DE102016004849A1

DE102016004849A1 - Zugmitteltrieb mit einem periodisch anregenden Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102016004849A1
Application number: DE102016004849.2A
Authority: DE
Inventors: Holger Zimmermann; Christian Bauer
Original assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Current assignee: Iwis Motorsystem GmbH and Co KG
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-10-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kurbelwellenrad, mindestens einem Nockenwellenrad, einem Nockenwellenversteller zum Verstellen des Drehwinkels des Nockenwellenrads relativ zu einer Nockenwelle, und einer Steuereinrichtung zum Ansteuern des Nockenwellenverstellers. Es soll eine bessere Dynamik des Zugmitteltriebs erzielt werden. Hierzu ist vorgesehen, dass mittels der Steuereinrichtung der Nockenwellenversteller derart ansteuerbar ist, dass eine periodische Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle zur Schwingungsreduktion induzierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kurbelwellenrad, mindestens einem Nockenwellenrad, einem Nockenwellenversteller zum Verstellen des Drehwinkels des Nockenwellenrads relativ zu einer Nockenwelle, und einer Steuereinrichtung zum Ansteuern des Nockenwellenverstellers.
Üblicherweise dienen Nockenwellenversteller der Einstellung der Steuerzeit, d. h. des Zeitpunkt der Ventilöffnung und -schließung in einem Steuertrieb, z. B. Steuerkettentrieb. In Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Motors ergeben sich nämlich andere vorteilhafte Steuerzeiten, die zu einer optimierteren Verbrennung führen. Hierbei handelt es sich um die normale, bzw. Hauptverwendung des Nockenwellenverstellers. Aus der DE 10 2006 041 417 B3 ist es aber auch bekannt, einen Nockenwellenversteller zur Schwingungsreduktion in einem Zugmitteltrieb herzunehmen. Die Verstellung erfolgt mittels eines tangential wirkenden Aktuators, der eine Verdrehung in und/oder entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle bewirkt.
Ein solcher Zugmitteltrieb (z. B. Ketten- oder Riementrieb) soll hinsichtlich seines Schwingungsverhaltens weiter verbessert werden.
Hierzu ist bei einem gattungsgemäßen Zugmitteltrieb vorgesehen, dass mittels der Steuereinrichtung der Nockenwellenversteller derart ansteuerbar ist, dass eine periodische Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle zur Schwingungsreduktion induzierbar ist. Das bedeutet, dass in aller Regel zur normalen Steuerzeitverstellung eine Verstellüberlagerung als periodische Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle bewirkt wird.
Die Kombination aus Kurbelwellenanregung, Nockenwellen- und Hochdruckpumpenmomenten kann zu ungünstigen Resonanzen im Zugmitteltrieb, z. B. einem Steuerkettentrieb, führen. Diese Resonanzen können zu erhöhten Schwingwinkeln an den Nockenwellen und somit zu erhöhten Kräften im Zugmitteltrieb führen. Zusätzlich kann es zu akustischen Auffälligkeiten im Zugmitteltrieb und erhöhten Reibungsverlusten kommen. Diesen Problemen wirkt die Erfindung entgegen. Mittels der erfindungsgemäß getroffenen Maßnahme kann eine Anregung in den Zugmitteltrieb eingebracht werden, die die Dynamik des Zugmitteltriebs verbessert.
Bevorzugt kann mittels der Steuereinrichtung der Nockenwellenversteller derart ansteuerbar sein, dass die periodische Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle synchron zur Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle induzierbar ist. Die Steuereinrichtung wirkt somit auf einfache Weise gezielt den Motorresonanzen entgegen, die in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle auftreten.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass mittels der Steuereinrichtung der Nockenwellenversteller derart ansteuerbar ist, dass die Nockenwelle zweimal n pro Kurbelwellenumdrehung periodisch bevorzugt um eine Nominalposition verdrehbar ist, wenn eine Resonanz der n-ten Motorordnung entgegengewirkt werden soll. Unter Nominalposition ist die zum jeweiligen Zeitpunkt gewünschte Steuerzeiteinstellung genannt, um die die periodische Verdrehung stattfindet. n ist hierbei eine ganze Zahl, wobei es vorteilhaft sein kann, auch unterschiedliche Motorordnungen zu berücksichtigen. Die Motorordnung ist dabei ein Vielfaches der Drehzahl. Wenn ein Verbrennungsmotor mit 3000 U/min. dreht, dann ist die erste Ordnung bei 50 Hz, die zweite Ordnung bei 100 Hz, die dritte Ordnung bei 150 Hz usw.
Zum Beispiel kann mittels der Steuereinrichtung der Nockenwellenversteller derart ansteuerbar sein, dass die Nockenwelle viermal pro Kurbelwellenumdrehung periodisch um eine Nominalposition verdrehbar ist. Bei dieser Vorgabe wird z. B. auf die zweite Motorordnung abgestellt.
Die Verstellung soll auch nicht zu groß werden, weshalb gemäß einer weiteren Variante vorgesehen ist, dass die maximale periodische Verdrehung der Nockenwelle mittels des Nockenwellenverstellers +/–1,5°, bevorzugt +/–1°, beträgt. Das zeigt, dass relativ kleine Verstellungen bereits zum gewünschten Effekt führen, wobei der Einfluss auf die Steuerzeit gering bleibt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung Bestandteil der Motorsteuerung sein und derart ausgebildet sein, dass ein Ansteuern des Nockenwellenverstellers zum Induzieren einer periodischen Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle in Abhängigkeit von einem oder mehreren bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors oder Teilen von diesem erfolgt. Unter Betriebszuständen sind u. a. Drehzahlen, Lastzustände und Temperaturzustände gemeint. Ein Beispiel wäre die Abhängigkeit von der Kurbelwellendrehzahl oder des Drehmoments oder der Motortemperatur.
Günstig ist es dabei jedoch auch, wenn gemäß einer weiteren Variante die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass ein Ansteuern des Nockenwellenverstellers zum Induzieren einer periodischen Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle in Abhängigkeit von einem oder mehreren bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors oder Teilen von diesem deaktiviert ist. Das bedeutet, dass auch bei bestimmten Betriebszuständen absichtlich keine periodische Anregung durch den Nockenwellenversteller erfolgt, weil diese Anregung bei bestimmten Betriebszuständen bzw. Betriebspunkten des Verbrennungsmotors auch zu einer Verschlechterung der Dynamik führen könnte. Deshalb kann die periodische Anregung außerhalb kritischer Resonanzstellen einfach deaktiviert und so eine Verschlechterung in diesen Bereichen vermieden werden.
Des Weiteren kann die Steuereinrichtung derart ausgebildet sein, dass in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors oder Teilen von diesem unterschiedliche Motorordnungen berücksichtigbar sind und die Nockenwelle entsprechend an die gewählte Motorordnung angepasst periodisch um eine Nominalposition verdrehbar ist. Das bedeutet, je höher die Motorordnung ist, desto häufiger wird eine periodische Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle z. B. in Abhängigkeit von der Motordrehzahl durchgeführt. Hierbei ist selbstverständlich die Übersetzung zwischen Kurbelwelle und der Nockenwelle bzw. den Nockenwellen zu berücksichtigen.
Die Steuereinrichtung kann auch derart ausgebildet sein, dass diese auf eine intelligente Kennfeldsteuerung zugreift und somit flexibel an die unterschiedlichsten Betriebszustände des Verbrennungsmotors oder Teilen von diesem anpassbar ist, wodurch die Nockenwelle entsprechend kennfeldgesteuert periodisch um eine Nominalposition verdrehbar ist oder nicht. Bei modernen Motorsteuerungen erfolgt in aller Regel eine Berücksichtigung des Motorkennfeldes. Diese bereits von der Motorsteuerung verwendeten Daten können für die Ansteuerung des Nockenwellenverstellers verwendet werden und sorgen dann für ein bestimmtes Ansteuerungsprofil. So kann z. B. bei unterschiedlichen Drehzahlen mit unterschiedlichen Ordnungen gearbeitet werden, um eine Verbesserung über das komplette Drehzahlband zu erzielen. Durch eine intelligente Kennfeldsteuerung könnte das System praktisch stufenlos an alle unterschiedlichen Betriebszustände angepasst und somit eine optimale Verbesserung für alle Drehzahlen, Lastzustände und Temperaturzustände erzielt werden.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Steuereinrichtung für einen Zugmitteltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Diese Steuereinrichtung kann auch Bestandteil der Motorsteuerung sein oder mit dieser in Interaktion stehen.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Ansteuern eines Nockenwellenverstellers zum Ausführen einer periodischen Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle zur Schwingungsreduktion. Dies erfolgt bevorzugt synchron zur Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle. Günstigerweise wird das erforderliche Verstellprofil des Nockenwellenverstellers kennfeldabhängig in der Steuereinrichtung hinterlegt. Voraussichtlich wird man daher auf vorhandene Hardware zurückgreifen können und eine Veränderung hauptsächlich durch ein verändertes Ansteuerverhalten der Steuereinrichtung bewirken können. Dies führt dazu, dass die Erfindung auch relativ einfach und kostengünstig umzusetzen sein wird. Obwohl die unterschiedlichsten Ansteuerungen denkbar wären, ist jedoch eine sinusförmige, periodische Verstellung am einfachsten umzusetzen. Auch ein leichter Versatz der Nominalposition zu dieser periodischen Verstellung könnte sich als vorteilhaft erweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006041417 B3 [0002]

Claims

Zugmitteltrieb für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kurbelwellenrad, mindestens einem Nockenwellenrad, einem Nockenwellenversteller zum Verstellen des Drehwinkels des Nockenwellenrads relativ zu einer Nockenwelle, und einer Steuereinrichtung zum Ansteuern des Nockenwellenverstellers, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung der Nockenwellenversteller derart ansteuerbar ist, dass eine periodische Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle zur Schwingungsreduktion induzierbar ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung der Nockenwellenversteller derart ansteuerbar ist, dass die periodische Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle synchron zur Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle induzierbar ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung der Nockenwellenversteller derart ansteuerbar ist, dass die Nockenwelle zweimal n pro Kurbelwellenumdrehung periodisch bevorzugt um eine Nominalposition verdrehbar ist, wenn eine Resonanz der n-ten Motorordnung entgegengewirkt werden soll.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung der Nockenwellenversteller derart ansteuerbar ist, dass die Nockenwelle viermal pro Kurbelwellenumdrehung periodisch bevorzugt um die Nominalposition verdrehbar ist.
Zugmitteltrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale periodische Verdrehung der Nockenwelle mittels des Nockenwellenverstellers +/–1,5°, bevorzugt +/–1°, beträgt.
Zugmitteltrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung Bestandteil der Motorsteuerung ist und derart ausgebildet ist, dass ein Ansteuern des Nockenwellenverstellers zum Induzieren einer periodischen Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle in Abhängigkeit von einem oder mehreren bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors oder Teilen von diesem erfolgt.
Zugmitteltrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass ein Ansteuern des Nockenwellenverstellers zum Induzieren einer periodischen Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle in Abhängigkeit von einem oder mehreren bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors oder Teilen von diesem deaktiviert ist.
Zugmitteltrieb nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors oder Teilen von diesem unterschiedliche Motorordnungen berücksichtigbar sind und die Nockenwelle entsprechend an die gewählte Motorordnung angepasst periodisch um eine Nominalposition verdrehbar ist.
Zugmitteltreib nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass diese auf eine intelligente Kennfeldsteuerung zugreift und somit flexibel an die unterschiedlichsten Betriebszustände des Verbrennungsmotors oder Teilen von diesem anpassbar ist, wodurch die Nockenwelle entsprechend kennfeldgesteuert periodisch um eine Nominalposition verdrehbar ist oder nicht.
Steuereinrichtung für einen Zugmitteltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Verfahren zum Ansteuern eines Nockenwellenverstellers zu Ausführen einer periodischen Variation der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle zur Schwingungsreduktion.