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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die eine Kurbelwelle und wenigstens eine Nockenwelle aufweist, wobei zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle ein Phasenversatz vorliegt, der mittels eines von einem Elektromotor angetriebenen Nockenwellenstellers einstellbar und mit Hilfe eines Kurbelwellensignalgebers und eines Nockenwellensignalgebers zur Synchronisation bestimmbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine.
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Die Brennkraftmaschine dient dem Bereitstellen eines Drehmoments, insbesondere eines auf das Antreiben eines Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. Sie verfügt über die Kurbelwelle, mit welcher vorzugsweise mehrere Kolben jeweils über eine Pleuelstange wirkverbunden sind. Weiterhin weist die Brennkraftmaschine die wenigstens eine Nockenwelle auf. Selbstverständlich können auch mehrere Nockenwellen vorgesehen sein. Die Nockenwelle dient der Ansteuerung beziehungsweise Betätigung wenigstens eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine. Sind mehrere Nockenwellen vorgesehen, so kann eine der Nockenwellen der Betätigung von als Gaseinlassventilen vorliegenden Gaswechselventilen und eine andere der Nockenwellen zur Betätigung von als Gasauslassventilen ausgestalteten Gaswechselventilen vorgesehen sein.
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Die Nockenwelle wird üblicherweise von der Kurbelwelle angetrieben und ist zu diesem Zweck mit dieser wirkverbunden. Beispielsweise erfolgt das Antreiben der Nockenwelle mit einer Drehzahl, welche halb so groß ist wie die Drehzahl der Kurbelwelle. Zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle ist hierzu eine entsprechende Übersetzung vorgesehen. Die hier beschriebene Brennkraftmaschine verfügt über einen variablen Ventiltrieb. Dazu ist der Nockenwellensteller vorgesehen, mittels welchem ein zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle vorliegende Phasenversatz eingestellt beziehungsweise verstellt werden kann. Der Nockenwellensteller wird zum Verstellen des Phasenversatzes von dem Elektromotor angetrieben. Der Nockenwellensteller liegt vorzugsweise in der Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle vor.
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Weiterhin verfügt die Brennkraftmaschine über den Kurbelwellensignalgeber und den Nockenwellensignalgeber. Der Kurbelwellensignalgeber ist dazu ausgebildet, eine Drehwinkellage der Nockenwelle beziehungsweise einen Kurbelwellenwinkel zu ermitteln, während der Nockenwellensignalgeber zur Ermittlung der Drehwinkellage der Nockenwelle beziehungsweise eines Nockenwellenwinkels vorgesehen ist. Sind die Drehwinkellagen der Kurbelwelle sowie der Nockenwelle zu einem bestimmten Zeitpunkt bekannt, also mit Hilfe des Kurbelwellensignalgebers und des Nockenwellensignalgebers bestimmt, so kann aus ihnen zur Synchronisation der Brennkraftmaschine der Phasenversatz ermittelt werden. Unter der Synchronisation ist die Zuordnung einer bestimmten Drehwinkellage der Nockenwelle zu einer bestimmten Drehwinkellage der Kurbelwelle zu verstehen, wobei die Differenz zwischen den Drehwinkellagen dem Phasenversatz entspricht. Erst bei bekanntem Phasenversatz und mithin nach erfolgter Synchronisation ist ein Betreiben der Brennkraftmaschine in bestimmungsgemäßem Umfang möglich.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 196 50 249 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Einrichtung zur Erfassung des Verdrehwinkels und/oder des Ventilhubs bei einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Einlassventil pro Zylinder und zwei Nockenwellen. Die beiden Nockenwellen sind miteinander über Koppelmittel verbunden, die wenigstens eine weitere Welle umfassen. Durch Abtastung von wenigstens zwei mit den entsprechenden Wellen verbundenen Geberrädern und unter Berücksichtigung der bekannten Phasenbeziehungen zwischen den ausgewählten Wellen lässt sich der Verdrehwinkel zwischen der ersten und der zweiten Nockenwelle ermitteln und bei bekanntem variablen Ventilhub-Ventiltrieb aus dem Verdrehwinkel der Ventilhub ermitteln.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere einen zuverlässigen Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere ohne Leistungsreduzierung, bei Ausfall des Nockenwellensignalgebers ermöglicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass in wenigstens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Phasenversatz mittels wenigstens eines Kommutierungssensors des Elektromotors ermittelt wird. Der Kommutierungssensor ist Bestandteil des Elektromotors; vorzugsweise weist der Elektromotor mehrere Kommutierungssensoren auf. Der Kommutierungssensor wird zur Kommutierung des Elektromotors, also zur drehwinkellageabhängigen Ansteuerung von Wicklungen des Elektromotors, herangezogen. Der Kommutierungssensor kann hierbei grundsätzlich zunächst beliebig ausgestaltet sein. Er muss lediglich dafür geeignet sein, die Drehwinkellage eines Rotors des Elektromotors zuverlässig zu bestimmen.
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Aus der Drehwinkellage des Elektromotors kann auf den Phasenversatz geschlossen werden, insbesondere durch eine integrale Ermittlung ausgehend von einem bekannten Phasenversatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle. Eine derartige Vorgehensweise ist vor allem hilfreich, falls die Drehwinkellage der Nockenwelle vorübergehend nicht bekannt ist, beispielsweise aufgrund eines Softwarefehlers oder eines Steuergeräte-Resets, oder nicht ermittelt werden kann, beispielsweise aufgrund eines Defekts des Nockenwellensignalgebers. In derartigen Betriebszuständen war es bislang notwendig, einen Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine einzuleiten, in welchem ihre zur Verfügung stehende Leistung drastisch reduziert ist. Eine solche Leistungsreduzierung kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorgehensweise vermieden werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Kommutierungssensor ein Hallsensor und/oder als Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor verwendet wird. Die Verwendung des bürstenlosen Gleichstrommotors hat zahlreiche Vorteile, insbesondere ist ein derartiger Nockenwellensteller wartungsarm. Zudem ermöglicht der elektromotorisch angetriebene Nockenwellensteller ein genaueres und schnelleres Einstellen des gewünschten Phasenversatzes zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle als beispielsweise ein hydraulisch betätigter Nockenwellensteller. Der bürstenlose Gleichstrommotor weist den wenigstens einen Hallsensor auf, beispielsweise mehrere Hallsensoren, insbesondere mindestens drei Hallsensoren.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Ermitteln des Phasenversatzes mittels des Kommutierungssensors eine Endanschlagsposition des Nockenwellenstellers angefahren wird, die einem definierten Phasenversatz zugeordnet ist. Mit Hilfe des Kommutierungssensors kann zunächst lediglich die Drehwinkellage des Elektromotors beziehungsweise dessen Rotors bezüglich seines Stators ermittelt werden. Um hieraus den Phasenversatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu ermitteln, muss zunächst die Nockenwelle in eine bekannte Drehwinkellage beziehungsweise einen bekannten Phasenversatz zu der Kurbelwelle gebracht werden, sodass der definierte Phasenversatz vorliegt.
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Zu diesem Zweck weist der Nockenwellensteller den Endanschlag auf, welcher der Endanschlagsposition zugeordnet ist. Ausgehend von der Endanschlagsposition kann der Phasenversatz zwischen der Kurbelwelle und Nockenwelle verstellt werden und gleichzeitig anhand des Kommutierungssensors der Phasenversatz, beispielsweise zur Synchronisierung der Brennkraftmaschine, genau bestimmt werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Anfahren der Endanschlagsposition vor einem Start der Brennkraftmaschine oder während des Betriebs der Brennkraftmaschine, insbesondere während eines Schubbetriebs, erfolgt. Vorzugsweise wird das Anfahren der Endanschlagsposition so selten. wie möglich durchgeführt, insbesondere während die Brennkraftmaschine ein Drehmoment bereitstellt beziehungsweise bereitstellen soll. Mit dem Anfahren der Endanschlagsposition geht üblicherweise eine Reduzierung der Leistung der Brennkraftmaschine und mithin eine Reduzierung des bereitgestellten Drehmoments einher.
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Daher ist es vorgesehen, dass das Anfahren der Endanschlagsposition bereits vor dem Starten der Brennkraftmaschine vorgenommen wird und nachfolgend der Phasenversatz permanent mittels des Kommutierungssensors ermittelt wird. Entsprechend kann es vorgesehen sein, dass der Phasenversatz gleichzeitig mit Hilfe des Kurbelwellensignalgebers und des Nockenwellensignalgebers einerseits und mit Hilfe des wenigstens einen Kommutierungssensors andererseits ermittelt wird.
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Auf dieser Grundlage kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Plausibilisierung des jeweils erhaltenen Phasenversatzes vorgenommen werden. Tritt eine Abweichung zwischen den Phasenversätzen auf, so kann erneut die Endanschlagsposition des Nockenwellenstellers angefahren werden und anschließend der Phasenversatz erneut einerseits mit Hilfe des Kurbelwellensignalgebers und des Nockenwellensignalgebers und andererseits mit Hilfe des Kommutierungssensors bestimmt werden. Tritt weiterhin eine Abweichung auf, so wird nachfolgend die Brennkraftmaschine allein auf Grundlage des Phasenversatzes betrieben, welche mittels des Kommutierungssensors erhalten wurde. Gleichzeitig wird auf einen Defekt des Nockenwellensignalgebers geschlossen.
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Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass das Anfahren der Endanschlagsposition während des Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgt, wie bereits vorstehend angedeutet wurde. Besonders vorteilhaft erfolgt dies lediglich während des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine, während welchem diese kein oder ein negatives Drehmoment bereitstellt, also beispielsweise geschleppt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Starten der Brennkraftmaschine, insbesondere mittels eines Starters, erst zugelassen wird, wenn die Endanschlagsposition vorliegt oder angefahren wurde. Das Starten der Brennkraftmaschine, zum Beispiel mithilfe des Starters, wird insoweit verhindert, bis die Endanschlagsposition wenigstens einmalig angefahren wurde. Beispielsweise ist es vorgesehen, die Endanschlagsposition anzufahren und nachfolgend einen Phasenversatz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle einzustellen, welche nicht dem Phasenversatz entspricht, der der Endanschlagsposition zugeordnet ist. Insoweit wird der Phasenversatz auf einen Vorgabewert eingestellt, welcher beispielsweise ideal für das Starten der Brennkraftmaschine ist. Erst anschließend wird das Starten der Brennkraftmaschine zugelassen. Beispielsweise erfolgt das Starten der Brennkraftmaschine mit Hilfe des Starters, es kann jedoch auch auf beliebige andere Art und Weise durchgeführt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Anfahren der Endanschlagsposition der Phasenversatz auf einen Vorgabewert eingestellt wird. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Der Nockenwellensteller verharrt insoweit nicht in der Endanschlagsposition, sondern wird vielmehr aus dieser heraus verfahren, wobei der Phasenversatz nachfolgend dem Vorgabewert entsprechen soll. Beispielsweise wird der Phasenversatz auf den Vorgabewert gesteuert und/oder geriegelt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorsehen, dass bei dem Ermitteln des Phasenversatzes eine Übersetzung des Nockenwellenstellers berücksichtigt wird. Üblicherweise ist zwischen dem Elektromotor und dem Nockenwellensteller eine von eins verschiedene Übersetzung vorgesehen, welche vorzugsweise mit Hilfe eines Getriebes erzielt wird. Das Getriebe liegt dabei in der Wirkverbindung zwischen dem Elektromotor und dem Nockenwellensteller vor. Üblicherweise wird der Elektromotor mit einer deutlich höheren Drehzahl, jedoch einem kleineren Drehmoment betrieben, als es zum Einstellen des Nockenwellenstellers notwendig ist. Die entsprechende Umsetzung wird mit Hilfe des Getriebes vorgenommen. Dies muss jedoch bei dem Ermitteln des Phasenversatzes berücksichtigt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der definierte Phasenversatz in Bezug zu einem oberen Zündtotpunkt eines Zylinders der Brennkraftmaschine festgelegt ist. Der obere Zündtotpunkt (ZOT) bezeichnet eine Drehwinkellage der Kurbelwelle, in welcher der in dem Zylinder angeordnete Kolben eine bestimmte Position einnimmt, nämlich in dem oberen Zündtotpunkt vorliegt. Als Zylinder wird beispielsweise stets ein bestimmter Zylinder der Brennkraftmaschine, insbesondere der erste Zylinder, verwendet. Wird also die Endanschlagsposition angefahren, so ist der Phasenversatz der Nockenwelle und mithin der Ansteuerzeitpunkt der Ventile in Bezug zu der bestimmten Drehwinkellage der Kurbelwelle, welche dem oberen Zündtotpunkt des Zylinders entspricht, bekannt.
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Schließlich ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Betriebszustand ein Notlaufbetriebszustand ist, der bei einem Defekt des Nockenwellensignalgebers eingeleitet wird. Vorstehend wurde bereits angedeutet, dass das Ermitteln des Phasenversatzes mittels des Kommutierungssensors permanent während des Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass dies nur in dem bestimmten Betriebszustand erfolgt. Dieser liegt beispielsweise als Notlaufbetriebszustand vor, welcher eingeleitet wird, sobald auf den Defekt des Nockenwellensignalgebers erkannt wurde. Nachfolgend wird die Brennkraftmaschine durchgehend in dem Notlaufbetriebszustand betrieben, sodass entsprechend der Phasenversatz ständig mit Hilfe des Kommutierungssensors ermittelt wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wobei die Brennkraftmaschine eine Kurbelwelle und wenigstens eine Nockenwelle aufweist, und wobei zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle ein Phasenversatz vorliegt, der mittels eines von einem Elektromotor angetriebenen Nockenwellenstellers einstellbar und mit Hilfe eines Kurbelwellensignalgebers und eines Nockenwellensignalgebers zur Synchronisation bestimmbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine dazu ausgebildet ist, in wenigstens einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine den Phasenversatz mittels wenigstens eines Kommutierungssensors des Elektromotors zu ermitteln.
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Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise sowie einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, so dass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
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Figur ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine.
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Anhand des in der Figur dargestellten Ablaufdiagramms wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine erläutert. Die Brennkraftmaschine verfügt über eine Kurbelwelle und wenigstens eine Nockenwelle, wobei zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle ein Phasenversatz vorliegt, der mittels eines von einem Elektromotor angetriebenen Nockenwellenstellers einstellbar ist und innerhalb eines bestimmten Bereichs einen beliebigen, einstellbaren Wert aufweisen kann. Die Brennkraftmaschine weist weiterhin einen Kurbelwellensignalgeber und einen Nockenwellensignalgeber auf. Mit diesen ist der Phasenversatz zur Synchronisation der Brennkraftmaschine ermittelbar.
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Zunächst wird im Rahmen einer Abfrage 1 geprüft, ob Synchronisationsbedarf vorliegt, also der Phasenversatz nicht bekannt ist. Ist dies nicht der Fall, so wird zu der Abfrage 1 zurückverzweigt, was durch den Pfeil 2 angedeutet ist. Soll dagegen eine Synchronisation erfolgen, so wird im Rahmen einer Abfrage 3 überprüft, ob der Nockenwellensignalgeber ein gültiges Signal liefert. Ist dies der Fall, so wird im Rahmen einer Operation 4 der Phasenversatz anhand des Kurbelwellensignalgebers und des Nockenwellensignalgeber ermittelt. Anschließend wird in einer Operation 5 der Betrieb der Brennkraftmaschine mit nun bekanntem Phasenversatz fortgesetzt. Wird dagegen in der Abfrage 3 festgestellt, dass der Nockenwellensignalgeber kein gültiges Signal liefert, so wird zunächst in einer Abfrage 6 überprüft, ob eine Drehzahl der Brennkraftmaschine kleiner als ein Vergleichswert ist und/oder ob eine Zündung der Brennkraftmaschine aktiviert ist und/oder ob die Brennkraftmaschine einen Drehmoment bereitstellt.
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Ist die Drehzahl kleiner als der Vergleichswert und/oder es wird kein Drehmoment abgegeben, so wird eine Starterfreigabe in einer Operation 7 zurückgesetzt. Bei zurückgesetzter Starterfreigabe wird ein Starten der Brennkraftmaschine nicht zugelassen. Anschließend wird in einer Operation 8 eine Endanschlagsposition des Nockenwellenstellers angefahren und anschließend in einer Operation 9 der Phasenversatz mittels wenigstens eines Kommutierungssensors des Elektromotors ermittelt. Anschließend wird einer Operation 10 die Starterfreigabe gesetzt, sodass nachfolgend die Brennkraftmaschine gestartet werden kann. Dann wird mit nunmehr bekanntem Phasenversatz der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 fortgesetzt. Hierzu wird zu der Operation 5 verzweigt.
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Treffen die im Rahmen der Abfrage 6 geprüften Bedingungen nicht zu, so wird in einer Abfrage 11 zunächst geprüft, ob sich die Brennkraftmaschine in einem Schubbetrieb befindet. Ist dies nicht der Fall, so wird vor die Abfrage 11 verzweigt und diese erneut durchgeführt. Befindet sich die Brennkraftmaschine dagegen im Schubbetrieb, so wird in einer Operation 12 wie vorstehend beschrieben der Endanschlag angefahren und in einer Operation 13 der Phasenversatz mittels des Kommutierungssensors ermittelt. Auch hier wird anschließend der Betrieb der Brennkraftmaschine fortgesetzt, wozu zu der Operation 5 verzweigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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