DE112014002843T5

DE112014002843T5 - Stellungsregelung einer Stellwelle für elektrische Phasenversteller und Verfahren zur Kalibrierung

Info

Publication number: DE112014002843T5
Application number: DE112014002843.6T
Authority: DE
Inventors: Roger T. Simpson
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-03-03
Also published as: WO2015006197A1; CN105339608B; JP2016526642A; US9982572B2; CN105339608A; US20160186618A1

Abstract

Vorrichtung (10) und Verfahren zum Regeln einer Winkelstellung einer Nockenwelle (12) bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller (14) zum kontrollierten Verändern der Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Nockenwelle (12). Der Nockenwellenversteller (14) kann mittels eines Elektromotors (16) betätigt werden, der eine Stellwelle (18) aufweist, die über einen Untersetzungsgetriebezug (20) mit einem stationären Stellelement (22) wirksam wird, das sich dreht, wenn eine Phasenänderungseinstellung gewünscht ist. Ein Sensor (30) kann ein Signal erzeugen, das einer Winkelstellung des stationären Stellelements (22) des Untersetzungsgetriebezugs (20) entspricht. Eine Maschinensteuereinheit (40) kann eine Stellung der Nockenwelle 12 durch Betrieb des Elektromotors (16) zum Drehen des stationären Stellelements (22) auf der Grundlage des erzeugten Signals, das der Winkelstellung des stationären Stellelements (22) entspricht, einstellen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Erfassen einer Stellung einer Nockenwelle bei einer Verbrennungskraftmaschine, die einen elektrischen variablen Nockenwellenversteller aufweist, und insbesondere ein Stellungsregelungssystem für eine Stellwelle eines elektrisch betriebenen Nocken-Phasenverstellers mit einer Rückkopplungsschleife sowie ein Verfahren zur Kalibrierung.
HINTERGRUND
Die Funktionsweise eines elektrischen Nockenwellenverstellers für ein Nocken-Phasenverstellsystem ist derart, dass ein Sonnenrad oder Planetenradträger stationär ist und ein Hohlrad oder ein anderes Element sich mit einer Nockenwelle mitdreht, die von einer Kurbel über ein Getriebe, einen Riemen oder ein Kettensystem angetrieben wird. Ein Regelungsverfahren umfasst, einen ersten Stellungssensor, der an der Kurbelwelle angebracht ist, und einen zweiten Stellungssensor, der an der Nockenwelle angebracht ist, zu verwenden. Wenn sich der Nocken dreht, kann seine Winkelstellung von einer elektronischen Steuereinheit (ECU: Electronic Control Unit) berechnet werden, und es kann ein Signal gesendet werden, um das stationäre Element zu bewegen, um den Nockenphasenverstellerwinkel einzustellen, siehe beispielsweise US-Patent Nr. 5,680,837 . Weitere Regelungssysteme können dem US-Patent Nr. 7,640,907 und dem US-Patent Nr. 7,243,627 entnommen werden.
Die veröffentlichte US-Patentanmeldung Nr. 2012/0053817 offenbart ein Verfahren zum Erfassen der Stellung einer Nockenwelle bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller zum kontrollierten Verändern der Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Nockenwelle, wobei der Nockenwellenversteller von einem Elektromotor bewegt wird und ein Untersetzungsgetriebe mit einem vorher festgelegten Untersetzungsverhältnis sowie Drehlagemittel zum Bestimmen der Drehlage des Elektromotors aufweist. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines Drehlagesignals, das die Drehlage des Elektromotors angibt, unter Verwendung von Drehlagemitteln, um die Drehlage des Elektromotors zu bestimmen, und ein Berechnen der Stellung der Nockenwelle auf der Grundlage des Drehlagesignals und des Untersetzungsverhältnisses des Untersetzungsgetriebes. Die Drehlagemittel umfassen drei Hall-Sensoren, wobei zwischen den drei Wicklungen des Stators des Motors jeweils ein Sensor angeordnet ist, um ein Drehlagesignal zu erzeugen, das die Drehlage des Rotors angibt. In der veröffentlichten Anmeldung wird versichert, dass dieses Verfahren auch verwendet werden kann, um die Lage des Rotors auch bei null Umdrehungen pro Minute (RPM) zu bestimmen, solange das Maschinensteuermodul (ECM: Engine Control Module) eingeschaltet ist. Ferner wird in der Offenbarung versichert, dass Hall-Sensoren verwendet werden, um die Stellung der Nockenwelle zu bestimmen, nämlich anhand von mathematischen Gleichungen entsprechend der angebrachten Harmonic-Drive-Getriebeeinheit, sodass keine Notwendigkeit für einen separaten Sensor zum Bestimmen der Stellung der Nockenwelle besteht. Die offenbarte Ausgestaltung mag zwar für den vorgesehenen Zweck geeignet sein, doch die Kompliziertheit der Sensoranordnung erhöht die Kosten des Motors und ist eine potenzielle Quelle für Probleme, die Einfachheit der Montage und/oder Initialisierung des montierten Motorsystems betreffend.
KURZFASSUNG
Es wäre wünschenswert, vor einem anfänglichen Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine die Stellung eines stationären Elements eines Untersetzungsgetriebezugs oder einer Stellwelle des stationären Elements zu kennen. Es wäre wünschenswert, imstande zu sein, die Stellung eines stationären Elements eines Untersetzungsgetriebezugs oder einer Stellwelle des stationären Elements mit einer preiswerten, einfachen Baugruppe, die mit einem stationären Element eines Untersetzungsgetriebezugs oder einer Stellwelle des stationären Elements eines Nocken-Phasenverstellers zusammenwirkt, zu bestimmen. Es wäre wünschenswert, bei veränderlichen Bedingungen für die Kraftmaschine und das Fahrzeug für einen verbesserten Start (Zeit und Schläge) und reduzierte Emissionen den Nocken in eine neue Stellung zu bewegen, bevor die Kraftmaschine läuft. An sich ermöglicht die Kenntnis der Stellung des stationären Nockenwellen-Elements ein Neupositionieren des Nockens genau vor einem anfänglichen Anlassen der Kraftmaschine.
Eine Vorrichtung und Verfahren zum Regeln einer Winkelstellung einer Nockenwelle bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller zum kontrollierten Verändern der Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Nockenwelle. Der Nockenwellenversteller kann mittels eines Elektromotors betätigt werden, der eine Stellwelle aufweist, die über einen Untersetzungsgetriebezug mit einem stationären Stellelement wirksam wird, das sich dreht, wenn eine Phasenänderungseinstellung gewünscht ist. Ein Sensor kann ein Signal erzeugen, das einer Winkelstellung des stationären Stellelements des Untersetzungsgetriebezugs entspricht. Eine Maschinensteuereinheit kann auf der Grundlage des erzeugten Signals, das der Winkelstellung des stationären Stellelements entspricht, eine Stellung der Nockenwelle durch Betreiben des Elektromotors zum Drehen des stationären Stellelements einstellen.
Ein Verfahren kann eine Winkelstellung einer Nockenwelle bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller regeln, um die Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Nockenwelle kontrolliert zu verändern. Der Nockenwellenversteller kann mittels eines Elektromotors betätigt werden, der eine Stellwelle aufweist, die über einen Untersetzungsgetriebezug mit einem stationären Stellelement wirksam wird, das sich dreht, wenn eine Phasenänderungseinstellung gewünscht ist. Mit einem Sensor kann ein Signal erzeugt werden, das einer Winkelstellung des stationären Stellelements des Untersetzungsgetriebezugs entspricht, und mit einer Maschinensteuereinheit kann durch Betrieb des Elektromotors zum Drehen des stationären Stellelements auf der Grundlage des erzeugten Signals, das der Winkelstellung des stationären Stellelements entspricht, eine Stellung der Nockenwelle eingestellt werden.
Ein Verfahren kann eine Winkelstellung einer Nockenwelle bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller regeln, um die Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Nockenwelle kontrolliert zu verändern. Der Nockenwellenversteller kann mittels eines Elektromotors betätigt werden, der eine Stellwelle aufweist, die über einen Untersetzungsgetriebezug mit einem stationären Stellelement wirksam wird, das sich dreht, wenn eine Phasenänderungseinstellung gewünscht ist. Während die Verbrennungskraftmaschine läuft, kann eine Stellung des stationären Elements geregelt werden, indem dem stationären Element befohlen wird, sich in Reaktion auf ein Nocken-Phaseneinstellsignal in eine befohlene Stellung zu bewegen, ein Einstellen der Stellung des stationären Elements in die befohlene Stellung erfolgt, ein Signal vom Stellungssensor des stationären Elements empfangen wird und bestimmt wird, ob das stationäre Element in der befohlenen Stellung ist. Wenn es nicht in der befohlenen Stellung ist, kann das Verfahren die Bewegung in die befohlene Stellung fortsetzen. Wenn es in der befohlenen Stellung ist, kann das Verfahren ein Signal vom Nockenwellen-Stellungssensor und ein Signal vom Kurbelwellen-Stellungssensor empfangen und bestimmen, ob das Signal vom Stellungssensor des stationären Elements, das Signal vom Nockenwellen-Stellungssensor und das Signal vom Kurbelwellen-Stellungssensor sich nicht untereinander widersprechen. Wenn sie sich nicht untereinander widersprechen, kann das Verfahren auf einen weiteren Nocken-Phaseneinstellbefehl warten. Wenn sie sich untereinander widersprechen, kann das Verfahren die Stellung des stationären Elements nachkalibrieren und die Bewegung es stationären Stellelements in die befohlene Stellung fortsetzen.
Weitere Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann beim Lesen der folgenden Beschreibung der besten Ausführungsform für die Ausübung der Erfindung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung ersichtlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die hier vorliegende Beschreibung nimmt auf die beigefügte Zeichnung Bezug, wobei überall in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen auf gleichartige Teile verweisen und wobei
1 eine schematische Darstellung eines Schaltbilds eines Controllers eines elektrischen Phasenverstellers mit Aktorstellungsregelkreis für ein stationäres Element eines Untersetzungsgetriebezugs in einem Phasenversteller-Stellungsregelungssystem und einem Verfahren zur Kalibrierung ist;
2 eine vereinfachte Schnittansicht eines Stellungsregelungssystems für eine Stellwelle eines elektrischen Phasenverstellers ist;
3A eine vereinfachte schematische Darstellung eines Untersetzungsgetriebezugs ist, der ein stationäres Element mit einem Sensor aufweist, der ein einer Stellung des stationären Elements entsprechendes Signal an eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des mit dem stationären Element verbundenen Elektromotors erzeugt, um eine Nockenwellen-Phasenlage einzustellen, wobei das stationäre Element ein Sonnenrad ist;
3B eine vereinfachte schematische Darstellung eines Untersetzungsgetriebezugs ist, der ein stationäres Element mit einem Sensor aufweist, der ein einer Stellung des stationären Elements entsprechendes Signal an eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des mit dem stationären Element verbundenen Elektromotors erzeugt, um eine Nockenwellen-Phasenlage einzustellen, wobei das stationäre Element ein Planetenradträger ist;
3C eine vereinfachte schematische Darstellung eines Untersetzungsgetriebezugs ist, der ein stationäres Element mit einem Sensor aufweist, der ein einer Stellung des stationären Elements entsprechendes Signal an eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des mit dem stationären Element verbundenen Elektromotors erzeugt, um eine Nockenwellen-Phasenlage einzustellen, wobei das stationäre Element ein Hohlrad ist;
4 ein vereinfachtes Regelschema für ein Führen des stationären Elements des Untersetzungsgetriebezugs in eine befohlene Stellung mit Stellungsrückmeldungen vom stationären Element ist;
5 ein vereinfachtes Regelschema für ein Kalibrieren des stationären Elements des Untersetzungsgetriebezugs, ohne die Verbrennungskraftmaschine laufen zu lassen, ist;
6 ein vereinfachtes Regelschema für ein Kalibrieren des stationären Elements des Untersetzungsgetriebezugs, während die Verbrennungskraftmaschine läuft, ist; und
7 ein vereinfachtes Regelschema für ein Führen des stationären Elements des Untersetzungsgetriebezugs in eine befohlene Stellung – mit einer Stellungsrückmeldung von dem stationären Element, wodurch ein innerer Regelkreis definiert wird, und Rückmeldungen von einem Nockenwellensensor und einem Kurbelwellensensor, wodurch ein äußerer Regelkreis definiert wird – zum Kalibrieren einer Stellung des stationären Elements, während die Verbrennungskraftmaschine läuft, ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun unter Bezugnahme auf 1 bis 3C: Es sind eine Vorrichtung und Verfahren zum Regeln einer Winkelstellung einer Nockenwelle 12 bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller 14 zum kontrollierten Verändern der Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Nockenwelle 12 veranschaulicht. Der Nockenwellenversteller 14 kann mittels eines Elektromotors 16 betätigt werden, der eine Stellwelle 18 aufweist, die über einen Untersetzungsgetriebezug 20 mit einem stationären Stellelement 22 wirksam wird, das sich dreht, wenn eine Phasenänderungseinstellung gewünscht ist. Das Verfahren kann ein Erzeugen eines Signals, das einer Winkelstellung des stationären Stellelements 22 des Untersetzungsgetriebezugs 20 entspricht, mit einem Sensor 30 und ein Einstellen einer Stellung der Nockenwelle 12 durch Betrieb des Elektromotors 16 zum Drehen des stationären Stellelements 22 auf der Grundlage des erzeugten Signals, das der Winkelstellung des stationären Stellelements 22 entspricht, mit einer Maschinensteuereinheit 40 umfassen. Wie in 2 gezeigt, kann die Stellwelle 18 von einem Elektromotor 16 angetrieben werden. Die Stellwelle 18 kann einen Magneten 24 umfassen, der mit einem Sensor 26 in Kommunikation mit einer Leiterplatte 28 zusammenwirkt, um eine Winkelstellung der Stellwelle 18 zu signalisieren.
Nun unter Bezugnahme auf 3A: Der Untersetzungsgetriebezug 20 kann eine Anordnung eines Planetengetriebesystems oder einer Planetengetriebebaugruppe 50 mit einem Sonnenrad 52, mehreren Planetenrädern 54, die im Dreheingriff mit dem Sonnenrad 52 sind und für eine synchronisierte Drehung um das Sonnenrad 52 von einem Träger 56 getragen werden, aufweisen. Ein Hohlrad 58 kann mit den mehreren Planetenrädern 54 im Dreheingriff sein und kann eine Drehachse koaxial zum Sonnenrad 52 und Träger 56 aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung kann das Sonnenrad 52 das stationäre Stellelement 22 definieren.
Nun unter Bezugnahme auf 3B: Der Untersetzungsgetriebezug 20 kann eine Anordnung eines Planetengetriebesystems oder einer Planetengetriebebaugruppe 50 mit einem Sonnenrad 52, mehreren Planetenrädern 54, die im Dreheingriff mit dem Sonnenrad 52 sind und für eine synchronisierte Drehung um das Sonnenrad 52 von einem Träger 56 getragen werden, aufweisen. Ein Hohlrad 58 kann mit den mehreren Planetenrädern 54 im Dreheingriff sein und kann eine Drehachse koaxial zum Sonnenrad 52 und Träger 56 aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung kann der Träger 56 das stationäre Stellelement 22 definieren.
Nun unter Bezugnahme auf 3C: Der Untersetzungsgetriebezug 20 kann eine Anordnung eines Planetengetriebesystems oder einer Planetengetriebebaugruppe 50 mit einem Sonnenrad 52, mehreren Planetenrädern 54, die im Dreheingriff mit dem Sonnenrad 52 sind und für eine synchronisierte Drehung um das Sonnenrad 52 von einem Träger 56 getragen werden, aufweisen. Ein Hohlrad 58 kann mit den mehreren Planetenrädern 54 im Dreheingriff sein und kann eine Drehachse koaxial zum Sonnenrad 52 und Träger 56 aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung kann das Hohlrad 58 das stationäre Stellelement 22 definieren.
Nun unter Bezugnahme auf 4: Ein Verfahren oder Steuerprogramm zum Regeln 400 einer Stellung des stationären Stellelements 22 kann ein Bestimmen 402 einer Stellung, in die sich das stationäre Stellelement 22 entsprechend einem Befehl in Reaktion auf ein Nocken-Phaseneinstellsignal bewegen soll, umfassen. Das stationäre Stellelement 22 kann in die befohlene Stellung gestellt werden, 404. Ein Stellungssensor 30 für das stationäre Stellelement 22 erzeugt ein Signal, das empfangen werden kann, 406. Mittels der Abfrage 408 wird bestimmt, ob das stationäre Stellelement 22 in der befohlenen Stellung ist. Wenn das stationäre Stellelement 22 nicht in der befohlenen Stellung ist, wird im Schritt 410 die Bewegung in die befohlene Stellung fortgesetzt. Wenn das stationäre Stellelement 22 in der befohlenen Stellung ist, springt das Verfahren zum Beginn zurück und wartet auf den Empfang des nächsten Nocken-Phaseneinstellsignals, 412.
Nun unter Bezugnahme auf 5: Es ist ein Kalibrierprogramm 500 zum Kalibrieren einer Stellung des stationären Stellelements 22, ohne die Verbrennungskraftmaschine laufen zu lassen, gezeigt. Das Kalibrierprogramm 500 kann ein Bewegen 502 des Elektromotors 16 zu einer ersten Halteposition umfassen. Anschließend wird der Elektromotor 16 zu einer zweiten Halteposition bewegt, 504. Es wird ein Bereich der Elektromotorbewegung aufgezeichnet, 506. Das Kalibrierprogramm 500 setzt dann, 508, eine Ausgabe des Stellungssensors 30 auf einen ersten bzw. zweiten Gleichspannungswert entsprechend der ersten und zweiten Halteposition.
Nun unter Bezugnahme auf 6: Es ist ein Kalibrierprogramm 600 zum Kalibrieren einer Stellung des stationären Stellelements 22, während die Verbrennungskraftmaschine läuft, gezeigt. Das Kalibrierprogramm 600 kann ein Empfangen 602 eines Signals von einem dem stationären Stellelement 22 zugeordneten Stellungssensor 30 umfassen. Es kann ein Signal von einem Nockenwellen-Stellungssensor 32 empfangen werden, 604. Außerdem kann ein Signal von einem Kurbelwellen-Stellungssensor 34 empfangen werden, 606. Mittels der Abfrage 608 kann bestimmt werden, ob die signalisierten Stellungen sich nicht untereinander widersprechen. Wenn die signalisierten Stellungen sich nicht untereinander widersprechen, wartet das Kalibrierprogramm, 610, auf einen weiteren Nocken-Phaseneinstellbefehl. Wenn die signalisierten Stellungen sich untereinander widersprechen, nimmt das Kalibrierprogramm eine Nachkalibrierung 612 der Stellung des stationären Stellelements 22 vor und überprüft die Signale von den Stellungssensoren 30, 32, 34 erneut auf Widerspruchsfreiheit.
Nun unter Bezugnahme auf 7: Es sind ein Verfahren und ein Steuerprogramm zum Regeln einer Winkelstellung einer Nockenwelle 12 bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller 14 zum kontrollierten Verändern der Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Nockenwelle veranschaulicht. Der Nockenwellenversteller 14 kann mittels eines Elektromotors 16 betätigt werden, der eine Stellwelle 18 aufweist, die über einen Untersetzungsgetriebezug 20 mit einem stationären Stellelement 22 wirksam wird, das sich dreht, wenn eine Phasenänderungseinstellung gewünscht ist. Das Verfahren oder Steuerprogramm kann ein Regeln, 700, einer Stellung des stationären Stellelements 22, während die Verbrennungskraftmaschine läuft, umfassen. Das Verfahren kann ein Bewegen, 702, des stationären Stellelements 22 in Reaktion auf ein Nocken-Phaseneinstellsignal in eine befohlene Stellung einschließen. Von einem Stellungssensor 30 des stationären Stellelements 22 wird ein Signal empfangen, 704. Das Steuerprogramm oder Verfahren bestimmt, 706, ob das stationäre Stellelement 22 in der befohlenen Stellung ist. Wenn das stationäre Stellelement 22 nicht in der befohlenen Stellung ist, setzt das Steuerprogramm oder Verfahren die Bewegung des stationären Stellelements 22 in die befohlene Stellung fort, 708. Wenn das stationäre Stellelement 22 in der befohlenen Stellung ist, empfängt 710, 712 das Steuerprogramm oder Verfahren ein Signal vom Nockenwellen-Stellungssensor 32 und ein Signal vom Kurbelwellen-Stellungssensor 34. Das Steuerprogramm oder Verfahren bestimmt, 714, ob das Signal vom Stellungssensor 30 des stationären Elements, das Signal vom Nockenwellen-Stellungssensor 32 und das Signal vom Kurbelwellen-Stellungssensor 34 sich nicht untereinander widersprechen. Wenn die Signale von den Sensoren 30, 32, 34 sich nicht untereinander widersprechen, wartet 716 das Steuerprogramm oder Verfahren auf einen weiteren Nocken-Phaseneinstellbefehl. Wenn die Signale von den Sensoren 30, 32, 34 sich untereinander widersprechen, nimmt das Steuerprogramm oder Verfahren eine Nachkalibrierung 718 der Stellung des stationären Stellelements 22 vor und setzt die Bewegung des stationären Stellelements 22 in die befohlene Stellung fort.
Die Funktionsweise eines elektrischen Nockenwellenverstellers für ein Nocken-Phasenverstellsystem ist derart, dass ein Sonnenrad oder Planetenradträger stationär ist und ein Hohlrad oder ein anderes Element sich mit einer Nockenwelle mitdreht, die von einer Kurbel über ein Getriebe, einen Riemen oder ein Kettensystem angetrieben wird. Ein Regelungsverfahren umfasst, einen ersten Stellungssensor, der an der Kurbelwelle angebracht ist, und einen zweiten Stellungssensor, der an der Nockenwelle angebracht ist, zu verwenden. Wenn sich der Nocken dreht, kann seine Winkelstellung von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) berechnet werden, und es kann ein Signal gesendet werden, um das stationäre Element zu bewegen, um den Nockenphasenverstellerwinkel einzustellen.
Es wird eine Verbesserung bereitgestellt, indem ein zum stationären Element des Untersetzungsgetriebezugs gehörender Winkelstellungssensor derart angebracht wird, dass ein Ausgangssignal der Stellung des stationären Elements entspricht. Der Winkelstellungssensor kann am stationären Element angebracht sein oder an einer Stellwelle, die das stationäre Element bewegt. Von daher kann die Stellung eines stationären Elements eines Untersetzungsgetriebezugs oder einer Stellwelle des stationären Elements vor dem anfänglichen Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine bekannt sein. Die Stellung eines stationären Elements eines Untersetzungsgetriebezugs oder einer Stellwelle des stationären Elements kann mit einer preiswerten, einfachen Baugruppe, die mit einem stationären Element eines Untersetzungsgetriebezugs oder einer Stellwelle des stationären Elements eines Nocken-Phasenverstellers zusammenwirkt, bestimmt werden. Aufgrund dessen, dass die momentane Stellung des stationären Elements eines Untersetzungsgetriebezugs oder einer Stellwelle des stationären Elements bekannt ist, kann bei veränderlichen Bedingungen für die Kraftmaschine und das Fahrzeug für einen verbesserten Start (Zeit und Schläge) und reduzierte Emissionen der Nocken in eine neue Stellung bewegt werden, bevor die Kraftmaschine läuft. Dementsprechend ermöglicht die Kenntnis der Stellung des stationären Nockenwellen-Elements ein Neupositionieren des Nockens genau vor einem anfänglichen Anlassen der Kraftmaschine.
Als Beispiel, nicht als Einschränkung, gegenüber einem Ende einer Stellwelle eines Schneckengetriebemotors kann sich ein Hall-Sensor befinden, und an dem Ende der Stellwelle kann ein Magnet angebracht sein. Dies liefert eine Ausgabe an die elektronische Steuereinheit (ECU) oder einen Proportional-Integral-Differenzial-(PID)Regler zur Regelung der Stellung bzw. Drehlage der Welle. Falls gewünscht, können andere in der Industrie bekannte Sensoren verwendet werden, wie etwa, als Beispiel, nicht als Einschränkung, berührungslose analoge Stellungssensoren. Der Aktorstellungsregelkreis ermöglicht ein Bewegen des Aktors in Reaktion auf die Sollwertänderung und dann eine Feinabstimmung des Nockenphasenverstellerwinkels durch Bestimmen der Stellung des Phasenverstellers unter Verwendung des Nocken-Stellungssensors und des Kurbel-Stellungssensors.
Aufgrund der Toleranzakkumulation kann der Winkelstellungssensor einen geringfügigen Fehler bezüglich der Iststellung der Welle aufweisen. Um eine höhere Genauigkeit der Winkelstellung der Welle zu erzielen, kann ein Kalibriervorgang ausgeführt werden. Eine solche Kalibrierung besteht darin, den Motor zu den Haltepunkten zu bewegen, den Bereich aufzuzeichnen und die Ausgabe auf 0,5 VDC bis 0,45 VDC zu setzen. Dieser Bereich ist so gewählt, dass dann, wenn das Ausgangssignal entweder bei 0 VDC oder 5 VDC ist, eine Störmeldung an den Controller der Kraftmaschine gesendet wird.
Sobald der Aktor in die Kraftmaschine montiert ist und die Kraftmaschine läuft, kann eine zweite Kalibrierung erfolgen, die der vorstehend erwähnten Kalibrierung ähnlich ist, nur dass diesmal der Phasenwinkel des Nockens und das Kurbelstellungssignal verwendet werden können, um die Stellung der Stellwelle zu kalibrieren. Dies würde dazu beitragen, Ungenauigkeiten bei dem fixierten Element und anderen Getriebezugelementen zu verringern.
Für die Steuerung der Stellung des Phasenverstellers gibt es einen inneren Regelkreis, der verwendet wird, um ein Einstellen der Stellung des Aktors entsprechend der befohlenen Position schnell zu regeln, und dann gibt es einen äußeren Regelkreis, der den Nocken- und Kurbel-Stellungssensor verwendet, um die Stellung des Phasenverstellers fein einzustellen. Dadurch wird das Ansprechverhalten des Phasenverstellers dahingehend verbessert, dass ein schnelles Ansprechen und eine genaue Regelung der Stellung erzielt werden.
Auch wenn die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig als die praktikabelste und bevorzugte Ausführung angesehen wird, versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil vorgesehen ist, verschiedene Modifikationen und äquivalente Ausführungen, die der Gedanke und der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche umfassen, abzudecken, wobei der Schutzbereich im weitesten Sinne auszulegen ist, sodass er alle derartigen Modifikationen und äquivalenten Strukturen abdeckt, soweit dies nach geltendem Recht zulässig ist.

Claims

Verfahren zum Regeln einer Winkelstellung einer Nockenwelle (12) bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller (14) zum kontrollierten Verändern einer Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Nockenwelle, wobei der Nockenwellenversteller (14) von einem Elektromotor (16) bewegt wird, der eine Stellwelle (18) aufweist, die über einen Untersetzungsgetriebezug (20) mit einem stationären Stellelement (22) wirksam wird, das sich dreht, wenn eine Phasenänderungseinstellung gewünscht ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen eines Signals, das einer Winkelstellung des stationären Stellelements (22) des Untersetzungsgetriebezugs (20) entspricht, mit einem Sensor (30); und Einstellen einer Stellung der Nockenwelle (12) durch Betrieb des Elektromotors (16) zum Drehen des stationären Stellelements (22) auf der Grundlage des erzeugten Signals, das der Winkelstellung des stationären Stellelements (22) entspricht, mit einer Maschinensteuereinheit (40).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Untersetzungsgetriebezug (20) ferner Folgendes umfasst: Anordnung eines Planetengetriebesystems (50) mit einem Sonnenrad (52), mehreren Planetenrädern (54), die im Dreheingriff mit dem Sonnenrad (52) sind und für eine synchronisierte Drehung um das Sonnenrad (52) von einem Träger (56) getragen werden, und einem Hohlrad (58), das im Dreheingriff mit den mehreren Planetenrädern (54) ist und eine Drehachse koaxial zum Sonnenrad (52) und Träger (56) aufweist, wobei das Sonnenrad (52) das stationäre Stellelement (22) definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Untersetzungsgetriebezug (20) ferner Folgendes umfasst: Anordnung eines Planetengetriebesystems (50) mit einem Sonnenrad (52), mehreren Planetenrädern (54), die im Dreheingriff mit dem Sonnenrad (52) sind und für eine synchronisierte Drehung um das Sonnenrad (52) von einem Träger (56) getragen werden, und einem Hohlrad (58), das im Dreheingriff mit den mehreren Planetenrädern (54) ist und eine Drehachse koaxial zum Sonnenrad (52) und Träger (56) aufweist, wobei der Träger (56) das stationäre Stellelement (22) definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Untersetzungsgetriebezug (20) ferner Folgendes umfasst: Anordnung eines Planetengetriebesystems (50) mit einem Sonnenrad (52), mehreren Planetenrädern (54), die im Dreheingriff mit dem Sonnenrad (52) sind und für eine synchronisierte Drehung um das Sonnenrad (52) von einem Träger (56) getragen werden, und einem Hohlrad (58), das im Dreheingriff mit den mehreren Planetenrädern (54) ist und eine Drehachse koaxial zum Sonnenrad (52) und Träger (56) aufweist, wobei das Hohlrad (58) das stationäre Stellelement (22) definiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Kalibrieren (500) einer Stellung des stationären Stellelements (22), ohne die Verbrennungskraftmaschine laufen zu lassen, umfassend: Bewegen (502) des Elektromotors (16) zu einer ersten Halteposition; Bewegen (504) des Elektromotors (16) zu einer zweiten Halteposition; Aufzeichnen (506) eines Bereichs der Elektromotorbewegung; und Setzen (508) der Ausgabe des Stellungssensors (30) auf einen ersten bzw. zweiten Gleichspannungswert entsprechend der ersten und zweiten Halteposition.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Kalibrieren (600) einer Stellung des stationären Stellelements (22), während die Verbrennungskraftmaschine läuft, umfassend: Empfangen (602) eines Signals vom Stellungssensor (30) des stationären Stellelements (22); Empfangen (604) eines Signals vom Nockenwellen-Stellungssensor (32); Empfangen (606) eines Signals vom Kurbelwellen-Stellungssensor (34); Bestimmen (608), ob die Stellungen sich nicht untereinander widersprechen, wenn sie sich nicht untereinander widersprechen, Warten (610) auf einen weiteren Nocken-Phaseneinstellbefehl; und wenn sie sich untereinander widersprechen, Nachkalibrieren (612) der Stellung des stationären Stellelements (22) und erneutes Überprüfen der Signale von den Stellungssensoren (30, 32, 34) auf Widerspruchsfreiheit.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Regeln (400) einer Stellung des stationären Stellelements (22), umfassend: Bestimmen (402) einer Stellung, zu der sich das stationäre Stellelement (22) entsprechend einem Befehl in Reaktion auf ein Nocken-Phaseneinstellsignal bewegen soll; Einstellen (404) des stationären Stellelements (22) in die befohlene Stellung; Empfangen (406) eines Signals vom Stellungssensor (30) des stationären Stellelements (22); Bestimmen (408), ob das stationäre Stellelement (22) in der befohlenen Stellung ist; wenn es nicht in der befohlenen Stellung ist, Fortsetzen (410) der Bewegung in die befohlene Stellung; und wenn es in der befohlenen Stellung ist, Warten (412) auf ein weiteres Nocken-Phaseneinstellsignal.
Bei einer Vorrichtung (10) zum Regeln einer Winkelstellung einer Nockenwelle (12) bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller (14) zum kontrollierten Verändern einer Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Nockenwelle (12), wobei der Nockenwellenversteller (14) von einem Elektromotor (16) bewegt wird, der eine Stellwelle (18) aufweist, die über einen Untersetzungsgetriebezug (20) mit einem stationären Stellelement (22) wirksam wird, das sich dreht, wenn eine Phasenänderungseinstellung gewünscht ist, wobei die Verbesserung umfasst: einen Sensor (30), der ein Signal erzeugt, das einer Winkelstellung des stationären Stellelements (22) des Untersetzungsgetriebezugs (20) entspricht; und eine Maschinensteuereinheit (40) zum Einstellen einer Stellung der Nockenwelle (12) durch Betrieb des Elektromotors (16) zum Drehen des stationären Stellelements (22) auf der Grundlage des erzeugten Signals, das der Winkelstellung des stationären Stellelements (22) entspricht.
Verbesserung nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Planetengetriebe (50) mit einem Sonnenrad (52), mehreren Planetenrädern (54), die im Dreheingriff mit dem Sonnenrad (52) sind und für eine synchronisierte Drehung um das Sonnenrad (52) von einem Träger (56) getragen werden, und einem Hohlrad (58), das im Dreheingriff mit den mehreren Planetenrädern (54) ist und eine Drehachse koaxial zum Sonnenrad (52) und Träger (56) aufweist, wobei das Sonnenrad (52) das stationäre Stellelement (22) definiert.
Verbesserung nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Planetengetriebe (50) mit einem Sonnenrad (52), mehreren Planetenrädern (54), die im Dreheingriff mit dem Sonnenrad (52) sind und für eine synchronisierte Drehung um das Sonnenrad (52) von einem Träger (56) getragen werden, und einem Hohlrad (58), das im Dreheingriff mit den mehreren Planetenrädern (54) ist und eine Drehachse koaxial zum Sonnenrad (52) und Träger (56) aufweist, wobei der Träger (56) das stationäre Stellelement (22) definiert.
Verbesserung nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Planetengetriebe (50) mit einem Sonnenrad (52), mehreren Planetenrädern (54), die im Dreheingriff mit dem Sonnenrad (52) sind und für eine synchronisierte Drehung um das Sonnenrad (52) von einem Träger (56) getragen werden, und einem Hohlrad (58), das im Dreheingriff mit den mehreren Planetenrädern (54) ist und eine Drehachse koaxial zum Sonnenrad (52) und Träger (56) aufweist, wobei das Hohlrad (58) das stationäre Stellelement (22) definiert.
Verbesserung nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Kalibrierprogramm (500) zum Kalibrieren einer Stellung des stationären Stellelements (22), ohne die Verbrennungskraftmaschine laufen zu lassen, umfassend: Bewegen (502) des Elektromotors (16) zu einer ersten Halteposition; Bewegen (504) des Elektromotors (16) zu einer zweiten Halteposition; Aufzeichnen (506) eines Bereichs der Elektromotorbewegung; und Setzen (508) der Ausgabe des Stellungssensors (30) auf einen ersten bzw. zweiten Gleichspannungswert entsprechend der ersten und zweiten Halteposition.
Verbesserung nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Kalibrierprogramm (600) zum Kalibrieren einer Stellung des stationären Stellelements (22), während die Verbrennungskraftmaschine läuft, umfassend: Empfangen (602) eines Signals vom Stellungssensor (30) des stationären Stellelements (22); Empfangen (604) eines Signals vom Nockenwellen-Stellungssensor (32); Empfangen (606) eines Signals vom Kurbelwellen-Stellungssensor (34); Bestimmen (608), ob die Stellungen sich nicht untereinander widersprechen, wenn sie sich nicht untereinander widersprechen, Warten (610) auf einen weiteren Nocken-Phaseneinstellbefehl; und wenn sie sich untereinander widersprechen, Nachkalibrieren (612) der Stellung des stationären Stellelements (22) und erneutes Überprüfen der Signale von den Stellungssensoren (30, 32, 34) auf Widerspruchsfreiheit.
Verbesserung nach Anspruch 8, ferner umfassend: ein Steuerprogramm (400) zum Regeln einer Stellung des stationären Stellelements (22), das Folgendes einschließt: Bestimmen (402) einer Stellung, zu der sich das stationäre Stellelement (22) entsprechend einem Befehl in Reaktion auf ein Nocken-Phaseneinstellsignal bewegen soll; Einstellen (404) der Stellung des stationären Stellelements (22) entsprechend der befohlenen Stellung; Empfangen (406) eines Signals vom Stellungssensor (30) des stationären Stellelements (22); Bestimmen (408), ob das stationäre Stellelement (22) in der befohlenen Stellung ist; wenn es nicht in der befohlenen Stellung ist, Fortsetzen (410) der Bewegung in die befohlene Stellung; und wenn es in der befohlenen Stellung ist, Warten (412) auf ein weiteres Nocken-Phaseneinstellsignal.
Verfahren zum Regeln einer Winkelstellung einer Nockenwelle (12) bei einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller (14) zum kontrollierten Verändern einer Phasenbeziehung zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Nockenwelle, wobei der Nockenwellenversteller (14) von einem Elektromotor (16) bewegt wird, der eine Stellwelle (18) aufweist, die über einen Untersetzungsgetriebezug (20) mit einem stationären Stellelement (22) wirksam wird, das sich dreht, wenn eine Phasenänderungseinstellung gewünscht ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Regeln (700) einer Stellung des stationären Stellelements (22), während die Verbrennungskraftmaschine läuft, umfassend: Bewegen (702) des stationären Stellelements (22), entsprechend einem Befehl in Reaktion auf ein Nocken-Phaseneinstellsignal, in eine befohlene Stellung; Empfangen (704) eines Signals vom Stellungssensor (30) des stationären Stellelements (22); Bestimmen (706), ob das stationäre Stellelement (22) in der befohlenen Stellung ist; wenn es nicht in der befohlenen Stellung ist, Fortsetzen (708) der Bewegung in die befohlene Stellung; wenn es in der befohlenen Stellung ist, Empfangen (710, 712) eines Signals vom Nockenwellen-Stellungssensor (32) und eines Signals vom Kurbelwellen-Stellungssensor (34); Bestimmen (714), ob das Signal vom Stellungssensor (30) des stationären Elements, das Signal vom Nockenwellen-Stellungssensor (32) und das Signal vom Kurbelwellen-Stellungssensor (34) sich nicht untereinander widersprechen; wenn sie sich nicht untereinander widersprechen, Warten (716) auf einen weiteren Nocken-Phaseneinstellbefehl; und wenn sie sich untereinander widersprechen, Nachkalibrieren (718) der Stellung des stationären Stellelements (22) und Fortsetzen der Bewegung des stationären Stellelements (22) in die befohlene Stellung.