DE102014014279A1

DE102014014279A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102014014279A1
Application number: DE102014014279.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Lengfeld; Markus Reiff
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-09-27
Filing date: 2014-09-27
Publication date: 2016-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Nockenwellensteller (10), der zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Nockenwelle (11) und einer Kurbelwelle (12) lediglich in eine erste Verstellrichtung aktiv ansteuerbar ist, und mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit (13), die dazu vorgesehen ist, den Nockenwellensteller (10) zur Verstellung der Phasenlage in die erste Verstellrichtung anzusteuern und zur Verstellung der Phasenlage in eine der ersten Verstellrichtung entgegengerichtete zweite Verstellrichtung eine Ansteuerung des Nockenwellenstellers (10) aufzuheben, wobei die Steuer- und/oder Regeleinheit (13) während einem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen ist, zunächst zumindest eine Zwischenphasenlage (14) und anschließend eine Motorstartphasenlage (15) anzufahren. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Nockenwellenverstellvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Nockenwellenverstellvorrichtung.
Es sind bereits Nockenwellenverstellvorrichtungen für Verbrennungsmotoren bekannt, die einen Nockenwellensteller, der zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle lediglich in eine erste Verstellrichtung aktiv ansteuerbar ist, und eine Steuer- oder Regeleinheit, die dazu vorgesehen ist, den Nockenwellensteller zur Verstellung der Phasenlage in die erste Verstellrichtung anzusteuern und zur Verstellung der Phasenlage in eine der ersten Verstellrichtung entgegengesetzte zweite Verstellrichtung eine Ansteuerung des Nockenwellenstellers aufzuheben, aufweisen.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Motorstart kostengünstig zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 und ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Anspruch 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenverstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Nockenwellensteller, der zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle lediglich in eine erste Verstellrichtung aktiv ansteuerbar ist, und mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit, die dazu vorgesehen ist, den Nockenwellensteller zur Verstellung der Phasenlage in die erste Verstellrichtung anzusteuern und zur Verstellung der Phasenlage in eine der ersten Verstellrichtung entgegengerichtete zweite Verstellrichtung eine Ansteuerung des Nockenwellenstellers aufzuheben.
Es wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit während einem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen ist, zunächst zumindest eine Zwischenphasenlage und anschließend eine Motorstartphasenlage anzufahren. Dadurch kann der Verbrennungsmotor mittels eines kostengünstigen Nockenwellenstellers bereits während dem Motorabstellvorgang optimal für einen zukünftigen Motorstart vorbereitet werden, wodurch der Motorstart insbesondere hinsichtlich einer Startfähigkeit, eines Startkomforts, einer Startzeit und/oder einer Startschadstoffemission verbessert werden kann. Durch die Zwischenphasenlage können Gaswechselventile des Verbrennungsmotors während dem Motorabstellvorgang für den zukünftigen Motorstart definiert betätigt und Zylinder des Verbrennungsmotors damit vorbereitet werden. Durch die Arbeitsphasenlage kann für den zukünftigen Motorstart bereits während dem Motorabstellvorgang und damit noch vor einem Kurbelwellenstillstand eine für den zukünftigen Motorstart vorteilhafte oder notwendige Phasenlage eingestellt werden. Dadurch kann realisiert werden, dass direkt nach dem Motorabstellvorgang die Zylinder und die Nockenwelle optimal für den zukünftigen Motorstart vorbereitet sind. Insbesondere kann eine maximale Zylinderfüllung für den zukünftigen Motorstart, bei gleichzeitiger Zylinderdekompression beim zukünftigen Motorstart realisiert werden. Auf eine Verstellung der Phasenlage nach dem Motorabstellvorgang und vor dem bevorstehenden Motorstart kann verzichtet werden. Durch das Anfahren der Zwischenphasenlage und der Motorstartphasenlage während dem Motorabstellvorgang kann eine durch eine Trägheit der Nockenwelle und der Kurbelwelle resultierende Restenergie in dem Verbrennungsmotor zur Verstellung der Phasenlage genutzt werden, wodurch auf teure Nockenwellensteller, insbesondere auf Nockenwellensteller, die einen Elektromotor als Stellglied aufweisen, verzichtet werden kann. Insbesondere kann ein Direktstart des Verbrennungsmotors realisiert werden, ohne teure Nockenwellensteller zu verwenden. Es kann eine Steuer- und/oder Regelstrategie für den kostengünstigen Nockenwellensteller bereitgestellt werden, wodurch der Motorstart kostengünstig verbessert werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Nockenwelle als eine Einlassnockenwelle ausgebildet ist, wodurch eine besonders vorteilhafte einlassseitige Steuer- und/oder Regelstrategie für den kostengünstigen Nockenwellensteller bereitgestellt werden kann. Die Steuer- und/oder Regelstrategie ist insbesondere dann von Vorteil, wenn häufige Motorstartvorgänge stattfinden, wie beispielsweise bei Start-Stopp-Systemen oder bei Hybridfahrzeugen.
Vorzugsweise ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, durch die Ansteuerung des Nockenwellenstellers und die Aufhebung der Ansteuerung des Nockenwellenstellers die Zwischenphasenlage und die Motorstartphasenlage anzufahren. Die Ansteuerung erfolgt vorzugsweise durch eine Bestromung. Die Phasenanlage ist vorzugsweise in beide Verstellrichtungen verstellbar, wobei die Verstellung in die erste Verstellrichtung aktiv erfolgt und die Verstellung in die zweite Verstellrichtung passiv erfolgt. Unter einer „aktiven Verstellung” soll insbesondere ein aktives Auslösen und/oder eine aktive Durchführung der Verstellung verstanden werden. Die aktive Verstellung erfolgt vorteilhaft lediglich während der Ansteuerung. Zum aktiven Auslösen der Verstellung stellt die Steuer- und/oder Regeleinheit durch Ansteuerung beispielsweise eine Wirkverbindung her, die ohne Ansteuerung fehlt. Zum aktiven Auslösen der Verstellung weist der Nockenwellensteller beispielsweise zumindest einen zu- und abschaltbaren Freilauf, eine Kupplung oder der Gleichen auf. Zum aktiven Durchführen der Verstellung stellt die Steuer- und/oder Regeleinheit durch Ansteuerung beispielsweise ein Stellmoment bereit, das ohne Ansteuerung fehlt. Zum aktiven Durchführen der Verstellung weist der Nockenwellensteller beispielsweise zumindest eine Bremse, eine hydraulische oder pneumatische Druckkammer oder der Gleichen auf. Unter „aktiv” soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, der mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit angesteuerter Aktorik durchgeführt wird. Unter „passiv” soll insbesondere ein selbstständiger Vorgang, d. h. ein Vorgang, der ohne eine mittels der Steuer- und/oder Regeleinheit angesteuerten Aktuatorik, durchgeführt wird, verstanden werden. Die passive Verstellung erfolgt beispielsweise durch eine Federkraft, ein Wechselmoment, ein Reibmoment, eine Trägheit und/oder der Gleichen. Unter einem „Motorabstellvorgang” soll insbesondere ein Vorgang verstanden werden, der durch eine Motorstoppanforderung, beispielsweise durch einen Zündschlüssel, ausgelöst und durch einen Bewegungsstopp der Kurbelwelle beendet wird. Während dem Motorstoppvorgang findet vorzugsweise keine Verbrennung in Brennräumen der Zylinder mehr statt. Aufgrund ihrer Trägheit führt die Kurbelwelle während dem Motorabstellvorgang vorzugsweise mindestens eine Umdrehung durch, bis sie durch eine austaumelnde Bewegung bis zum Stillstand vor und zurück schwingt. Dieser Stillstand der Kurbelwelle beendet vorzugsweise den Motorabstellvorgang. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Steuergerät verstanden werden. Unter einem „Steuergerät” soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren. Der Motorstart ist vorteilhaft als ein Wiederstart oder als ein Direktstart ausgebildet. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgebildet, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit während dem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen ist, zum Anfahren der Zwischenphasenlage den Nockenwellensteller anzusteuern und zum Anfahren der Motorstartphasenlage die Ansteuerung des Nockenwellenstellers aufzuheben. Dadurch kann die Zwischenphasenlage aktiv und die Motorstartphasenlage passiv eingestellt werden, wodurch die Zwischenphasenlage und die Motorstartphasenlage zuverlässig eingestellt werden können.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Nockenwellensteller zur Verstellung der Phasenlage in die zweite Verstellrichtung dazu vorgesehen ist, die Nockenwelle und die Kurbelwelle zumindest teilweise antriebstechnisch voneinander zu entkoppeln, wodurch die Trägheit der Nockenwelle zur passiven Verstellung in die zweite Verstellrichtung und damit zum Anfahren der Motorstartphasenlage genutzt werden kann. Vorzugsweise ist die passive Verstellung durch einen Endanschlag begrenzt.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, die Ansteuerung des Nockenwellenstellers während dem Motorabstellvorgang für zumindest eine Viertel Kurbelwellenumdrehung aufrechtzuerhalten. Dadurch kann die Zwischenphasenlage zuverlässig eingestellt werden, wodurch die Zylinder zuverlässig für den zukünftigen Motorstart vorbereitet, insbesondere befüllt werden können. Vorzugsweise wird die Zwischenphasenlage bewusst angefahren und aufrechterhalten, bevor die Motorstartphasenlage angefahren wird. Vorteilhaft ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, die Ansteuerung des Nockenwellenstellers während dem Motorabstellvorgang für zumindest eine halbe Kurbelwellenumdrehung aufrechtzuerhalten.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, die Ansteuerung des Nockenwellenstellers während dem Motorabstellvorgang frühestens bei einer gefilterten Kurbelwellendrehzahl von 40% einer Leerlaufdrehzahl aufzuheben, wodurch eine nachteilige Beeinflussung der durch die Zwischenphasenlage vorbereiteten Zylinder durch die Bewegung der Kurbelwelle vermieden werden kann. Vorteilhaft ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, die Ansteuerung des Nockenwellenstellers während dem Motorabstellvorgang frühestens bei einer gefilterten Kurbelwellendrehzahl von 20% einer Leerlaufdrehzahl, besonders vorteilhaft frühestens bei einer gefilterten Kurbelwellendrehzahl von 10% einer Leerlaufdrehzahl und ganz besonders vorteilhaft frühestens bei einer gefilterten Kurbelwellendrehzahl von 5% einer Leerlaufdrehzahl aufzuheben.
Um eine nachteilige Beeinflussung der vorbereiteten Zylinder zuverlässig zu vermeiden, ist es ferner vorteilhaft, wenn die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, die Ansteuerung des Nockenwellenstellers während der austaumelnden Bewegung der Kurbelwelle aufzuheben. Dadurch kann die Motorstartphasenlage während einem Energiezustand der Kurbelwelle angefahren werden, in dem eine Bewegungsenergie der Kurbelwelle nicht mehr ausreicht einen Totpunkt der Zylinder zu überwinden, wodurch realisiert werden kann, dass während der Verstellung von der Zwischenphasenlage in die Motorstartphasenlage der durch die Zwischenphasenlage eingestellter Zustand der Zylinder zumindest im Wesentlichen erhalten bleibt. Unter einer „austaumelnden Bewegung” soll insbesondere eine Bewegung der Kurbelwelle kurz vor Stillstand verstanden werden, durch die die Kurbelwelle hin und her schwingt, ohne eine vollständige Umdrehung durchzuführen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zwischenphasenlage und/oder die Motorstartphasenlage für den Direktstart des Verbrennungsmotors vorgesehen, wodurch auf einen elektrischen Anlasser verzichtet und Kosten eingespart werden können. Unter einem „Direktstart” soll insbesondere ein rein verbrennungsmotorischer Motorstart verstanden werden, der lediglich durch Verbrennungsenergie und damit vorzugsweise ohne eine elektrische Hilfsenergie durchgeführt wird. Grundsätzlich ist es denkbar, den Direktstart durch eine elektrische Hilfsenergie zu unterstützen.
Besonders vorteilhaft unterscheiden sich die Zwischenphasenlage und die Motorstartphasenlage um zumindest 50° Kurbelwellenwinkel voneinander, wodurch die Zwischenphasenlage zur Einstellung eines bestimmten Zustands der Zylinder während dem Motorabstellvorgang und die Motorstartphasenlage zur Voreinstellung einer bestimmten Betätigung von Gaswechselventilen für den zukünftigen Motorstart genutzt werden kann. Vorteilhaft unterscheiden sich die Zwischenphasenlage und die Motorstartphasenlage um zumindest 70° Kurbelwellenwinkel, besonders vorteilhaft um mindestens 90° Kurbelwellenwinkel und ganz besonders vorteilhaft um mindestens 100° Kurbelwellenwinkel voneinander.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Zwischenphasenlage als eine Frühstellung der Nockenwelle und die Motorstartphasenlage als eine Spätstellung der Nockenwelle ausgebildet ist. Dadurch kann zum einen eine maximale Füllung der Brennräume für den zukünftigen Motorstart und zum anderen ein geringes Widerstandsmoment durch verminderten Kolbeninnendruck in dem zukünftigen Motorstart gewährleistet werden, wodurch der Direktstart des Verbrennungsmotors realisiert werden kann. Die erste Verstellrichtung ist als eine Verstellung in Richtung „früh” und die zweite Verstellrichtung ist als eine Verstellung in Richtung „spät” ausgebildet.
Weiter wird ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Nockenwellenverstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung, vorgeschlagen, in dem ein lediglich in eine erste Verstellrichtung aktiv ansteuerbarer Nockenwellensteller zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle in die erste Verstellrichtung angesteuert und zur Verstellung der Phasenlage in eine der ersten Verstellrichtung entgegengerichtete zweite Verstellrichtung eine Ansteuerung des Nockenwellenstellers aufgehoben wird, wobei während einem Motorabstellvorgang zunächst zumindest eine Zwischenphasenlage und anschließend eine Motorstartphasenlage angefahren wird. Dadurch kann eine Steuer- und/oder Regelstrategie für den Motorabstellvorgang bereitgestellt werden, durch die optimierte Motorstartvorgänge realisiert werden können.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 schematisch einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle sowie einer Nockenwellenverstellvorrichtung, die einen zur Verstellung einer Phasenlage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle vorgesehenen Nockenwellensteller aufweist,
2 einen Phasenlagenverlauf während einem beispielhaften Motorabstellvorgang,
3 einen Bestromungsverlauf des Nockenwellenstellers während dem beispielhaften Motorabstellvorgang und
4 einen Kurbelwellendrehzahlverlauf während dem beispielhaften Motorabstellvorgang.
1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs. Der Verbrennungsmotor weist zur Betätigung von Gaswechselventilen 18 eine Nockenwelle 11 auf. Ferner weist der Verbrennungsmotor eine Kurbelwelle 12 auf, die antriebstechnisch an die Nockenwelle 11 angebunden ist. Zur Steuerung der Betätigung der Gaswechselventile 18 während einem Betrieb des Verbrennungsmotors weist der Verbrennungsmotor eine Nockenwellenverstellvorrichtung auf. Zur Steuerung der Betätigung ist eine Phasenlage zwischen der Nockenwelle 11 und der Kurbelwelle 12 verstellbar. Zur Verstellung der Phasenlage ist die Nockenwelle 11 in eine Verstellrichtung „früh” und in eine Verstellrichtung „spät” verdrehbar. Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist einen Frühanschlag 16 und einen Spätanschlag 17 auf, zwischen denen die Nockenwelle 11 verdrehbar ist. Durch die Verdrehung der Nockenwelle 11 sind insbesondere Ventilöffnungszeiten der Gaswechselventile 18 veränderbar. Die Nockenwelle 11 ist als eine Einlassnockenwelle ausgebildet. Sie ist zur Betätigung von Einlassventilen vorgesehen. Demnach sind die Gaswechselventile 18 als Einlassventile ausgebildet.
Zur Verstellung der Phasenlage zwischen der Nockenwelle 11 und der Kurbelwelle 12 weist die Nockenwellenverstellvorrichtung einen passiven Nockenwellensteller 10 auf. Der Nockenwellensteller 10 ist zur Verstellung der Phasenlage lediglich in eine erste Verstellrichtung aktiv ansteuerbar. Eine Verstellung in eine der ersten Verstellrichtung entgegengerichtete zweite Verstellrichtung erfolgt passiv. Die Verstellung in die zweite Verstellrichtung erfolgt durch fehlende Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10. Zur Verstellung der Phasenlage in die zweite Verstellrichtung und damit zur passiven Verstellung ist der Nockenwellensteller 10 dazu vorgesehen, die Nockenwelle 11 und die Kurbelwelle 12 antriebstechnisch voneinander zu entkoppeln. Durch die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 verdreht sich die Nockenwelle 11 in die erste Verstellrichtung. Die erste Verstellrichtung ist als die Verstellrichtung „früh” ausgebildet. Die Verdrehung der Nockenwelle 11 in die erste Verstellrichtung ist durch den Frühanschlag 16 begrenzt. Durch die antriebstechnische Entkopplung der Nockenwelle 11 von der Kurbelwelle 12 verdreht sich die Nockenwelle 11 aufgrund ihrer Trägheit in die zweite Verstellrichtung. Die zweite Verstellrichtung ist als die Verstellrichtung „spät” ausgebildet. Die Verdrehung der Nockenwelle 11 in die zweite Verstellrichtung ist durch den Spätanschlag 17 begrenzt.
Der Nockenwellensteller 10 weist ein Summiergetriebe 19 und eine zur Bereitstellung eines Stellmoments vorgesehene Bremse 20 auf. Das Stellmoment zur aktiven Verstellung der Phasenlage in die erste Verstellrichtung ist als ein Bremsmoment ausgebildet. Das Stellmoment ist durch die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 einstellbar. Das Summiergetriebe 19 umfasst ein Antriebselement 21, das an die Kurbelwelle 12 angebunden ist, ein Abtriebselement 22, das an die Nockenwelle 11 angebunden ist, und ein Stellelement 23, das mit dem Stellmoment beaufschlagbar ist. Die Bremse 20 ist dazu vorgesehen, zur Verstellung der Phasenlage das Stellelement 23 abzubremsen. Die Bremse 20 ist elektrisch ansteuerbar. Das Summiergetriebe 19 ist als ein Planetenradgetriebe ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Antriebselement 21 als ein Planetenradträger, das Abtriebselement 22 als ein Hohlrad und das Stellelement 23 als ein Sonnenrad ausgebildet.
Zur Anbindung des Antriebselements 21 an die Kurbelwelle 12 weist der Verbrennungsmotor ein mit dem Antriebselement 21 verbundenes Umschlingungsrad 24 und ein mit der Kurbelwelle 12 verbundenes Umschlingungsrad 25 auf. Ferner weist der Verbrennungsmotor ein Umschlingungsmittel 26 auf, die die Umschlingungsräder 24, 25 antriebstechnisch miteinander verbindet. Das Umschlingungsmittel 26 ist als eine Kette ausgebildet. Die Umschlingungsräder 24, 25 sind jeweils als ein Kettenrad ausgebildet. Grundsätzlich kann das Umschlingungsmittel 26 als ein Riemen und die Umschlingungsräder 24, 25 jeweils als ein Riemenrad ausgebildet sein.
Zur Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Steuer- und Regeleinheit 13 auf, die steuerungstechnisch an den Nockenwellensteller 10 angebunden ist. Die Steuer- und Regeleinheit 13 ist zur Bestromung des Nockenwellenstellers 10 vorgesehen. Sie ist zur Bestromung der Bremse 20 vorgesehen. Durch die Bestromung ist das auf das Stellelement 23 wirkende Stellmoment einstellbar. Die Steuer- und Regeleinheit 13 ist dazu vorgesehen, den Nockenwellensteller 10 zur Verstellung der Phasenlage in die erste Verstellrichtung anzusteuern und zur Verstellung der Phasenlage in die zweite Verstellrichtung die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 aufzuheben. Zur Verstellung der Phasenlage in die erste Verstellrichtung ist die Steuer- und Regeleinheit 13 dazu vorgesehen, den Nockenwellensteller 10 zu bestromen. Zur Verstellung der Phasenlage in die zweite Verstellrichtung ist die Steuer- und Regeleinheit 13 dazu vorgesehen, die Bestromung des Nockenwellenstellers 10 aufzuheben.
Um den Verbrennungsmotor optimal zu starten ist die Steuer- und Regeleinheit 13 während einem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen, durch Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 zunächst eine Zwischenphasenlage 14 und anschließend durch Aufhebung der Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 eine Motorstartphasenlage 15 anzufahren (vgl. 2, 3 und 4). Zur Einstellung der Zwischenphasenlage 14 wird die Nockenwelle 11 aktiv in die erste Verstellrichtung und zur Einstellung der Motorstartphasenlage 15 passiv in zweite Verstellrichtung verdreht. Die Steuer- und Regeleinheit 13 ist während dem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen, den Nockenwellensteller 10 zur Einstellung der Zwischenphasenlage 14 anzusteuern und anschließend zur Einstellung der Motorstartphasenlage 15 die Ansteuerung des. Nockenwellenstellers 10 aufzuheben. Zum Einstellen der Motorstartphasenlage 15 werden in dem Motorabstellvorgang Trägheitskräfte der Nockenwelle 11 und der Kurbelwelle 12 genutzt. Zum zügigen und zuverlässigen Anfahren der Zwischenphasenlage 14 bestromt die Steuer- und Regeleinheit 13 den Nockenwellensteller 10 während dem Motorabstellvorgang maximal. Die Steuer- und Regeleinheit 13 ist während dem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen, eine Verstellrichtung zu ändern. Sie ist während dem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen, von der ersten Verstellrichtung in die zweite Verstellrichtung zu wechseln. Die Motorstartphasenlage 15 ist als eine Abstellphasenlage ausgebildet, bei der eine Verbrennung zum Motorstart eingeleitet wird. Auf eine Verstellung der Phasenlage ausgehend von der Motorstartphasenlage 15 zum Starten des Verbrennungsmotors wird verzichtet.
Die Zwischenphasenlage 14 ist als eine Frühstellung der Nockenwelle 11 und die Motorstartphasenlage 15 als eine Spätstellung der Nockenwelle 11 ausgebildet. Die Steuer- und Regeleinheit 13 ist während dem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen, durch die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 die Nockenwelle 11 zunächst in die Verstellrichtung „früh” und anschließend durch die Aufhebung der Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 die Nockenwelle 11 in die Verstellrichtung „spät” zu verstellen. Die Zwischenphasenlage 14 und die Motorstartphasenlage 15 unterscheiden sich wesentlich voneinander. Die Zwischenphasenlage 14 und die Motorstartphasenlage 15 unterscheiden sich um zumindest 100° Kurbelwellenwinkel voneinander. In der Zwischenphasenlage 14 ist die Nockenwelle 11 bis zu dem Frühanschlag 16 verdreht.
Durch die Zwischenphasenlage 14 wird während dem Motorabstellvorgang eine maximale Füllung von Brennräumen nicht dargestellter Zylinder des Verbrennungsmotors gewährleistet. Durch die Motorstartphasenlage 15 werden die Zylinder dekomprimiert, wodurch ein Widerstandsmoment aufgrund eines verminderten Kolbeninnendrucks gesenkt wird. Die Zwischenphasenlage 14 ist zur Zylinderbefüllung und die Motorstartphasenlage 15 zur Zylinderdekomprimierung vorgesehen. Die Zwischenphasenlage 14 und die Motorstartphasenlage 15 sind für einen Direktstart des Verbrennungsmotors vorgesehen. Die Zwischenphasenlage 14 und die Motorstartphasenlage 15 sind derart gewählt, sodass der Verbrennungsmotor ohne elektrische Hilfsenergie, insbesondere ohne einen Anlasser startet.
Die Steuer- und Regeleinheit 13 ist während dem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen, den Nockenwellensteller 10 so lang wie möglich anzusteuern und die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 so spät wie möglich aufzuheben. Sie ist während dem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen, die Zwischenphasenlage 14 der Nockenwelle 11 so lang wie möglich aufrechtzuerhalten und die Motorstartphasenlage 15 der Nockenwelle 11 so spät wie möglich anzufahren. Die Steuer- und Regeleinheit 13 hält die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 während dem Motorabstellvorgang für zumindest eine halbe Kurbelwellenumdrehung aufrecht. Sie ist dazu vorgesehen, die Zwischenphasenlage 14 während dem Motorabstellvorgang für zumindest eine halbe Kurbelwellenumdrehung aufrechtzuerhalten. Die Steuer- und Regeleinheit 13 hebt die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 während dem Motorabstellvorgang frühestens bei einer gefilterten Kurbelwellendrehzahl von 10% einer Leerlaufdrehzahl auf. Sie ist dazu vorgesehen, die Motorstartphasenlage 15 während dem Motorabstellvorgang frühestens bei einer gefilterten Kurbelwellendrehzahl von 10% einer Leerlaufdrehzahl anzufahren.
Die Steuer- und Regeleinheit 13 hält die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 mindestens während eines Drittels des Motorabstellvorgangs aufrecht. Sie ist dazu vorgesehen, die Zwischenphasenlage 14 mindestens während eines Drittels des Motorabstellvorgangs aufrechtzuerhalten. Vorteilhaft ist die Steuer- und Regeleinheit dazu vorgesehen, die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 mindestens während einer Hälfte des Motorabstellvorgangs aufrechtzuerhalten. Die Begriffe „ein Drittel des Motorabstellvorgangs” und „eine Hälfte des Motorabstellvorgangs” sind insbesondere auf eine zeitliche Dauer des Motorabstellvorgangs bezogen. Dauert der Motorabstellvorgang beispielsweise eine Sekunde, so wird die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 mindestens für 0,33 Sekunden bzw. 0,5 Sekunden aufrechterhalten.
Die Steuer- und Regeleinheit 13 hebt während dem Motorabstellvorgang die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 frühestens nach 60%-igen Fortschritt des Motorabstellvorgangs auf. Sie ist während dem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen, die Motorstartphasenlage 15 frühestens nach 60%-igen Fortschritt des Motorabstellvorgangs anzufahren. Vorteilhaft ist die Steuer- und Regeleinheit 13 während dem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen, die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 frühestens nach 70%-igen Fortschritt des Motorabstellvorgangs und besonders vorteilhaft nach 80%-igen Fortschritt des Motorabstellvorgangs aufzuheben. Die Begriffe „60%-iger Fortschritt des Motorabstellvorgangs”, „70%-iger Fortschritt des Motorabstellvorgangs” und „80%-iger Fortschritt des Motorabstellvorgangs” sind insbesondere auf eine zeitliche Dauer des Motorabstellvorgangs bezogen. Dauert der Motorabstellvorgang beispielsweise eine Sekunde, so wird die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 frühestens nach 0,6 Sekunden, 0,7 Sekunden bzw. 0,8 Sekunden aufgehoben. Die Steuer- und Regeleinheit 13 fährt die Motorstartphasenlage 15 während einer austaumelnden Bewegung der Kurbelwelle 12 an. Sie hebt die Ansteuerung des Nockenwellenstellers 10 während der austaumelnden Bewegung der Kurbelwelle 12 auf.
In den 2 bis 4 ist ein beispielhafter Motorabstellvorgang dargestellt. In der 2 ist eine Phasenlage der Nockenwelle 11 über eine Zeit aufgetragen. In der 2 ist ein Phasenlagenverlauf 27 während dem Motorabstellvorgang dargestellt. In der 3 ist eine Stromstärke der Bestromung des Nockenwellenstellers 10 über die Zeit aufgetragen. In der 3 ist ein Bestromungsverlauf 28 während dem Motorabstellvorgang dargestellt. In der 4 sind eine Kurbelwellendrehzahl und ein Kurbelwellenwinkel über die Zeit aufgetragen. In der 4 ist ein ungefilterter Kurbelwellendrehzahlverlauf 29, ein gefilterter Kurbelwellendrehzahlverlauf 30 und ein Kurbelwellenwinkelverlauf 31 während dem Motorabstellvorgang dargestellt.
In einem Zeitpunkt 32 stellt die Steuer- und Regeleinheit 13 eine Bestromung des Nockenwellenstellers 10 mit einer konstanten Stromstärke ein. In einem Zeitpunkt 33 hebt die Steuer- und Regeleinheit 13 diese Bestromung auf, wodurch sich die Nockenwelle 11 ausgehend von der Zwischenphasenlage 14 in die Motorstartphasenlage 15 verdreht. Die Steuer- und Regeleinheit 13 stellt die konstante Bestromung des Nockenwellenstellers 10 für eine Zeitdauer 34 ein, während der die Zwischenphasenlage 14 eingestellt ist. Diese Zeitdauer 34 beträgt ungefähr 40% einer gesamten Zeitdauer des Motorabstellvorgangs. Während der Zeitdauer 34 führt die Kurbelwelle 12 ungefähr eine halbe Umdrehung durch. In einem Zeitpunkt 35 durchschreitet die Kurbelwellendrehzahl zum ersten Mal seinen Nullpunkt 36, wodurch die Kurbelwelle 12 zu taumeln beginnt. Ab dem Zeitpunkt 35 befindet sich die Kurbelwelle 12 in der austaumelnden Bewegung. Der Zeitpunkt 35 liegt innerhalb der Zeitdauer 34. Die Steuer- und Regeleinheit 13 hebt die Bestromung des Nockenwellenstellers 10 zum Anfahren der Motorstartphasenlage 15 nach dem Zeitpunkt 35 auf. In dem Zeitpunkt 33 befindet sich die Kurbelwelle 12 somit in der austaumelnden Bewegung, wodurch genug Energie zur passiven Verstellung der Phasenlage in die Motorstartphasenlage 15 vorhanden ist, diese aber nicht mehr ausreicht um einen nachfolgenden oberen Kolbentotpunkt zu überschreiten. Dadurch ändert sich auch nicht die durch die Zwischenphasenlage 14 eingestellte Füllung der zur Zündung vorgesehenen Brennräume. Die zur Zündung vorgesehenen Zylinder befinden sich dabei in einem Expansions- und Kompressionstakt. Die Zylinder im oberen Kolbentotpunkt werden durch die Motorstartphasenlage 15 komprimiert. Dadurch ist die maximale Füllung der Zylinder gewährleistet und die Dekompression der Zylinder im zukünftigen Motorstart sichergestellt, wodurch der Direktstart des Verbrennungsmotors durchgeführt werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Nockenwellensteller
11: Nockenwelle
12: Kurbelwelle
13: Steuer- und Regeleinheit
14: Zwischenphasenlage
15: Motorstartphasenlage
16: Frühanschlag
17: Spätanschlag
18: Gaswechselventil
19: Summiergetriebe
20: Bremse
21: Antriebselement
22: Abtriebselement
23: Stellelement
24: Umschlingungsrad
25: Umschlingungsrad
26: Umschlingungsmittel
27: Phasenlagenverlauf
28: Bestromungsverlauf
29: Kurbelwellendrehzahlverlauf
30: Kurbelwellendrehzahlverlauf
31: Kurbelwellenwinkelverlauf
32: Zeitpunkt
33: Zeitpunkt
34: Zeitdauer
35: Zeitpunkt
36: Nullpunkt

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Nockenwellensteller (10), der zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Nockenwelle (11) und einer Kurbelwelle (12) lediglich in eine erste Verstellrichtung aktiv ansteuerbar ist, und mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit (13), die dazu vorgesehen ist, den Nockenwellensteller (10) zur Verstellung der Phasenlage in die erste Verstellrichtung anzusteuern und zur Verstellung der Phasenlage in eine der ersten Verstellrichtung entgegengerichtete zweite Verstellrichtung eine Ansteuerung des Nockenwellenstellers (10) aufzuheben, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (13) während einem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen ist, zunächst zumindest eine Zwischenphasenlage (14) und anschließend eine Motorstartphasenlage (15) anzufahren.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (13) während dem Motorabstellvorgang dazu vorgesehen ist, zum Anfahren der Zwischenphasenlage (14) den Nockenwellensteller (10) anzusteuern und zum Anfahren der Motorstartphasenlage (15) die Ansteuerung des Nockenwellenstellers (10) aufzuheben.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellensteller (10) zur Verstellung der Phasenlage in die zweite Verstellrichtung dazu vorgesehen ist, die Nockenwelle (11) und die Kurbelwelle (12) zumindest teilweise antriebstechnisch voneinander zu entkoppeln.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (13) dazu vorgesehen ist, die Ansteuerung des Nockenwellenstellers (10) während dem Motorabstellvorgang für zumindest eine Viertel Kurbelwellenumdrehung aufrechtzuerhalten.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (13) dazu vorgesehen ist, die Ansteuerung des Nockenwellenstellers (10) während dem Motorabstellvorgang frühestens bei einer gefilterten Kurbelwellendrehzahl von 40% einer Leerlaufdrehzahl aufzuheben.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit (13) dazu vorgesehen ist, die Ansteuerung des Nockenwellenstellers (10) während einer austaumelnden Bewegung der Kurbelwelle (12) aufzuheben.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenphasenlage (14) und/oder die Motorstartphasenlage (15) für einen Direktstart des Verbrennungsmotors vorgesehen sind.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenphasenlage (14) und die Motorstartphasenlage (15) sich um zumindest 50° Kurbelwellenwinkel voneinander unterscheiden.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenphasenlage (14) als eine Frühstellung der Nockenwelle (11) und die Motorstartphasenlage (15) als eine Spätstellung der Nockenwelle (11) ausgebildet ist.
Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Nockenwellenverstellvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem ein lediglich in eine erste Verstellrichtung aktiv ansteuerbarer Nockenwellensteller (10) zur Verstellung einer Phasenlage zwischen einer Nockenwelle (11) und einer Kurbelwelle (12) in die erste Verstellrichtung angesteuert und zur Verstellung der Phasenlage in eine der ersten Verstellrichtung entgegengerichtete zweite Verstellrichtung eine Ansteuerung des Nockenwellenstellers (10) aufgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass während einem Motorabstellvorgang zunächst zumindest eine Zwischenphasenlage (14) und anschließend eine Motorstartphasenlage (15) angefahren wird.