DE10338663B4

DE10338663B4 - Steuereinheit einer Stellglieder aufweisenden Vorrichtung

Info

Publication number: DE10338663B4
Application number: DE2003138663
Authority: DE
Inventors: Johann Graf; Andreas Schiergl; Kurt Kienbaum
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2023-08-23
Also published as: DE10338663A1

Abstract

Steuereinheit (1) einer Stellglieder (3) aufweisenden Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und/oder der Öffnungszeiten der Gaswechselventile einer mindestens eine Nockenwelle aufweisenden Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung zum Verstellen des Hubes der Gaswechselventile auf der mindestens einen Nockenwelle axial verschiebbare Nockenträger aufweist, wobei an den Nockenträgern Schneckentriebe ausgebildet sind, in welche die Stellglieder (3) zum Verschieben der Nockenträger greifen, und wobei die Steuereinheit (1) direkt bei den Stellgliedern (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (5) aus einer Ansteuerlogik und einer Treibereinheit zusammen gesetzt ist, dass die Steuereinheit (1) zum Schalten der Stellglieder (3) elektronisch mit den Stellgliedern (3) verbunden ist, und dass die Steuereinheit (1) mit einem zentralen Motorsteuergerät (2) der Brennkraftmaschine und mit einer Spannungsversorgung (8) elektronisch verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit einer Stellglieder aufweisenden Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und/oder der Öffnungszeiten der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Brennkraftmaschinen weisen in der Regel zur Steuerung oder Regelung von Stellgliedern ein zentrales Motorsteuergerät auf. Derartige Stellglieder sind beispielsweise Injektoren zur Kraftstoffeinspritzung oder die Zündkerzen eines Zündsystems. Das zentrale Motorsteuergerät bestimmt dabei in Abhängigkeit motorverfügbarer, mittels Sensoren erfasster Kennwerte, beispielsweise der Kurbelwellendrehzahl oder der Fahrpedalstellung, die erforderlichen Werte zum Betrieb der Stellglieder. Dazu ist das Motorsteuergerät an die Stromversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossen. Zudem ist das Motorsteuergerät vorteilhaft über einen Datenbus mit den Stellgliedern und den Sensoren verbunden.
Weist der durch das Motorsteuergerät gesteuerte oder geregelte Aktor eine sicherheitsrelevante Funktion auf, wird die Funktionstüchtigkeit des Aktors mittels einer Diagnosefunktion durch das Motorsteuergerät überwacht.
Der Betrieb eines zentralen Motorsteuergerätes weist dabei den Nachteil auf, dass bei einer großen Anzahl von zu steuernden oder zu regelnden Stellgliedern das zentrale Motorsteuergerät eine einen beträchtlichen Bauraum erfordernde Größe aufweist. Zudem ist an dem Gehäuse des zentralen Motorsteuergerätes eine Vielzahl von Anschlüssen und Schnittstellen erforderlich. Erzeugt das zentrale Motorsteuergerät durch benötigte Prozessoren und Leistungsschaltelemente viel Wärme, wird eine aufwendige aktive Kühlung notwendig.
Aus der Druckschrift DE 699 16 555 T2 ist eine Steuereinheit für eine Ventilsteuerung beschrieben, bei der elektromagnetische Stellglieder Gaswechselventile betätigen. Die Ansteuerung der Stellglieder erfolgt über ein Motorsteuergerät und über eine dezentrale Steuereinheit, die ausschließlich von einer Treibereinheit gebildet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Steuereinheit einer Stellglieder aufweisenden Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff es Patentanspruchs 1 anzugeben, durch die das zentrale Motorsteuergerät nicht wesentlich belastet ist, und die einen zuverlässigen Betrieb der Stellglieder der Vorrichtung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach die Ansteuereinheit aus einer Ansteuerlogik und einer Treibereinheit zusammengesetzt ist. Die Steuereinheit ist zum Schalten der Stellglieder elektronisch mit den Stellgliedern verbunden, wobei nur kurz elektronische Verbindungen benötigt werden. Zudem ist die Steuereinheit mit einem zentralen Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine und mit einer Spannungsversorgung elektronisch verbunden.
Die Brennkraftmaschine weist dabei einen Schmiermittelkreislauf auf, mit dem die Stellglieder verbunden sind. Die Temperatur des Schmiermittels ermittelt die Steuereinheit dabei aus Schaltreaktionen der Stellglieder.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an den Stellgliedern Temperatursensoren angeordnet sind, wobei die Temperatursensoren mit der Steuereinheit verbunden sind.
In einer weiteren Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine in einem eine Wegfahrsperre aufweisenden Kraftfahrzeug angeordnet ist. Ist die Wegfahrsperre des Kraftfahrzeugs aktiviert, werden durch das zentrale Motorsteuergerät die Steuereinheit und damit die Stellglieder gesperrt.
In einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinheit über einen Datenbus mit dem zentralen Motorsteuergerät verbunden ist.
Zudem ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Stellglieder als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind.
In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Steuereinheit eine Ansteuereinheit und/oder eine Diagnoseeinheit und/oder eine Stromversorgungseinheit zusammengefasst sind.
Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinheit können die Stellglieder zuverlässig angesteuert werden, wobei das zentrale Motorsteuergerät durch die Stellglieder nicht belastet ist.
Im Folgenden ist die erfindungsgemäße Steuereinheit anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Stellglieder aufweisenden Vorrichtung zum Verstellen des Hubes der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine.
2 eine schematische Darstellung der die Stellglieder betätigenden Steuereinheit.
Eine sechszylindrige Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges ist mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der einlassseitigen Gaswechselventile ausgestattet.
Die Vorrichtung besteht aus sechs Nockenpakten, die drehfest und axial verschiebbar auf der die einlassseitigen Gaswechselventile betätigenden Nockenwelle angeordnet sind. Dabei ist jedes Nockenpaket genau einem Zylinder zugeordnet, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine einlassseitig zwei Gaswechselventile aufweist. Entsprechend sind auf dem Nockenstück zwei Nocken ausgebildet, wobei jeder Nocken ein einlassseitiges Gaswechselventil betätigt.
Zum Erzeugen unterschiedlicher Ventilhübe weist jeder der zwei Nocken eines Nockenpaketes zwei sich unterscheidende Hubprofile auf, durch welche ein Gaswechselventil beim Betrieb der Brennkraftmaschine unterschiedlich tief in den Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine verschoben wird. Zudem sind die zwei Hubprofile eines Nockens so ausgeformt, dass eine Phasenverschiebung bei der Betätigung des jeweiligen Gaswechselventils erfolgt, wodurch unterschiedliche Öffnungszeiten der Gaswechselventile bewirkt werden.
Zum axialen Verschieben ist an beiden Seiten der Nockenstücke jeweils ein Schneckentrieb ausgebildet, in dem eine Kurvenbahn als Vertiefung ausgebildet ist. Die Kurvenbahnen der zwei Schneckentriebe eines Nockenstückes sind dabei zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wodurch das axiale Verschieben des Nockenstückes in beide Richtungen bewirkt wird.
Die axiale Verschiebung der Nockenstücke erfolgt durch radial zur Nockenwelle angeordnete Stellglieder, die als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind, und die jeweils aus einem Betätigungsstift und aus zwei Elektromagneten bestehen. Die Stellglieder sind fest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Elektromagneten kann der Betätigungsstift ausgefahren und zurückgezogen werden. Im ausgefahrenen Zustand greift der Betätigungsstift in die die Kurvenbahn bildende Vertiefung eines Schneckentriebes, wobei das Nockenstück durch die Drehung der Nockenwelle axial verschoben wird.
Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung die jeweils zwei Stellglieder 3 eines Nockenstückes, das die einlassseitigen Gaswechselventile eines Zylinders betätigt.
Die Stellglieder 3 sind über elektrische Leitungen mit einer Steuereinheit 1 verbunden, wobei die Steuereinheit 1 direkt am Zylinderkopf 4 bei den Stellgliedern 3 angeordnet ist, wodurch lange Leitungsverbindungen vermieden werden. Die Steuereinheit ist an die Stromversorgung 8 der Brennkraftmaschine angeschlossen.
Die Steuereinheit 1 übernimmt dabei alle Steuer- und Regelungsfunktionen, die zum Betrieb der Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine notwendig sind. Einzig die Bestimmung des Zeitpunkts, wann die Nockenstücke zum Wechsel auf das andere Nockenprofil axial verschoben werden sollen, erfolgt durch ein zentrales Motorsteuergerät 2, mit dem die Steuereinheit 1 über einen Datenbus 9 verbunden ist.
Das zentrale Motorsteuergerät 2 ermittelt aus motorverfügbaren Kennwerten, beispielsweise aus der Kurbelwellendrehzahl und dem Fahrpedalwinkel, die optimalen Zeitpunkte zum Wechsel des Nockenprofils.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung den inneren Aufbau der Steuereinheit 1, die eine Ansteuereinheit 7, eine Diagnoseeinheit 6 und eine Stromversorgungseinheit 5 umfasst.
Die Ansteuereinheit 7 ist dabei aus einer Ansteuerlogik und einer Treibereinheit zusammengesetzt, wobei über die Ansteuerlogik die Adressierung eines zu schaltenden Stellgliedes 3 erfolgt, und über die Leistungsbauelemente aufweisende Treibereinheit die Bestromung des jeweiligen Stellgliedes 3 erfolgt.
Die Diagnoseeinheit 6 überwacht, ob die einlassseitigen Gaswechselventile nach einer Bestromung eines Stellgliedes 3 auch tatsächlich von einem anderen Nockenprofil angetrieben werden. Diese Diagnose kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgeführt werden. Beispielsweise wird eine in einer Abgasanlage angeordnete Lambdasonde nach dem Verstellen des Hubes der einlassseitigen Gaswechselventile ein geändertes Luft/Kraftstoffverhältnis bestimmen. An einem Ausbleiben der Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnis kann ein Defekt der Vorrichtung zum Verstellen des Hubes der Gaswechselventile erkannt werden.
Die Stromversorgungseinheit 5 der Steuereinheit 1 ist mir der Stromversorgung der Brennkraftmaschine verbunden und verfügt über Kondensatoren hoher Kapazität, um den Stellgliedern 3 ausreichend Strom bereit zu stellen, ohne das Bordnetz mit Spannungsspitzen zu belasten.
Die Stellglieder 3 sind mit einem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden. Bedingt durch die temperaturabhängigen Stellzeiten der Stellglieder 3 muss die Temperatur des Schmiermittels der Steuereinheit 1 bekannt sein, um die Ansteuerung der Stellglieder 3 temperaturabhängig korrigieren zu können. Durch die Diagnosefunktion besteht die Möglichkeit die Temperatur des Schmiermittels aus Schaltreaktionen der Stellglieder 3 zu bestimmen.
Die als elektromagnetische Ventile ausgebildeten Stellglieder 3 weisen mit der Steuereinheit 1 verbundene Temperatursensoren auf, wodurch die zum Betrieb der Stellglieder 3 erforderliche Stromhöhe durch die Steuereinheit temperaturabhängig geregelt werden kann.
Das Kraftfahrzeug weist eine elektronische Wegfahrsperre auf, die bei nicht erfolgter Prüfung der Nutzungsberechtigung wesentliche Funktionen des Kraftfahrzeugs sperrt. Dabei werden auch Stellglieder durch die Steuereinheit deaktiviert, solange keine positive Prüfung der Nutzungsberechtigung erfolgt ist.
Durch die derartig ausgebildete Steuereinheit der Stellglieder aufweisenden Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine werden die Stellglieder zuverlässig angesteuert, wobei das zentrale Motorsteuergerät durch die Steuerung und Regelung der Stellglieder nicht belastet ist.

Claims

Steuereinheit (1) einer Stellglieder (3) aufweisenden Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und/oder der Öffnungszeiten der Gaswechselventile einer mindestens eine Nockenwelle aufweisenden Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung zum Verstellen des Hubes der Gaswechselventile auf der mindestens einen Nockenwelle axial verschiebbare Nockenträger aufweist, wobei an den Nockenträgern Schneckentriebe ausgebildet sind, in welche die Stellglieder (3) zum Verschieben der Nockenträger greifen, und wobei die Steuereinheit (1) direkt bei den Stellgliedern (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (5) aus einer Ansteuerlogik und einer Treibereinheit zusammen gesetzt ist, dass die Steuereinheit (1) zum Schalten der Stellglieder (3) elektronisch mit den Stellgliedern (3) verbunden ist, und dass die Steuereinheit (1) mit einem zentralen Motorsteuergerät (2) der Brennkraftmaschine und mit einer Spannungsversorgung (8) elektronisch verbunden ist.
Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine einen Schmiermittelkreislauf aufweist, und dass die Stellglieder (3) mit dem Schmiermittelkreislauf verbunden sind, und dass die Steuereinheit die Temperatur des Schmiermittels aus Schaltreaktionen der Stellglieder (3) ermittelt.
Steuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den Stellgliedern (1) Temperatursensoren angeordnet sind, und dass die Temperatursensoren mit der Steuereinheit (1) verbunden sind.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, und dass das Kraftfahrzeug eine Wegfahrsperre aufweist, und dass die Steuereinheit (1) bei aktivierter Wegfahrsperre gesperrt ist.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1) über einen Datenbus (9) mit dem zentralen Motorsteuergerät (2) verbunden ist.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (3) als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (1) eine Ansteuereinheit (5) und/oder eine Diagnoseeinheit (6) und/oder eine Stromversorgungseinheit (7) zusammengefasst sind.