DE102020213704A1 - Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung einer verstellbaren Nockenwelle - Google Patents

Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung einer verstellbaren Nockenwelle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung einer verstellbaren Nockenwelle, wobei ein Verbrennungsmotor die Nockenwelle, zumindest ein Ventil, eine Brennkammer, eine Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrleitung, einen Steller, einen Sensor, und einen Regler aufweist, wobei die Nockenwelle mit dem zumindest einen Ventil derart zusammenwirkt, dass mittels des Ventils die Brennkammer des Verbrennungsmotors gegenüber der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrleitung periodisch geöffnet und geschlossen wird, wobei der Brennkammer in geöffnetem Zustand ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, wobei durch eine Verstellung der Nockenwelle ein Öffnungszeitpunkt des Ventils verändert wird, wobei mittels des Stellers die Nockenwelle verstellt und somit der Öffnungszeitpunkt des Ventils verändert wird, um eine Soll-Position der Nockenwelle zu erreichen, wobei zur Erreichung der Soll-Position der Nockenwelle mittels des Reglers eine Regelabweichung aus einer, mittels des Sensors gemessenen Ist-Position (I) der Nockenwelle und der Soll-Position der Nockenwelle berechnet wird, wobei mittels des Reglers unter Berücksichtigung der Regelabweichung eine Stellgröße ermittelt wird, und wobei die Verstellung der Nockenwelle mittels des Stellers in Abhängigkeit der Stellgröße durchgeführt wird.Der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors wird minimiert, indem ein Schwingungssignal einer Schwingung der Ist-Positionen (I) der Nockenwelle in einem Betrachtungszeitraum ermittelt wird, wobei das Schwingungssignal der Ist-Positionen (I) durch eine Ermittlung der Abweichungen der im Betrachtungszeitraum gemessenen Ist-Positionen (I) gegenüber einer gleichförmigen gemittelten Rotation gebildet wird, wobei aus dem Schwingungssignal der Ist-Positionen (I) durch eine Invertierung des Schwingungssignals der Ist-Positionen (I) ein Störkompensationssignal (S) gebildet wird, wobei ein, wobei zur Stellgröße ein zugehöriger Wert des Störkompensationssignals (S) hinzuaddiert wird, so dass die Schwingung der Ist-Positionen (I) der Nockenwelle kompensiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung einer verstellbaren Nockenwelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
  • Ein solches Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung einer verstellbaren Nockenwelle ist aus der DE 10 2006 041 417 B3 bekannt. Hier ist eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gezeigt. Die Nockenwelle weist zur Winkelverstellung einer Steuerzeit ein Nockenwellen-Verstellsystem auf, wobei mittels des Nockenwellen-Verstellsystems die Nockenwelle relativ zu einem Antriebsrad der Nockenwelle verstellbar ist, z.B. mittels Hydraulik. Mit der Steuerzeit wird ein Öffnungszeitpunkt von Ventilen des Verbrennungsmotors relativ zum oberen Totpunkt des zugehörigen Zylinders beschrieben. Dieses Nockenwellen-Verstellsystem dient sowohl zur langfristigen Winkelverstellung der Steuerzeit als auch zum momentanen Erzeugen eines Kompensationsmoments an der Nockenwelle. Durch Erzeugung des Kompensationsmomentes werden Schwingungen der Nockenwelle und somit insbesondere auch eine Schwingungsbelastung einer Antriebskette oder eines Antriebsriemens des Antriebsrades der Nockenwelle reduziert. Zur Winkelverstellung ist die Nockenwelle drehbar in dem Antriebsrad gelagert. Ein z.B. als Piezoelement ausgebildeter Stellmechanismus dient der Winkelverstellung, insbesondere zur Erzeugung des Kompensationsmoments. Der Stellmechanismus wird mittels einer Steuerung angesteuert. Die Ansteuerung des Stellmechanismus erfolgt mittels eines Motorkennfeldes. Alternativ erfolgt die Ansteuerung des Stellmechanismus mittels einer Messung des tatsächlich an der angetriebenen Nockenwelle anliegenden dynamischen Drehmoments als proportionale Größe für die Schwingungen im System. Die Messung des tatsächlich an der angetriebenen Nockenwelle anliegenden, dynamischen Drehmoments erfolgt mit Hilfe von Dehnungsmesstreifen und / oder Piezoelementen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung einer verstellbaren Nockenwelle zu verbessern und dabei derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass vorzugsweise der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors minimiert wird.
  • Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nun zunächst durch ein Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung einer verstellbaren Nockenwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Das Grundprinzip der Erfindung liegt zunächst im Wesentlichen darin, dass ein Schwingungssignal einer Schwingung der Ist-Positionen der Nockenwelle in einem Betrachtungszeitraum ermittelt wird. Für den Betrachtungszeitraum wird eine gleichförmige Rotation der Nockenwelle als Idealsignal angenommen. Die Ist-Position wird im Betrachtungszeittraum gemittelt. Der Mittelwert entspricht dem Idealsignal. Das Schwingungssignal der Ist-Positionen wird durch eine Ermittlung der Abweichungen der im Betrachtungszeitraum gemessenen Ist-Positionen gegenüber dem Idealsignal gebildet, wobei aus dem Schwingungssignal der Ist-Positionen durch eine Invertierung des Schwingungssignals der Ist-Positionen ein Störkompensationssignal gebildet wird, wobei zur Stellgröße ein zugehöriger Wert des Störkompensationssignals hinzuaddiert wird, so dass die Schwingung der Ist-Positionen der Nockenwelle kompensiert wird.
  • Bei der Rotation der Nockenwelle wird in jeder Position bzw. Winkelstellung der Nockenwelle der zugehörige Wert des Störkompensationssignals der Stellgröße hinzuaddiert.
  • Auf diese Art und Weise kann eine besonders gute Kompensation der Schwingung der Ist-Position der Nockenwelle erreicht werden. Die Schwingung der Nockenwelle, welche relevant für Probleme bei der Berechnung der korrekten Kraftstoffmenge ist, erfolgt rotatorisch um eine Achse der Nockenwelle. Eine Amplitude der Schwingung wird deswegen als Drehwinkel in Grad angegeben. Aufgrund der besonders guten Kompensation der Schwingung der Ist-Position der Nockenwelle beträgt die Amplitude der Schwingung weniger 0,1°. So kann die Kraftstoffmenge sehr genau dosiert werden, so dass eine optimale Verbrennung und somit ein geringer Kraftstoffverbrauch erreicht wird.
  • Die Schwingung der Nockenwelle wird vorzugsweise gemessen, wenn die Nockenwelle gerade nicht aktiv verstellt wird. Ein Aktor, welcher der Verstellung der Nockenwelle dient, steht während der Messung der Schwingung still. Die Schwingung kann jedoch in alternativer Ausgestaltung während einer aktiven Verstellung ermittelt werden.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens werden das Schwingungssignal der Ist-Positionen und das Störkompensationssignal während einer Entwicklungsphase des Verbrennungsmotors ermittelt, wobei das Störkompensationssignal für den nachfolgenden Betrieb des Verbrennungsmotors in dem Regler hinterlegt wird.
  • Der Regler ist so besonders einfach ausführbar. Handelt es sich um einen Software-Regler, so ist nur eine geringe Rechenleistung zur Durchführung der Regelung notwendig. Weiterhin ist der Entwicklungsaufwand zur Erstellung der Software des Software-Reglers besonders gering.
  • Alternativ könnte ein Hardware-Regler genutzt werden, welcher mit einer Steuereinrichtung und einer darauf installierten Software zusammenwirkt. Analog ist eine solche Steuereinrichtung mit geringer Rechenleistung ausführbar und der Entwicklungsaufwand zur Erstellung der Software der Steuereinrichtung ist gering.
  • Während der Entwicklungsphase wird das Störkompensationssignal an einem Referenz-Verbrennungsmotor ermittelt, welcher vom gleichen Typ ist, wie der Verbrennungsmotor, in welchem das Störkompensationssignal zum Einsatz kommt.
  • Die genannte Software des Reglers bzw. der Steuereinrichtung kann deshalb so einfach ausgeführt sein, weil mittels der Software nicht die Generierung des Störkompensationssignals erfolgt. Dieses liegt beim Betrieb des Verbrennungsmotors in Form vom Werten und / oder einer Funktion bereits in der Software vor.
  • In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens werden das Schwingungssignal der Ist-Positionen und das Störkompensationssignal während des Betriebs des Verbrennungsmotors ermittelt.
  • Im Gegensatz zur vorangehenden Ausführungsform wird das Störkompensationssignal somit an dem Verbrennungsmotor ermittelt, in welchem es auch zum Einsatz kommt. So kann eine noch bessere Kompensation der Schwingung der Ist-Position der Nockenwelle erreicht werden. Ein jeder Verbrennungsmotor weist ein individuelles Schwingungssignal der Nockenwelle auf, wobei sich die Schwingungssignale unterschiedlicher Verbrennungsmotoren gleichen Typs nur in geringem Ausmaß voneinander unterscheiden. Die besonders gute Kompensation der Schwingung der Ist-Position der Nockenwelle kann erreicht werden, da das Störkompensationssignal aus dem individuellen Schwingungssignal der Nockenwelle generiert wird. Dementsprechend ist die Software des Reglers bzw. der Steuereinrichtung dazu in der Lage, während des Betriebs des Verbrennungsmotors das Störkompensationssignal zu generieren. Es ist sogar denkbar, nach einer gewissen Zeit, wenn sich das Schwingungssignal z.B. aufgrund von Verschleiß leicht verändert hat, ein neues Störkompensationssignal zu generieren.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens entspricht der Betrachtungszeitraum der Zeit, welche die Nockenwelle für eine Umdrehung oder ein Vielfaches einer Umdrehung benötigt.
  • So kann der Aufwand zur Durchführung des Verfahrens verringert werden. Die Abweichungen der Ist-Position treten nicht stochastisch, sondern in Abhängigkeit der Ist-Position der Nockenwelle auf. Das ermittelte Schwingungssignal wiederholt sich nach einer jeden Umdrehung der Nockenwelle. Insofern würde es zu keinem weiteren Vorteil führen, wenn ein längerer Zeitraum betrachtet würde. Der Rechenaufwand zur Ermittlung eines Störkompensationssignals für eine Umdrehung der Nockenwelle ist weiterhin recht gering.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist das Schwingungssignal der Ist-Positionen durch eine Frequenz, eine Amplitude und eine Phase charakterisiert.
  • Mittels dieser Parameter ist die Schwingung der Ist-Position besonders genau und einfach charakterisierbar und somit auch besonders gut kompensierbar. Das Schwingungssignal der Ist-Positionen ist in Form einer Funktion abbildbar, welche besonders genau den Verlauf des Schwingungssignals wiedergibt. Alternativ könnte zwischen zwei benachbarten Werten der Ist-Positionen interpoliert werden.
  • Die Ist-Positionen der Nockenwelle werden bevorzugterweise mittels eines Geberrades der Nockenwelle gemessen.
  • Mittels eines solchen Geberrades kann eine ausreichend genaue Messung der Schwingung der Ist-Position erreicht werden. Weiterhin wird das Geberrad auch für weitere Steuerungs- bzw. Regelungsvorgänge genutzt, so dass kein zusätzlicher Sensor für die Ermittlung der Schwingung der Ist-Positionen im Verbrennungsmotor angeordnet werden muss. Mittels des Geberrades werden Impulse erzeugt, wobei aufgrund der Impulse in dem Regler und / oder in der Steuereinrichtung die Position der Nockenwelle und die Drehzahl der Nockenwelle bekannt sind.
  • Vorteilhafterweise ist der Regler als PID-Regler ausgeführt.
  • PID-Regler sind als Software-Regler einfach zu programmieren. Als Hardware PID-Regler sind sie günstig beschaffbar. PID-Regler ermöglichen eine gute und präzise Regelung der Position der Nockenwelle, in Bezug auf Verstellwinkel der Nockenwelle und in Bezug auf Zeiträume, welche die Verstellwinkel der Schwingung der Ist-Position und der zugehörigen Zeiträume deutlich überschreiten. Der PID-Regler eignet sich in seiner Grundausführung gut für eine grobe Erreichung der Soll-Position der Nockenwelle, für eine Kompensation der Schwingung der Ist-Position ist der PID-Regler allein aber zu träge. Die genannte Kompensation der Schwingung mittels des Störkompensationssignal lässt sich aber sehr gut mit dem PID-Regler kombinieren, so dass insgesamt eine schnelle und störunempfindliche Regelung erreicht wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Verstellung der Nockenwelle mittels eines elektronischen Stellventils eines hydraulischen Stellers.
  • Bei hydraulischen Stellern wird mithilfe eines Öldruckes die Verstellung der Nockenwelle realisiert. Der Öldruck wird dabei mittels des elektrischen Stellventils variiert. Solche hydraulischen Steller sind robust in ihrer Funktion und kostengünstig herstellbar. Weiterhin sind die Verstellungen der Nockenwelle in der zur Verfügung stehenden Zeit möglich.
  • Alternativ dazu erfolgt Verstellung der Nockenwelle mittels eines elektronischen Stellers. Bei Verwendung eines rein elektronischen Stellers kann auf den Einsatz einer Hydraulikflüssigkeit verzichtet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Störkompensationssignal in einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors ermittelt, wobei das Störkompensationssignal in allen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors verwendet wird.
  • Das ermittelte Störkompensationssignal kann ohne negative Auswirkungen bezüglich der Kompensation der Schwingung auf verschiedene Betriebszustände des Verbrennungsmotors, insbesondere Betriebszustände mit unterschiedlicher Drehzahl des Verbrennungsmotors übertragen werden. Dies konnte durch entsprechende Messungen an Verbrennungsmotoren festgestellt werden. Die Ausprägung der Schwingung hängt primär von der konstruktiven Ausgestaltung des Verbrennungsmotors, wie z.B. dessen Zylinderanzahl ab. Die Parameter während des Betriebs des Verbrennungsmotors beeinflussen die Ausprägung der Schwingung, wenn überhaupt nur sehr gering. Insbesondere ist die absolute Zeitdauer des Betrachtungszeitraums, welche von der Drehzahl der Nockenwelle anhängt, für den Betrachtungszeitraum nicht weiter von Interesse ist. Die gemessene Schwingung und das ermittelte Störkompensationssignal sind von der Ist-Position, welche in einem Winkel z.B. zu einer Nulllage angegeben wird abhängig.
  • Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Es darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird nun eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • 1 schematisch einen Verlauf eines Schwingungssignals der Ist-Positionen und schematisch einen Verlauf eines Störkompensationssignals für eine Umdrehung der Nockenwelle, und
    • 2 schematisch einen Verlauf der Abweichungen der Ist-Positionen im Vergleich zu einem Idealsignal ohne Verwendung des Störkompensationssignals und mit Verwendung des Störkompensationssignals.
  • In 1 ist schematisch ein Verlauf eines Schwingungssignals von Ist-Positionen I und schematisch ein Verlauf eines Störkompensationssignals S für eine Umdrehung einer verstellbaren Nockenwelle gezeigt. Anhand der 1 werden wesentliche Aspekte des Verfahrens zur Steuerung und / oder Regelung der verstellbaren Nockenwelle dargestellt. Ein Verbrennungsmotor weist die Nockenwelle, zumindest ein Ventil, eine Brennkammer, eine Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrleitung, einen Steller, einen Sensor, und einen Regler auf. Die Nockenwelle wirkt derart mit dem zumindest einen Ventil zusammen, dass mittels des Ventils die Brennkammer des Verbrennungsmotors gegenüber der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrleitung periodisch geöffnet und geschlossen wird. Im geöffneten Zustand der Brennkammer wird der Brennkammer ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt. Durch eine Verstellung der Nockenwelle wird ein Öffnungszeitpunkt des Ventils verändert. Die Nockenwelle selbst, wird mittels des Stellers die Nockenwelle verstellt, wodurch der Öffnungszeitpunkt des Ventils verändert wird. Die Nockenwelle wird nach „früh“ bzw. „spät“ verstellt. Dabei erfolgt die Verstellung nach „früh“ entgegen der Drehrichtung der Nockenwelle. Die Verstellung nach „spät“ erfolgt in Drehrichtung der Nockenwelle. Mittels des Verstellmechanismus ist eine Verstellung der Nockenwelle um ca. 80° möglich.
  • Eine gewünschte, z.B. für die Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemisches und / oder für die Verbrennung optimale Position der Nockenwelle entspricht einer Soll-Position der Nockenwelle. Diese wird mittels einer Regelung der Position der Nockenwelle erreicht. Um die Soll-Position der Nockenwelle zu erreichen, wird mittels des Reglers eine Regelabweichung aus einer, mittels des Sensors gemessenen Ist-Position I der Nockenwelle und der Soll-Position der Nockenwelle berechnet. Dabei wird der Wert der Ist-Position vom Wert der Soll-Position abgezogen. Mittels des Reglers wird unter Berücksichtigung der Regelabweichung eine Stellgröße ermittelt. Die Verstellung der Nockenwelle mittels des Stellers erfolgt in Abhängigkeit der Stellgröße.
  • Aufgrund entsprechender, ungleichmäßiger Belastungen der Nockenwelle weist diese eine Schwingung auf, d.h. sie rotiert nicht gleichförmig. Ein Schwingungssignal dieser Schwingung der Ist-Positionen I der Nockenwelle wird in einem Betrachtungszeitraum ermittelt, wobei für den Betrachtungszeitraum eine gleichförmige Rotation der Nockenwelle als Idealsignal angenommen wird.
  • Auf der x-Achse des Graphen aus 1 ist eine Position bzw. Winkelstellung der Nockenwelle φ in Grad angegeben, wobei die Werte von 0° bis 360° reichen. Die Werte 0° bis 360° stellen eine Umdrehung der Nockenwelle dar. Auf der y-Achse ist eine Abweichung α der Position der bzw. der Winkelstellung der Nockenwelle von einer Idealposition gezeigt, wobei die Idealposition Teil des Idealsignals ist. In der Idealposition ist der Wert der Abweichung α auf der Y-Achse gleich Null Grad. Wenn alle Werte während einer Umdrehung der Nockenwelle dem Wert Null entsprechen, so bewegt sich die Nockenwelle in einer gleichförmigen Rotation, das heißt sie rotiert mit gleicher Geschwindigkeit. Die Abweichungen α treten sowohl in positiver wie auch in negativer Richtung auf und liegen in einem Bereich zwischen ca. -1° bis 1°. Die Abweichungen α bzw. das Schwingungssignal sind abhängig von der konstruktiven Ausgestaltung des Verbrennungsmotors und können andere Verläufe und / oder andere Wertebereiche aufweisen. Die Abweichungen α von der Idealposition kommen z.B. durch die Nocken selbst, durch Ventilfedern, Wasserpumpennocken und / oder durch einen Wasserpumpenantrieb zustande. Neben dem gemessenen Schwingungssignal der Ist-Positionen I ist in 1 auch das Störkompensationssignal S dargestellt. Das Störkompensationssignal S wird aus dem Schwingungssignal der Ist-Positionen I durch Invertierung generiert. Bei der Invertierung wird das Schwingungssignal der Ist-Positionen I an der x-Achse gespiegelt.
  • In 2 ist schematisch ein Verlauf der Abweichungen der Ist-Positionen I im Vergleich zu einem Idealsignal ohne Verwendung des Störkompensationssignals S und mit Ermittlung der Stellgröße unter Verwendung des Störkompensationssignals S gezeigt. Es sind Verläufe für mehrere Umdrehungen der Nockenwelle dargestellt. Ab einem Zuschaltpunkt T, wird das Kompensationssignal S mittels des Reglers bei der Ermittlung der Stellgröße berücksichtigt. Die X-Achse und die Y-Achse stellen die gleichen Größen dar wie in 1.
  • Bis zu dem Zuschaltpunkt T schwingt die Ist-Position I um ihren Idealwert, d.h. das Signal der Ist-Positionen I rauscht. In diesem Bereich nimmt das Störkompensationssignal S den Wert Null an, d.h. es wirkt sich nicht auf die Regelung der Position der Nockenwelle aus. Ab dem Zuschaltzeitpunkt T wird das Störkompensationssignal S bei der Ermittlung der Stellgröße berücksichtigt. Es erfolgt eine einfache Addition der Stellgröße mit dem aktuellen Wert des Störkompensationssignals S. Der aktuelle Wert des Störkompensationssignals S wird mittels des Drehwinkels der Nockenwelle ermittelt. Wie aus 2 ersichtlich ist, schwingt die Ist-Position I ab dem Zuschaltzeitpunkt T nicht mehr. Die Werte der Ist-Position I nehmen ca. den Wert Null an. Die Schwingung der Ist-Positionen I der Nockenwelle wird somit kompensiert. Man geht von einer Kompensation der Schwingung aus, wenn die Werte der Ist-Positionen I ab dem Zuschaltzeitpunkt T Werte zwischen -0,1° und +0,1° annehmen.
  • Aufgrund dieser Eliminierung der Schwingung der Ist-Positionen I der Nockenwelle ist der Öffnungszeitpunkt der Ventile des Verbrennungsmotors genau bekannt. Die Kraftstoffmenge, welche unter Berücksichtigung dieses Öffnungszeitpunktes ermittelt wird, stimmt somit mit der optimalen Kraftstoffmenge für eine optimale Verbrennung in der Brennkammer des Verbrennungsmotors überein, da kein abweichender Öffnungszeitpunkt der Ventile der Bestimmung der Kraftstoffmange zugrunde liegt, wie das bei einer schwingenden Ist-Position I der Nockenwelle der Fall wäre.
  • Das Schwingungssignal der Ist-Positionen I und das Störkompensationssignal S werden während einer Entwicklungsphase des Verbrennungsmotors ermittelt. Das Störkompensationssignal S wird für den nachfolgenden Betrieb des Verbrennungsmotors in dem Regler hinterlegt. Diese Hinterlegung erfolgt in Form einer Funktion oder einer Wertetabelle. Die Messung des Schwingungssignals der Ist-Positionen I erfolgt auf einem Motorprüfstand mit einem Vergleichsmotor bzw. einem Referenz-Verbrennungsmotors, welcher vom selben Typ ist wie der Verbrennungsmotor, in welchem das Störkompensationssignal S zum Einsatz kommt.
  • Weiterhin ist denkbar, dass das Schwingungssignal der Ist-Positionen I und das Störkompensationssignal S während des Betriebs des Verbrennungsmotors ermittelt werden. In dem Fall ist eine Software des Reglers bzw. einer Steuereinrichtung in der Lage das Schwingungssignal der Ist-Positionen I zu charakterisieren und daraus das Störkompensationssignal S zu generieren.
  • Es ist vollkommen ausreichend, dass der Betrachtungszeitraum der Zeit entspricht, welche die Nockenwelle für eine Umdrehung benötigt. Das Schwingungssignal wiederholt sich nämlich periodisch, wobei die Periodendauer dem Zeitraum einer Nockenwellenumdrehung entspricht.
  • Das Schwingungssignal der Ist-Positionen I ist durch eine Frequenz, eine Amplitude und eine Phase charakterisiert. Somit liegt das Schwingungssignal im Regler in Form einer Funktion vor. Werte zwischen den gemessenem Ist-Positionen I werden anhand der Funktion bestimmt. Dies führt zu einer besonders genauen Charakterisierung der Schwingung. Alternativ wäre denkbar, zwischen den gemessenen Werten der Ist-Positionen I z.B. linear zu interpolieren.
  • Die Ist-Positionen I der Nockenwelle werden mittels eines Geberrades der Nockenwelle gemessen. Das Geberrad ist auch für andere Funktionen nutzbar, so dass hier ein Synergieeffekt entsteht. Es ist denkbar, einen anderen Sensor zur Messung Ist-Positionen I und somit der Schwingung der Nockenwelle zu verwenden.
  • Der Regler ist als PID-Regler ausgeführt. Ein solcher Regler weist proportionale, integrale und differentiale Anteile in der Berechnung der Stellgröße aus der Regelabweichung mittels des Reglers auf. Dadurch sind insbesondere relativ große Verstellungen der Nockenwelle im Stellbereich von bis zu ca. 80° gut regelbar. Die hochfrequenten Schwingungen, bzw. das Rauschen in einem Bereich kleiner ±1° werden nicht mit dem vergleichsweise trägen PID-Regler vermieden, sondern durch Kombination mit dem Störkompensationssignal S, insbesondere durch das Hinzuaddierens des aktuellen Wertes des Störkompensationssignals S zu der Stellgröße.
  • Die Verstellung der Nockenwelle erfolgt mittels eines elektronischen Stellventils eines hydraulischen Stellers.
  • Ebenso ist denkbar, dass die Verstellung der Nockenwelle mittels eines elektronischen Stellers erfolgt.
  • Mittels beider Varianten ist eine ausreichend schnelle Verstellung der Nockenwelle möglich. Zum Ausgleich der Schwingung der Nockenwelle wird mehrfach während einer Umdrehung der Nockenwelle ein Richtungswechsel der Verstellung der Nockenwelle durchgeführt.
  • Das Störkompensationssignal S wird in einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors ermittelt. Nachfolgend wird das Störkompensationssignal S in allen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors verwendet. Dies ist möglich, da das Schwingungssignal der Ist-Positionen I nahezu unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors ist. Es treten lediglich geringe Abweichungen im Schwingungssignal der Ist-Positionen I bei verschiedenen Betriebszuständen auf, trotz welcher eine Reduktion der Schwingungen der Ist-Positionen I auf einen Bereich kleiner als ±0,1° möglich ist. Während der Messung des Schwingungssignals der Ist-Positionen I steht der Steller still. Bei der Reduktion der Schwingungen der Ist-Positionen I wird der Steller ausgleichend bewegt.
  • Dennoch ist es denkbar, eine noch höhere Genauigkeit zu erreichen, indem mehrere Störkompensationssignale für verschiedene Betriebszustände der Nockenwelle ermittelt werden. Für verschiedene Betriebszustandsbereiche liegt dann ein zugehöriges Störkompensationssignal vor, dessen Werte der Stellgröße hinzuaddiert werden.
  • Bezugszeichenliste
  • I
    Ist-Positionen
    S
    Störkompensationssignal
    T
    Zuschaltzeitpunkt
    φ
    Position bzw. Winkelstellung der Nockenwelle
    α
    Abweichung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006041417 B3 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Steuerung und / oder Regelung einer verstellbaren Nockenwelle, wobei ein Verbrennungsmotor die Nockenwelle, zumindest ein Ventil, eine Brennkammer, eine Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrleitung, einen Steller, einen Sensor, und einen Regler aufweist, wobei die Nockenwelle mit dem zumindest einen Ventil derart zusammenwirkt, dass mittels des Ventils die Brennkammer des Verbrennungsmotors gegenüber der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Zufuhrleitung periodisch geöffnet und geschlossen wird, wobei der Brennkammer in geöffnetem Zustand ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird, wobei durch eine Verstellung der Nockenwelle ein Öffnungszeitpunkt des Ventils verändert wird, wobei mittels des Stellers die Nockenwelle verstellt und somit der Öffnungszeitpunkt des Ventils verändert wird, um eine Soll-Position der Nockenwelle zu erreichen, wobei zur Erreichung der Soll-Position der Nockenwelle mittels des Reglers eine Regelabweichung aus einer, mittels des Sensors gemessenen Ist-Position (I) der Nockenwelle und der Soll-Position der Nockenwelle berechnet wird, wobei mittels des Reglers unter Berücksichtigung der Regelabweichung eine Stellgröße ermittelt wird, und wobei die Verstellung der Nockenwelle mittels des Stellers in Abhängigkeit der Stellgröße durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungssignal einer Schwingung der Ist-Positionen (I) der Nockenwelle in einem Betrachtungszeitraum ermittelt wird, wobei das Schwingungssignal der Ist-Positionen (I) durch eine Ermittlung der Abweichungen der im Betrachtungszeitraum gemessenen Ist-Positionen (I) gegenüber einer gleichförmigen gemittelten Rotation gebildet wird, wobei aus dem Schwingungssignal der Ist-Positionen (I) durch eine Invertierung des Schwingungssignals der Ist-Positionen (I) ein Störkompensationssignal (S) gebildet wird, wobei zur Stellgröße ein zugehöriger Wert des Störkompensationssignals (S) hinzuaddiert wird, so dass die Schwingung der Ist-Positionen (I) der Nockenwelle kompensiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungssignal der Ist-Positionen (I) und das Störkompensationssignal (S) während einer Entwicklungsphase des Verbrennungsmotors ermittelt werden, wobei das Störkompensationssignal (S) für den nachfolgenden Betrieb des Verbrennungsmotors in dem Regler hinterlegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungssignal der Ist-Positionen (I) und das Störkompensationssignal (S) während des Betriebs des Verbrennungsmotors ermittelt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrachtungszeitraum der Zeit entspricht, welche die Nockenwelle für eine Umdrehung benötigt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungssignal der Ist-Positionen (I) durch eine Frequenz, eine Amplitude und eine Phase charakterisiert ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Positionen (I) der Nockenwelle mittels eines Geberrades der Nockenwelle gemessen werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler als PID-Regler ausgeführt ist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Nockenwelle mittels eines elektronischen Stellventils eines hydraulischen Stellers erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Nockenwelle mittels eines elektronischen Stellers erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Störkompensationssignal (S) in einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors ermittelt wird, wobei das Störkompensationssignal (S) in allen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors verwendet wird.
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