DE10233815C1

DE10233815C1 - Verfahren zur Überwachung des Verschleißes eines Steuertrieb-Zugmittels

Info

Publication number: DE10233815C1
Application number: DE2002133815
Authority: DE
Inventors: Thomas Kell; Werner Weigl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2022-07-26

Abstract

Bei einem Verfahren zur Überwachung des Verschleißes eines Steuertrieb-Zugmittels für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer elektronisch gesteuerten variabler Nockenwellenverstellvorrichtung, bei der die Gesamtverdrehwinkel zumindest zweier verstellbarer Nockenwellen zur Kurbelwelle in einer definierten Grundposition erfasst werden, werden zu einem ersten vorgegebenen Zeitpunkt die für jede verstellbare Nockenwelle in der definierten Grundposition erfassten Gesamtverdrehwinkel jeweils als Referenzverdrehwinkel abgespeichert. DOLLAR A Zu einem späteren zweiten vorgegebenen Zeitpunkt werden die aktuellen Gesamtverdrehwinkel in der definierten Grundposition erneut erfasst. Weiterhin werden die Differenzverdrehwinkel der aktuellen Gesamtverdrehwinkel zu den Referenzverdrehwinkeln gebildet. Schließlich werden die Verhältnisse der einzelnen Differenzverdrehwinkel zur jeweiligen Länge des Zugmittel-Zugtrums zwischen der Kurbelwelle und der dem jeweiligen Differenzverdrehwinkel zugeordneten Nockenwelle gebildet und miteinander verglichen. Wenn die Verhältnisse zumindest nahezu gleich sind, wird der Grad der Längung des Zugmittels ausgewertet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Verschleißes eines Steuertrieb-Zugmittels.

Ein derartiges Verfahren zur Messung eines Verdrehwinkels ist bereits aus der DE 43 21 976 C2 bekannt. Unter dem Begriff Zugmittel werden zum Beispiel alle Zahn-, Hülsenketten oder auch Zahnriemen zusammengefasst. In diesem Verfahren wird grundsätzlich die Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Kraftfahrzeugen in Form eines Gesamtverdrehwinkels erfasst. Der Gesamtverdrehwinkel wird u. a. in einer definierten Grundposition erfasst und mit einem vorgegebenen Startwert verglichen. Der vorgegebene Startwert entspricht einem Grundverdrehwinkel der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in der definierten Grundposition bei einem noch unverschlissenem System. Die definierte Grundposition ist vorzugsweise der mechanische Anschlag, der sich ohne Ansteuerung zur Verstellung der Nockenwelle automatisch einstellt. Als Startwert wird beispielsweise der Gesamtverdrehwinkel abgespeichert, der in der Grundposition nach einer ersten Inbetriebnahme bei noch unverschlissenem System erfasst wurde (Grundverdrehwinkel). Bei diesem Grundverdrehwinkel liegt kein Verdrehwinkel infolge eines Verschleißes vor. Elektrische und mechanische Toleranzen werden festgestellt, wenn der Grundverdrehwinkel (nach einiger Zeit) vom Startwert abweicht. Dadurch können aufgetretene Fehler frühzeitig erkannt und durch eine Korrektur behoben werden. Bei diesem Verfahren wird allgemein sowohl von elektrischen als auch mechanischen Toleranzen ausgegangen, d. h. eine Längung des Zugmittels infolge des Verschleiß ist nicht eindeutig erkennbar.

Die DE 195 03 457 C1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung des Verschleißes einer Motorsteuerkette und eine Diagnoseeinrichtung zur Durchführung desselben. Durch die Anordnung jeweils eines motorintegrierten Sensors an beabstandeten Kettenrädern, an denen jeweils eine Markierung angebracht ist, wird mindestens einmal pro Umlauf ein Signal erzeugt, das die Phasenlage der Kettenräder zueinander ermittelt. Dieser Wert wird mit dem Wert einer unverschlissenen Kette (= Zugmittel) verglichen. Bei einer Abweichung der beiden Werte wird von einem Verschleiß der Kette ausgegangen.

Bei diesem Verfahren wird nicht überprüft, ob es sich zum Beispiel infolge eines Sensorfehlers um eine Fehlinformation und eine daraus resultierende Fehlinterpretation handelt. Es kann vorkommen, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs durch das Auslösen einer falschen Warnanzeige sein Fahrzeug unnötigerweise zur Reparatur bringt.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur sicheren Erkennung eines Zugmittelverschleißes zu entwerfen, bei dem der Verschleiß eines Zugmittels mit Sicherheit eingetreten ist, falls z. B. eine Warnanzeige den Fahrer dazu veranlasst, sein Fahrzeug diesbezüglich zur Reparatur zu bringen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass auf Basis der Messung der Gesamtverdrehwinkel z. B. nach DE 43 21 976 C2 die gemessenen Gesamtverdrehwinkel an den verstellbaren Nockenwellen für die längungsbezogene Verschleißüberwachung nur verwendet werden dürfen, wenn die gleichzeitig auftretenden Winkeländerungen mindestens zweier Nockenwellen einer annähernd gleichmäßigen Längung des Zugmittels entsprechen. Zu einem ersten vorgegebenen Zeitpunkt wird der für jede verstellbare Nockenwelle in der definierten Grundposition erfasste Gesamtverdrehwinkel als Referenzverdrehwinkel abgespeichert. Zu einem späteren zweiten vorgegebenen Zeitpunkt wird der aktuelle Gesamtverdrehwinkel in der definierten Grundposition erneut erfasst. Es wird die Differenz aus dem aktuellen Gesamtverdrehwinkel und dem zuvor ermittelten Gesamtverdrehwinkel, also dem Referenzverdrehwinkel, gebildet. Es wird das Verhältnis der einzelnen Differenzverdrehwinkel zur Länge des Zugmittel-Zugtrums zwischen der Kurbelwelle und der dem jeweiligen Differenzwinkel zugeordneten Nockenwelle gebildet. Ist dieses Verhältnis nahezu gleich, kann auf eine Längung des Zugmittels geschlossen werden, wenn sich der Gesamtverdrehwinkel in der Grundposition im Hinblick auf den Grundverdrehwinkel bzw. den Startwert in vorgegebener Weise verändert hat. Bei unterschiedlichen Verhältnissen kann es sein, dass zum Beispiel ein Sensorfehler aufgetreten ist. Solche Werte werden nicht berücksichtigt.

Da es sich bei der Längung von Zugmitteln um einen Langzeitverschleiß handelt, werden Ausreißer und einzelne Peaks vorzugsweise nicht berücksichtigt. Deshalb sind für die Definition des Referenzverdrehwinkels zwei Alternativen besonders vorteilhaft:
Zum einen kann der Startwert bzw. der Grundverdrehwinkel einer Nockenwelle, der bei unverschlissenem Zugmittel in der Grundposition gemessen und abgespeichert wurde, als dauerhafter, zu einem ersten vorgegebenen Zeitpunkt erfasster Referenzverdrehwinkel verwendet werden. Der erste vorgegebene Zeitpunkt entspricht dabei z. B. einer ersten Inbetriebnahme oder einer vorgegebenen Anzahl von Inbetriebnahmen nach der ersten Inbetriebnahme, um das Vorliegen eines noch unverschlissenen Zugmittels sicherzustellen. (1. Alternative)

Zum anderen besteht die Möglichkeit, immer den zuletzt aktuell erfassten Gesamtverdrehwinkel als Referenzverdrehwinkel für die nächste Messung anzugeben. Die Messungen liegen hierbei relativ zum längungsbezogenen Langzeitverschleiß zeitlich nahe beieinander. Beispielsweise kann immer nach einem Neustart der Brennkraftmaschine eine Messung vorgenommen werden. In diesem Fall werden vorzugsweise für die erfindungsgemäße Verhältnisbildung nur Differenzverdrehwinkel verwendet, die kleiner als eine vorgegebene Schwelle sind. Denn das Auftreten eines großen Differenzverdrehwinkels in relativ kurzer Zeit ist zu verwerfen, da die Längung eines Zugmittels lediglich aufgrund eines Langzeitverschleißes auftritt. (2. Alternative)

Wenn nach dem erfinderischen Verfahren grundsätzlich auf eine Längung des Zugmittels geschlossen werden kann, wird anschließend vorzugsweise der Grad der Längung des Zugmittels ausgewertet. Dazu wird jeweils zumindest der aktuelle Gesamtverdrehwinkel einer Nockenwelle in der Grundposition, vorzugsweise gefiltert (z. B. gemittelt über eine vorgegebene Anzahl vorangegangener Gesamtverdrehwinkel derselben Nockenwelle), mit einem Startwert verglichen, der vorzugsweise dem Grundverdrehwinkel entspricht. Der Startwert wurde im Steuergerät, wie oben bereits beschrieben, beispielsweise als Gesamtverdrehwinkel bei unverschlissenem Zugmittel bereits früher erfasst und gespeichert.

Vorzugsweise wird also zur Berechnung des Grades der Längung eines Zugmittels die Differenz aus einem gefilterten aktuellen Gesamtverdrehwinkel und dem dazugehörigen vorgegebenen Startwert gebildet. Überschreitet die Differenz zwischen dem Startwert und dem aktuellen Gesamtverdrehwinkel bzw. dem gefilterten aktuellen Gesamtverdrehwinkel eine vorgegebene Längungsschwelle kann auf eine unerwünschte Zugmittellängung geschlossen werden. Daraufhin wird vorzugsweise, wie bereits bekannt, z. B. ein Fehlerspeichereintrag vorgenommen, ein Warnsignal ausgelöst oder eine Maßnahme zur Kompensation der Zugmittellängung ergriffen. Denkbar ist zur Kompensation der Steuertrieb-Zugmittelung ein korrigierender Vorhalt im Kennfeld zur Ansteuerung des Nockenwellenverstellers, der den Verschleiß innerhalb der mechanischen Grenzen ausgleicht und dadurch die idealen Leistungs-, Verbrauchs- und Abgaswerte in den Betriebspunkten erhält.

Voraussetzung für die erfindungsgemäße Auswertung der erfassten Gesamtverdrehwinkel können vorgegebene Randbedingungen sein, wie zum Beispiel die Einhaltung einer bestimmten Öltemperatur und einer maximalen Drehzahl, durch die sichergestellt ist, dass sich die Differenz zwischen dem Gesamtverdrehwinkel zu einem ersten Zeitpunkt (Referenzverdrehwinkel oder Startwert) und dem Gesamtverdrehwinkel zu einem späteren zweiten Zeitpunkt (aktueller Gesamtverdrehwinkel) ausschließlich durch die Zugmittellängung ergibt.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen vereinfachten Aufbau eines Kettenantriebs,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung. Das erfundene Verfahren ist beispielsweise als Funktionsblock 9 in einem ohnehin vorhandenen Brennkraftmaschinen-Steuergerät enthalten.

Fig. 1 zeigt einen vereinfachten Aufbau eines Kettentriebs mit einer Kurbelwelle KW und zwei Nockenwellen NW1 und NW2. Durch den in Fig. 1 eingezeichneten Pfeil wird die Drehrichtung der Kurbelwelle KW angedeutet. Das Steuertriebzugmittel setzt sich aus den folgenden Teilen zusammen: dem Zugtrum ZT1 mit der Länge l_ZT1, dem Zugtrum ZT2 mit der Länge l_ZT2 und dem Leertrum LT mit der Länge l_LT. Zwischen der Kurbelwelle KW und der Nockenwelle NW1 befindet sich das Zugtrum ZT1. Zwischen der Nockenwelle NW1 und der Nockenwelle NW2 befindet sich das Zugtrum ZT2. Das Zugtrum ZT1 und das Zugtrum ZT2 werden durch die Drehung der Kurbelwelle KW gespannt. Zwischen der Nockenwelle NW2 und der Kurbelwelle KW ist das Leertrum LT.

Solange keine Längung des Zugmittels auftritt, ist der Gesamtverdrehwinkel gleich dem Grundverdrehwinkel der jeweiligen Nockenwelle.

ϕ_ges1 = ϕ_grund1

ϕ_ges2 = ϕ_grund2

Kommt es zu einer Längung des Zugmittels, verdrehen sich die Nockenwellen NW1 und NW2 zusätzlich zu den Grundverdrehwinkeln ϕ_grund1 und ϕ_gruna2 um den jeweiligen Längungsverdrehwinkel Δϕ₁ und Δϕ₂.

ϕ_ges1 = ϕ_rund1 + Δϕ₁

ϕ_ges2 = ϕ_grund2 + Δϕ₂

Der Grundverdrehwinkel kann bei den beiden Nockenwellen NW1 und NW2 unterschiedlich sein. Der Längungsverdrehwinkel Δϕ₁ ist direkt proportional zur Länge l_ZT1 des Zugtrums ZT1 und der Längungsverdrehwinkel Δϕ₂ ist direkt proportional zur Summe der Länge l_ZT1 des Zugtrums ZT1 und der Länge l_ZT2 des Zugtrums ZT2.

Δϕ₁ ~ l_ZT1

Δϕ₂ ~ l_ZT1 + l_ZT2

Fig. 2 zeigt die mittels eines Sensors erfassten aktuellen Gesamtverdrehwinkel ϕ_ges1 und ϕ_ges2 jeweils für die Nockenwellen NW1 und NW2 (hier nicht dargestellt) in einer vorgegebenen Grundposition als Eingangssignale. Die Grundposition ist vorzugsweise der mechanische Anschlag, der sich ohne Ansteuerung zur Verstellung der Nockenwelle ergibt (vgl. dazu z. B. DE 43 21 976 C2). Im Vergleicher 1 wird überprüft, ob für jede Differenz aus dem jeweiligen aktuellen Gesamtverdrehwinkeln ϕ_ges1 und ϕ_ges2 und dem dazugehörigen zu einem früheren Zeitpunkt erfassten Gesamtverdrehwinkel ϕ_ges1' Und ϕ_ges2' eine vorgegebene Schwelle unterschritten wird. Hierdurch werden nur Lanzeitverschleißfehler berücksichtigt und spontane Fehler unberücksichtigt gelassen.

Anschließend wird im Vergleicher 2 überprüft, wie sich die Verhältnisse der Differenzverdrehwinkel (ϕ_ges1 - ϕ_ges1'; ϕ_ges2 - ϕ_ges2') zur Länge des Zugmittel- Zugtrums zwischen der Kurbelwelle KW und der jeweils dem Differenzverdrehwinkel zugeordneten Nockenwelle NW1 und NW2 zueinender verhalten.

Der der Nockenwelle NW1 zugeordnete Differenzverdrehwinkel (ϕ_ges1 - ϕ_ges1') ist wie der Längungsverdrehwinkel Δϕ₁ direkt proportional zur Länge l_ZT1 des Zugtrums ZT1. Der der Nockenwelle NW2 zugeordnete Differenzverdrehwinkel (ϕ_ges2 - ϕ_ges2') ist wie der Längungsverdrehwinkel Δϕ2 direkt proportional zur Summe der Länge l_ZT1 des Zugtrums ZT1 und der Länge l_ZT2 des Zugtrums ZT2.

(ϕ_ges1 - ϕ_ges1') ~ l_ZT1

(ϕ_ges2 - ϕ_ges2') ~ l_ZT1 + l_ZT2

Abfrage

(ϕ_ges1

- ϕ_ges1

')/l_ZT1

≅ (ϕ_ges2

- ϕ_ges2

')/(l_ZT1

+ l_ZT2

)?

Weichen diese Verhältnisse stark voneinander ab, z. B. infolge eines Sensorfehlers an einer Nockenwelle, werden die Gesamtverdrehwinkel ϕ_ges1 und ϕ_ges2 verworfen. Bei zumindest nahezu gleichem Verhältnis, wird in Fig. 2 der Gesamtverdrehwinkel ϕ_ges1 für die weitere Verarbeitung verwendet. In der Langzeitüberwachungseinheit 3 wird der aktuelle Gesamtverdrehwinkel ϕ_ges1 mit in diesem Beispiel zwei vorrangegangenen gültigen Gesamtverdrehwinkeln ϕ_ges1' und ϕ_ges2'' gemittelt. In dieser Langzeitüberwachungseinheit 3 wird somit der Mittelwert gebildet. Ebenso wird als Startwert ein Startverdrehwinkel ϕ_Start1 zum Beispiel als Mittelwert mehrerer Gesamtverdrehwinkel bei unverschlissenem Steuertrieb- Zugmittel gebildet. Der Startwert kann beispielsweise auch dem Grundverdrehwinkel ϕ_grund1 entsprechen. Aus dem Mittelwert und dem Startverdrehwinkel ϕ_Start1 des Zugmittels wird im Differenzbildungsblock 4 der Differenzwert Δϕ₁ gebildet, der dem Längungsverdrehwinkel Δϕ₁ entspricht. Wird im Vergleicher 5 festgestellt, dass der Differenzwert Δϕ₁ einen bestimmten ersten Längungsschwellwert übersteigt, soll ein Eintrag in einem Fehlerspeicher 7 erfolgen. Wird auch im Vergleicher 6 ein zweiter Längungsschwellwert überschritten, soll eine Warnanzeige 8 aufleuchten, um den Fahrer zu informieren, dass ein Verschleiß des Zugmittels aufgetreten ist und dieser Schaden repariert werden muss. Zusätzlich kann im Kennfeld des Nockenwellenverstellers (hier nicht dargestellt) ein Vorhalt zum Ausgleich des Verschleißes vorgegeben werden. Erfindungsgemäß werden also abhängig vom Grad der Längung unterschiedliche Maßnahmen ergriffen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der zu einem ersten vorgegebenen Zeitpunkt abgespeicherte Referenzverdrehwinkel (ϕ_ges1' und ϕ_ges2') ein Gesamtverdrehwinkel, der relativ zur Dauer eines längungsbezogenen Langzeitverschleißes verhältnismäßig kurz vor dem zu einem späteren zweiten vorgegeben Zeitpunkt erfassten Gesamtverdrehwinkel (ϕ_ges1 Und ϕ_ges2) erfasst wurde (zweite Alternative). Hier nicht dargestellt ist die Möglichkeit (erste Alternative), dass der Referenzverdrehwinkel auch der Startwert (hier: Startverdrehwinkel ϕ_Start1) bzw. Grundverdrehwinkel (hier: ϕ_grund1) sein kann. Im Falle der ersten Alternative wäre dann der Differenzverdrehwinkel (ϕ_ges1 - ϕ_ges1'; ϕ_ges2 - ϕ_ges2') gleich dem Längungsverdrehwinkel (Δϕ₁, Δϕ₂; vgl. Fig. 1).

Dieses erfindungsgemäße Diagnoseverfahren ist möglich, da der Verschleiß des Zugmittels im Vergleich zu anderen Fehlern, die auch zu einem Differenzverdrehwinkel führen, langsam fortschreitet. Es ist deshalb ausreichend, wenn die Messung der Gesamtverdrehwinkel zur Verschleißüberwachung des Zugmittels nur einmal pro Motorlauf durchgeführt wird.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung des Verschleißes eines Steuertrieb- Zugmittels für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer elektronisch gesteuerten variablen Nockenwellenverstellvorrichtung, bei der die Gesamtverdrehwinkel (ϕ_ges1, ϕ_ges2) zumindest zweier verstellbarer Nockenwellen (NW1, NW2) zur Kurbelwelle (KW) in einer definierten Grundposition erfasst werden, wobei
zu einem ersten vorgegebenen Zeitpunkt die für jede verstellbare Nockenwelle (NW1, NW2) in der definierten Grundposition erfassten Gesamtverdrehwinkel (ϕ_ges1, ϕ_ges2) jeweils als Referenzverdrehwinkel (ϕ_ges1', ϕ_ges2') abgespeichert werden,
zu einem späteren zweiten vorgegebenen Zeitpunkt die aktuellen Gesamtverdrehwinkel (ϕ_ges1, ϕ_ges2) in der definierten Grundposition erneut erfasst werden,
die Differenzverdrehwinkel (ϕ_ges1 - ϕ_ges1'; ϕ_ges2 - ϕ_ges2') der aktuellen Gesamtverdrehwinkel (ϕ_ges1, ϕ_ges2) zu den Referenzverdrehwinkeln (ϕ_ges1', ϕ_ges2') gebildet werden,
die Verhältnisse der einzelnen Differenzverdrehwinkel (ϕ_ges1 - ϕ_ges1', ϕ_ges2 - ϕ_ges2') zur jeweiligen Länge des Zugmittel-Zugtrums (l_ZT1; l_ZT1 + l_ZT2) zwischen der Kurbelwelle und der dem jeweiligen Differenzverdrehwinkel (ϕ_ges1 - ϕ_ges1'; ϕ_ges2 - ϕ_ges2') zugeordneten Nockenwelle (NW1; NW2) gebildet und miteinander verglichen werden und
der Grad der Längung des Zugmittels ausgewertet wird, wenn die Verhältnisse zumindest nahezu gleich sind.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Verhältnisses nur die Differenzverdrehwinkel (ϕ_ges1 - ϕ_ges1'; ϕ_ges2 - ϕ_ges2') verwendet werden, die kleiner als eine vorgegebene Schwelle sind.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung des Grades der Längung des Zugmittels der aktuelle Gesamtverdrehwinkel gefiltert wird.

4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung des Grades der Längung des Zugmittels der aktuelle Gesamtverdrehwinkel (ϕ_ges1) oder der gefilterte aktuelle Gesamtverdrehwinkel () mit einem vorgegebenen Startwert (ϕ_Start1) verglichen wird.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Grad der Längung unterschiedliche Maßnahmen ergriffen werden.