Pumpeneigenschaften, Nockenwellenversteller und Magnetventil wird nicht nur die Winkelgeschwindigkeit in der nicht vom verbleibenden Öldrucksensor überwachbaren zweiten Öldruckstufe bestimmt. Vielmehr ist es erfindungsgemäß vorgesehen auch bei der ersten Ödruckstufe, d. h. also in beiden Druckstufen, die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwellenverstellung zu vermessen bzw. zu bestimmen. Ist der Unterschied in den Winkelgeschwindigkeiten ausreichend ausgeprägt, d. h. größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellwert, so kann davon ausgegangen werden, dass der Schaltmechanismus der Ölpumpe ordnungsgemäß arbeitet. Die erste, niedrige Öldruckstufe wird vom Drucksensor überwacht. Die zweite Druckstufe wird überwacht, indem der oben beschriebene Vergleich der gemessenen Verstellgeschwindigkeit der Nockenwellenverstelleinrichtung bei verschiedenen Öldruckstufen ausgewertet wird. Ist die Geschwindigkeit der Nockenwellenverstellung in beiden Öldruckstufen identisch, kann davon ausgegangen werden, dass der Schaltmechanismus der Ölpumpe nicht ordnungsgemäß arbeitet. Die Ölpumpe kann in diesem Fall nur einen Druck bzw. eine Öldruckstufe einstellen.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem konstanten Betriebspunkt zunächst die erste und danach die zweite Öldruckstufe gefahren. Der Ausdruck ”konstanter Betriebspunkt” bezeichnet hierbei einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, bei dem nicht notwendigerweise eine der zweiten bzw. höheren Öldruckstufen und auch nicht notwendigerweise eine Nockenwellenverstellung erforderlich ist. Mit anderen Worten werden die Öldruckstufe und die Nockenwellenverstellung unabhängig vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt bzw. verändert. In beiden Druckstufen wird die Verstellgeschwindigkeit der Nockenwellenverstellung vermessen bzw. bestimmt und ausgewertet bzw. die Differenz bestimmt. Die Abhängigkeiten zur Öltemperatur und zum Last-Drehzahlpunkt werden auf diese Weise ausgeklammert. Die Auswirkungen auf die Emissionen durch die nicht optimale Nockenwellenposition während der Vermessung werden durch eine geeignete Wahl des konstanten Betriebspunktes beachtet.
Der Kosten- bzw. Bauraumnachteil eines zweiten Öldrucksensors für die zweite Öldruckstufe werden eingespart, da für die Überwachung, ob die zweite Druckstufe erreicht wird, kein zusätzlicher Öldrucksensor erforderlich ist. Es wird eine Kostenneutralität erzielt, da die Diagnose der zweiten Öldruckstufe auf bereits in der Verbrennungskraftmaschine vorhandenen Aktoren und Sensoren basiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005050775 A1 [0003]
DE 19825288 A1 [0004]
US 5529023 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei in einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine, insbesondere zur Druckumlaufschmierung, von einer Ölpumpe wahlweise eine erste Öldruckstufe mit einem ersten minimalen und maximalen Öldruckniveau und mindestens eine zweite Öldruckstufe mit einem zweiten minimalen und maximalen Öldruckniveau erzeugt wird, wobei das erste minimale Öldruckniveau kleiner oder gleich ist als das zweite minimale Öldruckniveau und das erste maximale Öldruckniveau kleiner ist als das zweite maximale Öldruckniveau, wobei eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine von einem Aktuator hydraulisch mittels eines Öldruckes aus dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle durch den Aktuator bestimmt wird, während die erste Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, wobei für mindestens eine zweite Öldruckstufe eine zweite Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle durch den Aktuator bestimmt wird, während die zweite Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, wobei mindestens eine Differenz zwischen der ersten und mindestens einer zweiten Verstellgeschwindigkeit bestimmt wird, wobei ein Schaltmechanismus der Ölpumpe zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen als in Ordnung eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz gleich oder größer als ein vorbestimmter Differenzwert ist, und der Schaltmechanismus der Ölpumpe zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen als defekt eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz kleiner als ein vorbestimmter Differenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und mindestens eine zweite Verstellgeschwindigkeit bei einem identischen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, während dem die erste Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, der Öldruck von einem Drucksensor überwacht wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Bestimmen der ersten Verstellgeschwindigkeit die Ölpumpe unabhängig vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf mindestens eine zweite Öldruckstufe umgeschaltet, die Nockenwelle verstellt und dabei die zweite Verstellgeschwindigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Verstellgeschwindigkeit bei mindestens einem vorbestimmten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmt werden, wobei Unabhängig von dem Betriebspunkt die jeweilige Öldruckstufe umgeschaltet und die Nockenwelle verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine vorbestimmte Betriebspunkt der Brennkraftmaschine derart gewählt wird, dass sich eine minimale Erhöhung von Schadstoffemissionen im Abgas ergibt.