DE102017114173A1 - Control unit for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Ein Steuergerät (2) für einen als Hubkolbenmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor (1) umfasst ein Motorsteuermodul (30), eine erste, zur Betätigung eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers (14) ausgebildete Leistungsendstufe (28), sowie eine zweite Leistungsendstufe (29), welche zur Betätigung einer Vorrichtung (19) zur Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors (1) ausgebildet ist.

Figure DE102017114173A1_0000
A control unit (2) for a combustion engine (1) designed as a reciprocating engine comprises a power control module (30), a first output stage (28) designed to operate an electromechanical camshaft adjuster (14), and a second power output stage (29) for actuating a Device (19) for varying the compression ratio of the internal combustion engine (1) is formed.
Figure DE102017114173A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor, nämlich Hubkolbenmotor, geeignetes Steuergerät. Weiter betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einem solchen Steuergerät sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors.The invention relates to a suitable for use in an internal combustion engine, namely reciprocating engine, control unit. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine with such a control device and a method for operating an internal combustion engine.

Aus der DE 10 2005 022 714 A1 ist eine Vorrichtung mit einem elektrischen Nockenwellenversteller, einer Steuereinheit und einem zentralen Steuergerät bekannt. Bei dem zentralen Steuergerät handelt es sich um das Motorsteuergerät eines Verbrennungsmotors. Das Motorsteuergerät ist über elektrische Leitungen mit einer sogenannten Versorgungseinheit eines Stellmotors des Nockenwellenverstellers verbunden. Die elektrischen Leitungen dienen unter anderem der Übermittlung von Stellsignalen sowie Diagnosefunktionssignalen. Die Versorgungseinheit des bekannten Nockenwellenverstellers versorgt eine Steuerungs-Kommutierungslogik sowie eine Leistungselektronik mit elektrischer Leistung. Aus dem mittels des Motorsteuergerätes bereitgestellten Stellsignal wird mit Hilfe der Steuerungs-Kommutierungslogik und der Leistungselektronik die Ansteuerung des elektrischen Stellmotors, nämlich eines dreiphasigen Motors, erzeugt.From the DE 10 2005 022 714 A1 is a device with an electric camshaft adjuster, a control unit and a central control unit known. The central control unit is the engine control unit of an internal combustion engine. The engine control unit is connected via electrical lines to a so-called supply unit of a servomotor of the camshaft adjuster. Among other things, the electrical lines serve to transmit control signals as well as diagnostic function signals. The supply unit of the known camshaft adjuster supplies control commutation logic as well as power electronics with electrical power. From the control signal provided by means of the engine control unit, the control of the electric servomotor, namely a three-phase motor, is generated with the aid of the control commutation logic and the power electronics.

Eine Anordnung zum Verstellen der Drehwinkelrelation zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors ist auch in der DE 102 59 133 A1 offenbart. Hierbei handelt es sich um eine modular aufgebaute Anordnung, bei welcher ein Steuergerät eines Elektromotors eines Nockenwellenverstellers Informationen, welche einen Sollwinkel einschließen, von einem Motorsteuergerät erhält. Das Motorsteuergerät wird auch als zweites Steuergerät bezeichnet. Als Stellgetriebe ist im Fall der DE 102 59 133 A1 ein Taumelscheibengetriebe vorgesehen.An arrangement for adjusting the rotational angle relation between the camshaft and crankshaft of an internal combustion engine is also in DE 102 59 133 A1 disclosed. This is a modular arrangement in which a control unit of an electric motor of a camshaft adjuster receives information which includes a desired angle from an engine control unit. The engine control unit is also referred to as a second control unit. As Stellgetriebe is in the case of DE 102 59 133 A1 provided a swash plate mechanism.

Ein weiteres für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor vorgesehenes Steuergerät ist zum Beispiel in der DE 10 2005 048 349 A1 beschrieben. Das Steuergerät soll in diesem Fall eine kontrollierte Selbstzündung ermöglichen. Die Öffnungszeiten sowohl von Ein- als auch von Auslassventilen des in der DE 10 2005 048 349 A1 beschriebenen Verbrennungsmotors sind veränderbar.Another intended for use in an internal combustion engine control unit is for example in the DE 10 2005 048 349 A1 described. The control unit should allow in this case a controlled auto-ignition. The opening hours of both the inlet and outlet valves of the DE 10 2005 048 349 A1 described internal combustion engine are changeable.

Aus der DE 10 2010 039 689 A1 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Leistungsendstufe eines elektrischen Geräts mit Reglerkomponenten bekannt. Als Reglerkomponente ist unter anderem eine Ausgangsmodulationseinheit vorgesehen, welcher ein Korrektursignal zur Erzeugung eines Ansteuersignals für eine Leistungsendstufe zuführbar ist. Mehrere Reglerkomponenten sind in einem Hardware-Peripheriebaustein eines Mikrocontrollers ausgebildet.From the DE 10 2010 039 689 A1 a device for controlling a power output stage of an electrical device with regulator components is known. As a regulator component, inter alia, an output modulation unit is provided, to which a correction signal for generating a drive signal for a power output stage can be fed. Several regulator components are formed in a hardware peripheral component of a microcontroller.

Die DE 10 2014 212 120 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem mittels Leistungsendstufen bestromten Stator. Als Anwendungsbereiche sind elektrische Antriebe für Industrie und E-Mobility genannt. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator mit einer Mehrzahl an Statorzähnen, wobei mehrere Leistungsendstufen in den Stator integriert sind. Hierbei ist jeweils eine Leistungsendstufe im Verschaltungsbereich eines Statorzahns angeordnet.The DE 10 2014 212 120 A1 discloses an electric machine with a powered by means of power output stage stator. Applications include electrical drives for industry and e-mobility. The electric machine comprises a stator with a plurality of stator teeth, wherein a plurality of power output stages are integrated in the stator. In this case, in each case one power output stage is arranged in the connection region of a stator tooth.

In Verbrennungsmotoren sind elektromechanische Stellantriebe unter anderem in Vorrichtungen zur Variation des Verdichtungsverhältnisses verwendbar. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die Dokumente WO 2017/041 802 A1 , DE 10 2008 050 826 A1 und DE 10 2015 211 226 A1 hingewiesen.In internal combustion engines, electromechanical actuators can be used inter alia in devices for varying the compression ratio. In this context, the documents are used as an example WO 2017/041 802 A1 . DE 10 2008 050 826 A1 and DE 10 2015 211 226 A1 pointed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte Möglichkeiten des Betriebs elektromechanischer Komponenten in Verbrennungsmotoren anzugeben.The invention has for its object to provide over the prior art further developed possibilities of operating electromechanical components in internal combustion engines.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen ein solches Steuergerät umfassenden Verbrennungsmotor nach Anspruch 5. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 8. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtungen, das heißt das Steuergerät sowie den Verbrennungsmotor, und umgekehrt.This object is achieved by a control unit with the features of claim 1 and by a comprehensive such a control unit internal combustion engine according to claim 5. Next, the object is achieved by a method for operating an internal combustion engine according to claim 8. explained below in connection with the operating method Embodiments and advantages of the invention apply mutatis mutandis to the devices, that is, the control unit and the internal combustion engine, and vice versa.

Das Steuergerät ist zur Verwendung in einem als Hubkolbenmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor vorgesehen. Das Steuergerät umfasst ein Motorsteuermodul, welches in an sich bekannter Weise den Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht. Darüber hinaus umfasst das Steuergerät zwei Leistungsendstufen. Hierbei ist eine erste Leistungsendstufe zur Betätigung eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers ausgebildet, während eine zweite Leistungsendstufe zur Betätigung einer Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Steuergeräten von Verbrennungsmotoren zeichnet sich das erfindungsgemäße Steuergerät damit durch eine besonders dichte Integration verschiedener Funktionen aus.The control unit is intended for use in an internal combustion engine designed as a reciprocating engine. The control unit comprises a motor control module, which enables the operation of the internal combustion engine in a manner known per se. In addition, the control unit includes two power output stages. Here, a first power output stage is designed for actuating an electromechanical camshaft adjuster, while a second power output stage is designed for actuating a device for varying the compression ratio of the internal combustion engine. Compared to conventional control units of internal combustion engines, the control unit according to the invention thus characterized by a particularly dense integration of various functions.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor umfasst neben dem genannten Steuergerät einen elektromechanischen Nockenwellenversteller sowie eine Vorrichtung, die die Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors ermöglicht. Eine solche Vorrichtung wird kurz auch als VCR-Vorrichtung (Variable Compression Ratio) bezeichnet. Die VCR-Vorrichtung setzt sich ebenso wie der elektromechanische Nockenwellenversteller aus einem Elektromotor und einem von diesem betätigten Stellgetriebe zusammen.The internal combustion engine according to the invention comprises, in addition to the aforementioned control unit, an electromechanical camshaft adjuster and a device which permits the variation of the Compression ratio of the internal combustion engine allows. Such a device will be referred to for short as a Variable Compression Ratio (VCR) device. The VCR device, like the electromechanical camshaft adjuster, consists of an electric motor and a control gear actuated by it.

Der mit Hilfe des Steuergerätes betriebene Verbrennungsmotor kann als Otto-Motor oder als Dieselmotor konzipiert sein. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors sind folgende Merkmale gegeben:

  • - Mindestens eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors wird durch einen elektromechanischen Nockenwellenversteller verstellt, welcher mit Hilfe einer in das Steuergerät integrierten Leistungsendstufe betätigt wird,
  • - eine Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors, das heißt VCR-Vorrichtung, welche einen elektromechanischen Aktor umfasst, wird mit Hilfe einer ebenfalls in das Steuergerät integrierten Leistungsendstufe betätigt.
The combustion engine operated with the aid of the control unit can be designed as an Otto engine or as a diesel engine. When operating the internal combustion engine, the following features are given:
  • - At least one camshaft of the internal combustion engine is adjusted by an electromechanical camshaft adjuster, which is actuated by means of a power amplifier integrated in the control unit,
  • a device for varying the compression ratio of the internal combustion engine, that is to say a VCR device which comprises an electromechanical actuator, is actuated by means of a power output stage also integrated in the control device.

Der elektromechanische Aktor der VCR-Vorrichtung umfasst beispielsweise einen Exzenter. Alternativ kann der Aktor zum Beispiel als Linear-Aktor ausgebildet sein und mit einem Spindeltrieb, insbesondere einem Kugelgewindetrieb, arbeiten.The electromechanical actuator of the VCR device includes, for example, an eccentric. Alternatively, the actuator can be designed, for example, as a linear actuator and with a spindle drive, in particular a ball screw, work.

Trotz der hohen Integrationsdichte des Steuergerätes, welches sowohl elektrische Leistung für den Nockenwellenversteller als auch elektrische Leistung für die VCR-Vorrichtung bereitstellen muss, bleibt die Wärmeentwicklung des Steuergerätes in einem beherrschbaren Rahmen.Despite the high integration density of the controller, which must provide both electric power for the phaser and electric power for the VCR device, the heat development of the controller remains within a manageable framework.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei Benzinmotoren eine optimale Leistungsentfaltung einerseits und eine geringe Schadstoffemission, auch im Teillastbetrieb, andererseits konkurrierende Ziele darstellen. Zur Erzielung einer fülligen Drehmomentkurve bei zugleich geringem Kraftstoffverbrauch haben sich Nockenwellenversteller, in der Regel mit hydraulischer Betätigung, bewährt. In vielen Fällen ist ein Nockenwellenversteller lediglich auf der Einlassseite vorhanden. Darüber hinaus kann auch die Ventilerhebungskurve der Auslassventile durch einen Nockenwellenversteller beeinflusst werden. Dies gilt sowohl in Fällen, in denen für die Einlassseite und für die Auslassseite jeweils eine gesonderte Nockenwelle vorhanden ist, als auch in Fällen, in denen Einlass- und Auslassventile durch eine einzige Nockenwelle betätigt werden.The invention is based on the consideration that optimal performance on the one hand and a low pollutant emission, even in partial load operation, on the other hand represent competing goals in gasoline engines. To achieve a full torque curve with low fuel consumption have camshaft adjuster, usually with hydraulic actuation, proven. In many cases, a camshaft adjuster is present only on the inlet side. In addition, the valve lift curve of the exhaust valves can be influenced by a camshaft adjuster. This applies both in cases where there is a separate camshaft for the intake side and for the exhaust side, as well as in cases where intake and exhaust valves are actuated by a single camshaft.

Eine VCR-Vorrichtung, welche zusätzlich zu einem elektrischen Nockenwellenversteller vorhanden sein kann, ist auf eines von zwei gegensätzlichen Zielen hin auslegbar. Gemäß einer ersten Auslegungsvariante weist die VCR-Vorrichtung eine hohe Verstelldynamik auf, um eine hohe Spontanität des Verbrennungsmotors zu erreichen. Dies erfordert ein Verstellgetriebe des VCR-Verstellers mit nicht zu hoher Untersetzung, um bei der gegebenen Arbeitsdrehzahl des Elektromotors eine hohe Abtriebsdrehzahl des VCR-Verstellers zu erreichen. Ist das Getriebe des VCR-Verstellers nicht selbsthemmend ausgelegt, so benötigt der Elektromotor zum Halten einer gewählten Einstellung eine elektrische Leistung, die umso höher ist, je geringer das Übersetzungsverhältnis des Stellgetriebes ist. Da längere Betriebsphasen des Verbrennungsmotors gegeben sein können, in welchen keine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses oder lediglich eine langsame Verstellung gewünscht ist, ist mit einem niedrig übersetzten Stellgetriebe über weite Bereiche ein signifikanter Verbrauch elektrischer Energie ohne Nutzen im Fahrbetrieb hinzunehmen.A VCR device, which may be in addition to an electric camshaft phaser, is interpretable to one of two opposing objectives. According to a first design variant, the VCR device has a high adjustment dynamics in order to achieve high spontaneity of the internal combustion engine. This requires an adjustment of the VCR adjuster with not too high reduction in order to achieve a high output speed of the VCR adjuster at the given operating speed of the electric motor. If the transmission of the VCR-Verstellers not designed self-locking, the electric motor needs to hold a selected setting, an electric power, which is higher, the lower the transmission ratio of the adjusting gear. Since longer operating phases of the internal combustion engine can be given, in which no adjustment of the compression ratio or only a slow adjustment is desired, with a low translated control gear over wide areas a significant consumption of electrical energy without benefit in driving to accept.

Wird dagegen für eine VCR-Vorrichtung ein Verstellgetriebe mit einer hohen Getriebeübersetzung gewählt, so ist das mechanische Haltemoment und die hierfür aufzubringende elektrische Energie deutlich reduziert, was dem Gesamtwirkungsgrad des Verbrennungsmotors zugutekommt. Hierbei ist jedoch in Kauf zu nehmen, dass die abtriebsseitige Maximaldrehzahl des VCR-Verstellers reduziert ist, was eine eingeschränkte Verstelldynamik bedeutet.If, on the other hand, an adjusting mechanism with a high gear ratio is selected for a VCR device, then the mechanical holding torque and the electrical energy to be applied for this purpose are significantly reduced, which benefits the overall efficiency of the internal combustion engine. However, it must be taken into account that the output side maximum speed of the VCR adjuster is reduced, which means a limited Verstelldynamik.

Gemäß der Erfindung ist die elektrische Leistung des VCR-Verstellers derart beschränkt, dass die den Elektromotor des VCR-Verstellers ansteuernde Endstufe im Steuergerät des Verbrennungsmotors untergebracht werden kann. Vorzugsweise sind im Nockenwellenversteller und in der VCR-Vorrichtung gleiche Elektromotoren eingebaut. Das damit realisierte Gleichteilkonzept hat sowohl bei der Fertigung als auch hinsichtlich der Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit Vorteile. Vorzugsweise handelt es sich bei den Elektromotoren der verschiedenen Verstellvorrichtungen um bürstenlose Gleichstrommotoren. Entsprechend den Elektromotoren sind vorzugsweise auch die beiden Leistungsendstufen, welche in das Steuergerät integriert sind, identisch gestaltet oder zumindest ähnlichen Leistungsklassen zuzurechnen. Das Gehäuse, in welchem sowohl das Motorsteuermodul als auch die beiden Leistungsendstufen aufgenommen sind, kann als Kühlflächen ausgebildete Oberflächen aufweisen.According to the invention, the electrical power of the VCR phaser is limited such that the output stage controlling the electric motor of the VCR phaser can be accommodated in the control unit of the internal combustion engine. Preferably, the same electric motors are installed in the camshaft adjuster and in the VCR device. The identical part concept realized with it has advantages in terms of production as well as maintenance and repair friendliness. Preferably, the electric motors of the various adjusting devices are brushless DC motors. According to the electric motors are preferably also the two power amplifiers, which are integrated in the control unit, designed identically or at least attributable to similar performance classes. The housing, in which both the motor control module and the two power output stages are accommodated, can have surfaces formed as cooling surfaces.

Als Stellgetriebe des Nockenwellenverstellers sowie des VCR-Verstellers sind grundsätzlich verschiedenste Getriebetypen verwendbar, welche ein hohes Untersetzungsverhältnis aufweisen. Beispielsweise sind die Stellgetriebe als Wellgetriebe ausgebildet. Im Fall des elektromechanischen Nockenwellenverstellers weist das Stellgetriebe vorzugsweise ein als Ganzes drehbares Gehäuse auf. Dagegen handelt es sich bei dem Gehäuse des Stellgetriebes des VCR-Verstellers um eine relativ zum Motorblock des Verbrennungsmotors feste Komponente. Das Übersetzungsverhältnis des Stellgetriebes der VCR-Vorrichtung kann mit dem Übersetzungsverhältnis des Stellgetriebes des Nockenwellenverstellers übereinstimmen. Ebenso sind voneinander abweichende Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Stellgetriebe möglich. Beispielsweise ist das Stellgetriebe der VCR-Vorrichtung im Vergleich zum Stellgetriebe des Nockenwellenverstellers höher übersetzt, was eine geringere Verstellgeschwindigkeit der VCR-Vorrichtung im Vergleich zur Verstellgeschwindigkeit des Nockenwellenverstellers bedeutet. Die elektrische Leistung der beiden Leistungsendstufen beträgt im Fall von Pkw-Motoren vorzugsweise jeweils nicht mehr als 200 Watt. Diese elektrische Leistung ist ausreichend für den Betrieb eines hochdynamischen elektrischen Nockenwellenversteller.As a control gear of the camshaft adjuster and the VCR adjuster fundamentally different types of transmissions are used, which have a high reduction ratio. For example, the actuating gear are designed as a wave gear. In the case of the electromechanical camshaft adjuster, the actuating gear preferably has a housing that is rotatable as a whole. In contrast, it is in the case of the Actuator of the VCR-Verstellers to a relative to the engine block of the internal combustion engine fixed component. The gear ratio of the adjusting gear of the VCR device can match the gear ratio of the adjusting gear of the camshaft adjuster. Likewise, different gear ratios of the various actuating gear are possible. For example, the control gear of the VCR device is higher translated compared to the control gear of the camshaft adjuster, which means a lower displacement speed of the VCR device compared to the adjustment speed of the camshaft adjuster. The electric power of the two output stages is preferably not more than 200 watts in the case of passenger car engines. This electrical power is sufficient for the operation of a highly dynamic electric camshaft adjuster.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

  • 1 ausschnittsweise einen Verbrennungsmotor in grob schematisierter Darstellung,
  • 2 in schematischer Darstellung ein Steuergerät des Verbrennungsmotors nach 1.
An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Herein show:
  • 1 a fragmentary combustion engine in a rough schematic representation,
  • 2 in a schematic representation of a control unit of the internal combustion engine according to 1 ,

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Verbrennungsmotor, nämlich Hubkolbenmotor, umfasst ein Steuergerät 2, in welchem verschiedene Funktionen vereint sind, auf die im Folgenden noch näher eingegangen wird.A total with the reference numeral 1 characterized internal combustion engine, namely reciprocating engine, comprises a control unit 2 , in which various functions are combined, which will be discussed in more detail below.

Eine Kurbelwelle 3 des Verbrennungsmotors 1 weist einen Kurbelzapfen 4 auf, welcher gelenkig mit einem Koppelelement 5 mit dreieckiger Grundform verbunden ist. A crankshaft 3 of the internal combustion engine 1 has a crank pin 4 on which articulated with a coupling element 5 connected with triangular basic shape.

Am Koppelelement 5 sind weiter ein Pleuel 6 sowie ein Nebenpleuel 7 angelenkt. Während das Nebenpleuel 7 mit einem Exzenter 8 gekoppelt ist, ist das Pleuel 6 mit einem Kolben 9 gekoppelt, der in einem Zylinder 10 geführt ist.At the coupling element 5 are still a connecting rod 6 as well as a Nebenpleuel 7 hinged. While the Nebenpleuel 7 with an eccentric 8th coupled, is the connecting rod 6 with a piston 9 coupled in a cylinder 10 is guided.

Weiter sind in 1 Ventile 11, 12, nämlich ein Einlassventil 11 und ein Auslassventil 12, erkennbar. Der Brennraum des Verbrennungsmotors 1 ist mit 13 bezeichnet. Bei dem Verbrennungsmotor 1 handelt es sich um eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine. Prinzipiell kann der Verbrennungsmotor 1 auch als Einzylindermotor ausgebildet sein.Next are in 1 valves 11 . 12 namely an inlet valve 11 and an exhaust valve 12 , recognizable. The combustion chamber of the internal combustion engine 1 is with 13 designated. In the internal combustion engine 1 it is a multi-cylinder internal combustion engine. In principle, the internal combustion engine 1 be designed as a single-cylinder engine.

Die Steuerzeiten zumindest des Einlassventils 11 sind mit Hilfe eines Nockenwellenverstellers 14 variabel. Der Nockenwellenversteller 14 umfasst einen Elektromotor 15, nämlich einen bürstenlosen Gleichstrommotor, sowie ein Stellgetriebe 16, bei welchem es sich im Ausführungsbeispiel um ein Wellgetriebe handelt. Eine Ausgangswelle des Stellgetriebes 16 ist mit 17 bezeichnet und drehfest mit der zu verstellenden Nockenwelle verbunden. Eine mit dem Ventil 11 zusammenwirkende Nocke ist mit 18 bezeichnet. Die Nockenwelle samt Nocke 18 rotiert beim Betrieb des Verbrennungsmotors 1, solange keine Verstellung der Nockenwelle erfolgt, in an sich bekannter Weise mit halber Drehzahl der Kurbelwelle 3. Die Rotationsachse der Kurbelwelle 3 ist mit R bezeichnet.The timing of at least the intake valve 11 are with the help of a camshaft adjuster 14 variable. The camshaft adjuster 14 includes an electric motor 15 , namely a brushless DC motor, and a control gear 16 in which it is a wave gear in the embodiment. An output shaft of the adjusting gear 16 is with 17 designated and rotatably connected to the camshaft to be adjusted. One with the valve 11 cooperating cam is with 18 designated. The camshaft including cam 18 rotates during operation of the internal combustion engine 1 , as long as no adjustment of the camshaft, in a conventional manner at half the speed of the crankshaft 3 , The axis of rotation of the crankshaft 3 is with R designated.

Der Exzenter 8 ist Teil einer insgesamt mit 19 bezeichneten Vorrichtung zur Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors 1. Die kurz als VCR-Vorrichtung bezeichnete Vorrichtung 19 ist analog zum Nockenwellenversteller 14 als elektromechanische Stellvorrichtung aufgebaut. Ein Elektromotor 20 der VCR-Vorrichtung 19 betätigt ein Stellgetriebe 21, dessen Ausgangswelle 22 der Verschwenkung eines Anlenkungspunktes 23 dient, an welchem das Nebenpleuel 7 angelenkt ist. Bei den Elektromotoren 15, 20 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Gleichteile.The eccentric 8th is part of a total with 19 designated device for varying the compression ratio of the internal combustion engine 1 , The device, briefly referred to as a VCR device 19 is analogous to the camshaft adjuster 14 constructed as an electromechanical actuator. An electric motor 20 the VCR device 19 actuates an actuating gear 21 , whose output shaft 22 the pivoting of a linkage point 23 serves, on which the Nebenpleuel 7 is articulated. At the electric motors 15 . 20 is it in the exemplary embodiment to the same parts.

Die Elektromotoren 15, 20 sind über Leitungen 24, 25 mit dem Steuergerät 2 verbunden. Bestrombare Statorwicklungen der Elektromotoren 15, 20 sind mit 26, 27 (2) bezeichnet.The electric motors 15 . 20 are over lines 24 . 25 with the control unit 2 connected. Bestrombare stator windings of electric motors 15 . 20 are with 26 . 27 ( 2 ) designated.

Die Energieversorgung der Statorwicklungen 26, 27 erfolgt über Leistungsendstufen 28, 29, welche in das Steuergerät 2 integriert sind. Weiter weist das Steuergerät 2 ein Motorsteuermodul 30 auf, welches in an sich bekannter Weise zum Betrieb des Verbrennungsmotors 1 genutzt wird. Die beiden Leistungsendstufen 28, 29 sind zusammen mit dem Motorsteuermodul 30 in einem gemeinsamen Gehäuse 31 des Steuergerätes 2 angeordnet. Durch die räumliche Trennung der Leistungsendstufen 28, 29 vom Nockenwellenversteller 14 sowie von der VCR-Vorrichtung 19 ist nicht nur das Steuergerät 2 als Komponente mit hoher Integrationsdichte ausgebildet, sondern auch ein besonders raumsparender Aufbau des Nockenwellenverstellers 14 sowie der VCR-Vorrichtung 19 gegeben.The power supply of the stator windings 26 . 27 via power output stages 28 . 29 which is in the control unit 2 are integrated. Next, the controller 2 an engine control module 30 on, which in a conventional manner for the operation of the internal combustion engine 1 is being used. The two power output stages 28 . 29 are together with the engine control module 30 in a common housing 31 of the control unit 2 arranged. Due to the spatial separation of the power amplifiers 28 . 29 from the camshaft adjuster 14 as well as from the VCR device 19 is not just the controller 2 designed as a component with high integration density, but also a particularly space-saving design of the camshaft adjuster 14 as well as the VCR device 19 given.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
22
Steuergerätcontrol unit
33
Kurbelwellecrankshaft
44
Kurbelzapfencrank pin
55
Koppelelementcoupling element
66
Pleuelpleuel
77
Nebenpleuelauxiliary connecting rod
88th
Exzentereccentric
9 9
Kolbenpiston
1010
Zylindercylinder
1111
VentilValve
1212
VentilValve
1313
Brennraumcombustion chamber
1414
NockenwellenverstellerPhaser
1515
Elektromotorelectric motor
1616
Stellgetriebeactuating mechanism
1717
Ausgangwelleoutput shaft
1818
Nockecam
1919
VCR-VorrichtungVCR device
2020
Elektromotorelectric motor
2121
Stellgetriebeactuating mechanism
2222
Ausgangswelleoutput shaft
2323
Anlenkungspunktarticulation point
2424
Leitungmanagement
2525
Leitungmanagement
2626
Statorwicklungstator
2727
Statorwicklungstator
2828
Leistungsendstufepower output stage
2929
Leistungsendstufepower output stage
3030
MotorsteuermodulEngine control module
3131
Gehäuse casing
RR
Rotationsachseaxis of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 10259133 A1 [0003]DE 10259133 A1 [0003]
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  • DE 102015211226 A1 [0007]DE 102015211226 A1 [0007]

Claims (9)

Steuergerät (2) für einen als Hubkolbenmotor ausgebildeten Verbrennungsmotor (1), umfassend ein Motorsteuermodul (30), eine erste, zur Betätigung eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers (14) ausgebildete Leistungsendstufe (28), sowie eine zweite Leistungsendstufe (29), welche zur Betätigung einer Vorrichtung (19) zur Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors (1) ausgebildet ist.Control unit (2) for an internal combustion engine (1) designed as a reciprocating engine, comprising a motor control module (30), a first power output stage (28) designed to operate an electromechanical camshaft adjuster (14), and a second power output stage (29) which is used to actuate a Device (19) for varying the compression ratio of the internal combustion engine (1) is formed. Steuergerät (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leistungsendstufe (28,29) zum Betrieb eines bürstenlosen Gleichstrommotors (15,20) ausgebildet ist.Control unit (2) to Claim 1 , characterized in that each power output stage (28,29) for operating a brushless DC motor (15,20) is formed. Steuergerät (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leistungsendstufen (28,29) identisch gestaltet sind.Control unit (2) to Claim 1 or 2 , characterized in that the two power output stages (28,29) are designed identically. Steuergerät (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuermodul (30) und die beiden Leistungsendstufen (28,29) in einem gemeinsamen Gehäuse (31) angeordnet sind.Control unit (2) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the motor control module (30) and the two power output stages (28,29) in a common housing (31) are arranged. Verbrennungsmotor (1), umfassend ein Steuergerät (2) nach Anspruch 1, sowie einen mittels dieses Steuergeräts (2) betriebenen elektromechanischen Nockenwellenversteller (14) und eine ebenfalls mittels des Steuergeräts (2) betriebene Vorrichtung (19) zur Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors (1).Internal combustion engine (1), comprising a control unit (2) according to Claim 1 , as well as an electromechanical camshaft adjuster (14) operated by means of this control device (2) and a device (19) likewise operated by means of the control device (2) for varying the compression ratio of the internal combustion engine (1). Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Nockenwellenversteller (14) und die Vorrichtung (19) zur Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors (1) identisch gestaltete Elektromotoren (15,20) aufweisen.Internal combustion engine (1) after Claim 5 , characterized in that the electromechanical camshaft adjuster (14) and the device (19) for varying the compression ratio of the internal combustion engine (1) have identically designed electric motors (15, 20). Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Nockenwellenversteller (14) ebenso wie die Vorrichtung (19) zur Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors (1) ein als Wellgetriebe ausgebildetes Stellgetriebe (16,21) umfasst.Internal combustion engine (1) after Claim 5 or 6 , characterized in that the electromechanical camshaft adjuster (14) as well as the device (19) for varying the compression ratio of the internal combustion engine (1) designed as a wave gear actuator (16,21). Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (1), mit folgenden Merkmalen: - Der Verbrennungsmotor (1) wird mit Hilfe eines Steuergeräts (2) betrieben, - eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors (1) wird durch einen elektromechanischen Nockenwellenversteller (14) verstellt, welcher mittels einer in das Steuergerät (2) integrierten Leistungsendstufe (28) betätigt wird, - eine Vorrichtung (19) zur Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors (1), welche einen elektromechanischen Aktor umfasst, wird mit Hilfe einer ebenfalls in das Steuergerät (2) integrierten Leistungsendstufe (28,29) betätigt.Method for operating an internal combustion engine (1), having the following features: - The internal combustion engine (1) is operated by means of a control unit (2), a camshaft of the internal combustion engine (1) is adjusted by an electromechanical camshaft adjuster (14) which is actuated by means of a power output stage (28) integrated in the control unit (2), - A device (19) for varying the compression ratio of the internal combustion engine (1), which comprises an electromechanical actuator is actuated by means of a likewise in the control unit (2) integrated power output stage (28,29). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Leistungsendstufen (28,29) ein Elektromotor (15) des elektromechanischen Nockenwellenverstellers (14) sowie ein Elektromotor (20) der Vorrichtung (19) zur Variation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors (1) mit einer elektrischen Leistung von jeweils maximal 200 W betrieben wird.Method according to Claim 8 , characterized in that by means of the power output stages (28,29) an electric motor (15) of the electromechanical camshaft adjuster (14) and an electric motor (20) of the device (19) for varying the compression ratio of the internal combustion engine (1) with an electrical power of each a maximum of 200 W is operated.
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