EP1259712B1 - Verfahren zur steuerung eines stellglieds mittels des halte-tast-verhältnisses - Google Patents

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EP1259712B1
EP1259712B1 EP01919163A EP01919163A EP1259712B1 EP 1259712 B1 EP1259712 B1 EP 1259712B1 EP 01919163 A EP01919163 A EP 01919163A EP 01919163 A EP01919163 A EP 01919163A EP 1259712 B1 EP1259712 B1 EP 1259712B1
Authority
EP
European Patent Office
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energization
actuator
electromagnetic part
duty ratio
holding duty
Prior art date
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EP01919163A
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English (en)
French (fr)
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EP1259712A1 (de
Inventor
Franz Kunz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP1259712B1 publication Critical patent/EP1259712B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34403—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft
    • F01L1/34406—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft the helically teethed sleeve being located in the camshaft driving pulley
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a movable between two end positions actuator which is acted upon in an end position and is movable by an electromagnetic part to the other end position.
  • Such actuators find application, for example, in devices for camshaft adjustment in internal combustion engines.
  • Such a camshaft adjusting device is described for example in DE 43 40 614 C2.
  • This adjusting device is a typical example of an actuator which is influenced by an electromagnetic part, in which it is determined that the maximum achievable control speed is markedly reduced by dead times and delayed response.
  • an electromagnetic part in which it is determined that the maximum achievable control speed is markedly reduced by dead times and delayed response.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for controlling an actuator of the type described, with which a faster response is achieved without reducing the stability reserve.
  • the invention is based on the finding essential to the invention that the supersaturation of the electromagnet in the acting on the actuator electromagnetic part is an essential, the response speed reducing factor. Therefore, either the supersaturation is completely avoided by suitable control of the electromagnet, or the supersaturation of the electromagnet is taken into account in the transition between energizing the electromagnetic member and holding the actuator in a desired position accordingly.
  • the omission of pulses or the delay allows the supersaturation electromagnet of the electromagnetic member to leave it. This avoids that the instantaneous switching to the pulse width modulated current in the hold duty cycle would unnecessarily keep the electromagnets longer in the supersaturation, resulting in a delayed switching from adjusting the actuator, which was caused by the energization of the electromagnet, to the holding of the actuator, the caused by the energization in the holding load ratio, would result.
  • the value of the duty cycle during the higher frequency energization may be, for example, 70%, since the difference in the effect of the electromagnetic part between 70% and continuous current can be neglected, especially if it is a solenoid valve.
  • An unnecessary inertia of the electromagnetic part or unwanted prolongation of its energization is also avoided by the onset of energization and / or the reinstatement of the pulse width modulation in the hold duty cycle is synchronous.
  • the energization begins at the next possible time at which the hold duty cycle shows a level opposite to the current supply.
  • the pulse width modulated current supply in the hold duty cycle then starts regardless of the expected after the fundamental frequency level with the opposite level of the current. This ensures that the Bestromungszeitdauer exactly corresponds to the predetermined period of time and is not extended by before or after lying high-level sections of the pulse width modulated current in the hold duty cycle.
  • An internal combustion engine shown schematically in Figure 1 comprises a cylinder 1 with a piston 11 and a connecting rod 12.
  • the connecting rod 12 is connected to a piston 11 and a crankshaft 2.
  • a first gear 21 is seated on the crankshaft 2 and is coupled via a chain 21a to a second gear 31 which drives a camshaft 3.
  • the camshaft 3 has cams 32, 33, which actuate the gas exchange valves 41, 42.
  • an actuator 5 For adjusting the position of the camshaft 3 relative to the crankshaft 2, an actuator 5 is provided. It has a mechanical adjustment part 51 which is ordered via hydraulic lines 52, 53 from an electromagnetically actuated two / three-way valve 54.
  • the valve 54 is connected via a high-pressure hydraulic line 54 and a low-pressure hydraulic line 56 to an oil reservoir and an oil pump, not shown, provides for the generation of the pressure in the high-pressure hydraulic line 55th
  • a control unit 6 controls the valve 54 via a drive signal TVAN_S.
  • the control unit 6 outputs the drive signal TVAN_S depends on the values of various sensors 71 to 74. These are sensors for measuring the rotational speed N, the crankshaft angle of the crankshaft 2, the camshaft position NWIST, the air mass MAF sucked by the internal combustion engine and the temperature TOEL of the oil which drives the adjusting part 51.
  • this sensor assembly is only to be understood as an example.
  • FIG. 2 shows the camshaft 3 with the mechanical adjustment part 51 as a partial sectional view.
  • the mechanical adjusting part 51 is driven by the second gear 31, in which a third gear 511 is seated in a positive fit.
  • This third gear 511 has an internal helical toothing, which engages in an associated external helical toothing of a ring gear 512, which sits in the third gear 511.
  • This sprocket has a bore with a straight toothing, which engages in a corresponding toothing of a fourth gear 513. This ensures that regardless of the axial position of the gear 512, the fourth gear 513, which is attached to the camshaft 3 does not change its axial position, although the ring gear 512 is rotatably connected to the fourth gear 513.
  • the ring gear 512 is now moved axially to the camshaft. Due to the interlocking external helical gearing of the ring gear 512 and the internal helical gearing of the third gear 511, there is a rotation of the camshaft 3 relative to the third gear 511, which is non-rotatably connected to the second gear 31.
  • a spring 514 acts on the ring gear 512 away from the camshaft 3 and thus the adjustment of the camshaft 3 to an end position.
  • the adjusting device 5 thus causes a phase adjustment of the camshaft 3 relative to the crankshaft 2.
  • the phase can be adjusted continuously within a predetermined range. Since both the camshaft 3, which serves to actuate the inlet gas exchange valves, and a camshaft for actuating the exhaust gas exchange valves can be provided correspondingly with an actuator 5, one can vary the stroke start and the predetermined cam shape over the stroke end of the gas exchange valves.
  • valve 54 is shown in more detail with its electromagnetic control as a schematic representation.
  • the valve 54 has a slider 58.
  • the slider 58 is provided by an electromagnet 57. He has a system of (not shown in the diagram) holes through which the pressure on the high-pressure hydraulic line 55 can be adjustably forwarded to the hydraulic line 52, the oil on the sprocket 512 in the direction of the arrows shown in FIG emits.
  • Through the ring gear flowing oil which is illustrated by the downwardly pointing curved arrow in Fig. 2, is returned via line 53 under low pressure and passed through corresponding holes of the slider 58 to the low pressure hydraulic line 56.
  • this valve 54 is only of interest insofar as the energization of the electromagnet 57 sets the pressure on the ring gear 512 against the spring 514. If the electromagnet 57 is not energized, no pressure on the ring gear 512 by hydraulic oil from the line 52, which is why the spring 514 no force opposes and the ring gear 512 is pushed in its axial end position of the camshaft 3. This corresponds to an end position of the camshaft adjustment range. If the electromagnet 57 is energized maximally, the other end position of the camshaft adjustment range is achieved.
  • the drive signal TVAN_S is pulse width modulated with a hold duty cycle.
  • the hold duty ratio is chosen so that the slider 58 remains exactly in a predetermined position in which the force acting on the ring gear 512 pressure in the hydraulic line 52 exactly compensates the force of the spring 514 in a desired position of the ring gear 512.
  • the spring 514 is designed so that the force exerted by it is the same for each camshaft position. Then the hold duty ratio is the same for all positions of sprocket 512 and therefore for all camshaft settings.
  • the hold duty ratio is usually close to 50%.
  • the holding load ratio also depend on the camshaft position, which is not assumed in the following.
  • the electromagnet 57 is energized at an adjustment, which means an increase in pressure stronger. But this is dependent on the design of the slider 58. A stronger energization can also result in a reduction of the pressure in the hydraulic line 52. In the following it is assumed that a stronger energization of the electromagnet 57 causes an increase in the pressure in the line 52.
  • control unit 6 determines that an adjustment of the camshaft 3 which requires an increase in pressure in the hydraulic line 52 is required, in a first embodiment it effects energization B of the electromagnet 57. This is shown in FIG. 4 by the solid line between the times t 0 and t 1 shown. Where t 0 is the time, too the control unit 6, the energization begins. Usually this is the time when the camshaft adjustment was requested. Depending on the requested adjustment, the control unit 6 configures the time interval between the time t 0 of the beginning of the energization B and the time t 1 of the end of the energization B of different lengths. If the current supply is terminated at t 1 , it is switched back to current supply in the hold duty ratio.
  • the electromagnet 57 is in a certain saturation or supersaturation due to the energization B, the next pulse P1 of the energization in the hold-load ratio, which would be due at time t 2 , is omitted. Only with the next but one pulse P2 at the time t 3 , the current flow is recorded in the hold duty cycle. Of course, not only one pulse P1 can be omitted, but also several. By omitting one or more pulses P1, the supersaturation of the electromagnet 57 is taken into account, which results in that the slider 58 is not immediately moved back to the holding position at time t 1 in which the pressure in the line 52 corresponds to the pressure.
  • one or more pulses P1 are omitted. How many pulses P1 are to be omitted, is to be selected depending on the conditions of the electromagnet 57.
  • the energization of the electromagnet 57 is carried out with a frequency above the frequency of the pulse width modulation of the hold duty ratio frequency.
  • This can be set, for example, a Bestromungsgrad of 70%.
  • a Bestromungsgrad which should be generally above the Bestromungsgrad the holding load ratio, but still under a current of 100%, as used in the variants of Figures 4 and 5, one reaches a sufficient pressure increase in the hydraulic line 52 and therefore sufficiently fast Movement of the gear 512, without driving the electromagnet 57 into saturation or supersaturation.
  • the required Bestromungszeitdauer is switched immediately at the time t 1 to the energization in the hold duty cycle.
  • the duty cycle in the energization with higher frequency equal to 50% drawn for simplicity, of course, the duty cycle is higher realiter.
  • the time behavior of the valve 54 actuated by the electromagnet 57 is designed as desired by corresponding level selection at the beginning or end of the current supply. If the controller 6 determines at time t 0 that a camshaft adjustment operation is required, energization B is not immediately started when the current in the hold duty ratio is currently high. Only at the end of the next low level is the current B started. After the end of the energization B at the time t 1 , the energization is continued in the hold duty cycle with the opposite level of the current supply. In this case, this is the low level. Only after the expiration of the required low-level time of the energization in the hold duty ratio is the next high level.
  • the normally provided by the control unit 6 period of energization B must be shortened by the time that directly before the start of the energization B is a high level of Current supply in the holding load ratio was present.
  • the replacement of the energization in the hold duty cycle after the time t 1 to the end of the energization B is then again in the described level-synchronous manner.

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines zwischen zwei Endstellungen beweglichen Stellgliedes, das in eine Endstellung beaufschlagt ist und durch ein elektromagnetisches Teil zur anderen Endstellung hin bewegbar ist.
  • Solche Stellglieder finden beispielsweise bei Vorrichtungen zur Nockenwellenverstellung bei Brennkraftmaschinen Anwendung. Eine solche Nockenwellenverstellvorrichtung ist beispielsweise in der DE 43 40 614 C2 beschrieben.
  • Diese Verstelleinrichtung ist ein typisches Beispiel für ein Stellglied, das durch ein elektromagnetisches Teil beeinflußt wird, bei dem man feststellt, daß durch Totzeiten und verzögertes Ansprechen die maximal erreichbare Regelgeschwindigkeit merklich gemindert ist. In der Praxis hat sich gezeigt, daß man einen entsprechenden Regler so parametrisieren kann, daß entweder ein Sprung in eine neue Sollage nur langsam nachgeführt wird, oder daß ein Sprung in eine neue Sollage zwar schnell nachgeführt wird, das System aber dadurch instabil wird. Speziell bei Nockenwellenverstellvorrichtungen benötigt man jedoch sowohl ein schnelles Nachführen bei Sprüngen der Sollage als auch eine große Stabilitätsreserve.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Stellgliedes der beschriebenen Art anzugeben, mit dem ohne Minderung der Stabilitätsreserve ein schnelleres Ansprechen erreicht wird.
  • Die Erfindung wird durch eines der in den Ansprüchen 1, 5 und 6 beschriebenen Verfahren erreicht.
  • Der Erfindung liegt die erfindungswesentliche Erkenntnis zugrunde, daß die Übersättigung des Elektromagneten in dem auf das Stellglied wirkenden elektromagnetischen Teiles ein wesentlicher, die Ansprechgeschwindigkeit mindernder Faktor ist. Deshalb wird entweder die Übersättigung durch geeignete Ansteuerung des Elektromagneten gänzlich vermieden, oder die Übersättigung des Elektromagneten beim Übergang zwischen Bestromen des elektromagnetischen Teils und Halten des Stellgliedes in einer gewünschten Lage entsprechend berücksichtigt wird.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, beim Wiedereinsetzen der pulsbreitenmodulierten Bestromung im Haltetastverhältnis entweder eine gewisse Anzahl von Pulsen des Haltetastverhältnisses auszulassen oder die pulsbreitenmodulierte Bestromung im Haltetastverhältnis um eine gewisse Zeitdauer verzögert aufzunehmen.
  • Das Auslassen von Pulsen oder die Verzögerung ermöglicht es, daß der in der Übersättigung befindliche Elektromagnet des elektromagnetischen Teils diese verläßt. Dadurch wird vermieden, daß das sofortige Umschalten in die pulsbreitenmodulierte Bestromung im Haltetastverhältnis den Elektromagneten noch unnötig länger in der Übersättigung halten würde, was ein verzögertes Umschalten vom Verstellen des Stellgliedes, das durch die Bestromung des Elektromagneten bewirkt wurde, auf das Halten des Stellgliedes, das durch die Bestromung im Haltetastverhältnis erfolgt, zur Folge hätte.
  • Will man von vornherein eine Übersättigung des Elektromagneten des elektromagnetischen Teiles vermeiden, kann man die Bestromung des elektromagnetischen Teiles mit einer über der Grundfrequenz der Pulsbreitenmodulation liegenden Frequenz vornehmen. Bestromt man den Elektromagneten hochfrequent mit einem über dem Haltetastverhältnis liegenden Tastverhältnis, das jedoch noch deutlich unter 100 % liegt, erreicht man weitgehend maximale Stellgeschwindigkeit des Stellgliedes ohne den Elektromagneten des elektromagnetischen Teils in die Übersättung bzw. die Sättigung zu treiben. Der dabei wählbare Wert des Tastverhältnisses während der Bestromung mit höherer Frequenz kann beispielsweise 70 % betragen, da der Unterschied in der Wirkung des elektromagnetischen Teils zwischen 70 % und Dauerbestromung vernachlässigt werden kann, insbesondere, wenn es sich um ein Magnetventil handelt.
  • Eine unnötige Trägheit des elektromagnetischen Teils bzw. unerwünschte Verlängerung seiner Bestromung wird auch dadurch vermieden, indem das Einsetzen der Bestromung und/oder das Wiedereinsetzen der Pulsbreitenmodulation im Haltetastverhältnis pegelsynchron erfolgt. Dabei beginnt die Bestromung zum nächstmöglichen Zeitpunkt, zu dem das Haltetastverhältnis einen der Bestromung entgegengesetzten Pegel zeigt. Die pulsbreitenmodulierte Bestromung im Haltetastverhältnis beginnt dann unabhängig von dem nach der Grundfrequenz zu erwartenden Pegel mit dem entgegengesetzten Pegel der Bestromung. Dadurch wird erreicht, daß die Bestromungszeitdauer exakt der vorbestimmten Zeitspanne entspricht und nicht um zuvor oder danach liegende hochpegelige Abschnitte der pulsbreitenmodulierten Bestromung im Haltetastverhältnis verlängert wird. In einer alternativen Abwandlung dieser Ausbildung ist es möglich, bei Anforderung einer Bestromung zu einem Zeitpunkt, zu dem pulsbreitenmodulierte Bestromung im Haltetastverhältnis gerade auf einem Hochpegel ist, sofort mit der Bestromung zu beginnen, diese um eine Pulsbreite des Haltetastverhältnisses zu verkürzen und anschließend die Bestromung im Haltetastverhältnis wiederum, wie erwähnt, pegelsynchron einzusetzen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1
    eine Schemadarstellung einer Brennkraftmaschine mit Nockenwellenverstellung,
    Fig. 2
    eine Nockenwelle mit aufgeschnittenem mechanischem Verstellteil,
    Fig. 3
    ein Blockschaltbild des die Nockenwellenverstellung Beeinflussenden elektromagnetischen Teils und
    Fig.4 bis 7
    Zeitreihen der Ansteuerung des elektromagnetischen Teils.
  • In den Figuren sind Elemente mit gleicher Konstruktion und Funktion mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Eine in Figur 1 schematisch dargestellte Brennkraftmaschine umfaßt einen Zylinder 1 mit einem Kolben 11 und einer Pleuelstange 12. In der Schemazeichnung der Fig. 1 ist nur ein Zylinder dargestellt, natürlich handelt es sich bei einer Brennkraftmaschine in der Regel um eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine. Die Pleuelstange 12 ist mit einem Kolben 11 und einer Kurbelwelle 2 verbunden. Ein erstes Zahnrad 21 sitzt auf der Kurbelwelle 2 und ist über eine Kette 21a mit einem zweiten Zahnrad 31 gekoppelt, das eine Nockenwelle 3 antreibt. Die Nockenwelle 3 hat Nocken 32, 33, die die Gaswechselventile 41, 42 betätigen.
  • Zum Verstellen der Stellung der Nockenwelle 3 gegenüber der Kurbelwelle 2 ist ein Stellglied 5 vorgesehen. Es hat ein mechanisches Verstellteil 51, das über Hydraulikleitungen 52, 53 von einem elektromagnetisch betätigten Zwei/-DreiWegeventil 54 bestellt wird. Das Ventil 54 ist über eine Hochdruck-Hydraulikleitung 54 und eine NiederdruckHydraulikleitung 56 mit einem Ölreservoir verbunden und eine nicht dargestellte Ölpumpe sorgt für die Erzeugung des Druckes in der Hochdruck-Hydraulikleitung 55.
  • Über ein Ansteuersignal TVAN_S steuert ein Steuergerät 6 das Ventil 54 an. Das Steuergerät 6 gibt das Ansteuersignal TVAN_S dabei abhängig von den Werten diverser Sensoren 71 bis 74 vor. Dabei handelt es sich um Sensoren zum Messen der Drehzahl N, des Kurbelwellenwinkels der Kurbelwelle 2, der Nockenwellenstellung NWIST, der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse MAF und der Temperatur TOEL des Öls, das den Verstellteil 51 treibt. Natürlich ist diese Sensorbestückung nur beispielshaft zu verstehen.
  • Figur 2 zeigt die Nockenwelle 3 mit dem mechanischen Verstellteil 51 als Teilschnittbild. Das mechanische Verstellteil 51 wird vom zweiten Zahnrad 31 angetrieben, in dem formschlüssig ein drittes Zahnrad 511 sitzt. Dieses dritte Zahnrad 511 hat einen Innenschrägverzahnung, die in eine zugeordnete Außenschrägverzahnung eines Zahnkranzes 512 eingreift, der im dritten Zahnrad 511 sitzt. Dieser Zahnkranz hat eine Bohrung mit einer Geradverzahnung, die in eine entsprechende Verzahnung eines vierten Zahnrades 513 eingreift. Damit ist erreicht, daß unabhängig von der axialen Lage des Zahnrades 512 das vierte Zahnrad 513, das an der Nockenwelle 3 angebracht ist seine axiale Lage nicht ändert, obwohl der Zahnkranz 512 mit dem vierten Zahnrad 513 drehfest verbunden ist.
  • Abhängig vom Öldruck in den Hydraulikleitungen 52, 54 wird nun der Zahnkranz 512 axial zur Nockenwelle verschoben. Bedingt durch die ineinander greifende Außenschrägverzahnung des Zahnkranzes 512 und die Innenschrägverzahnung des dritten Zahnrades 511 erfolgt damit eine Verdrehung der Nockenwelle 3 gegenüber dem dritten Zahnrad 511, das drehfest mit dem zweiten Zahnrad 31 verbunden ist.
  • Eine Feder 514 beaufschlagt den Zahnkranz 512 von der Nockenwelle 3 weg und damit die Verstellung der Nockenwelle 3 auf eine Endstellung hin. Durch den Öldruck in den Hydraulikleitungen 52, 53 kann eine durch gestrichelte Darstellung schematisch in Fig. 2 angedeutete Verstellung der Drehlage des Nockens 32 gegenüber dem die Nockenwelle 3 antreibenden zweiten Zahnrad 31 erreicht werden.
  • Die Stelleinrichtung 5 bewirkt somit eine Phasenverstellung der Nockenwelle 3 relativ zur Kurbelwelle 2. Die Phase kann innerhalb eines vorgegebenen Bereiches kontinuierlich verstellt werden. Da sowohl die Nockenwelle 3, die zur Betätigung der Einlaß-Gaswechselventile dient, als auch eine Nockenwelle zur Betätigung der Auslaß-Gaswechselventile entsprechend mit einem Stellglied 5 versehen werden können, kann man den Hubbeginn und das über die Nockenform vorgegebene Hubende der Gaswechselventile variieren.
  • In Fig. 3 ist das Ventil 54 mit seiner elektromagnetischen Ansteuerung als Schemadarstellung genauer dargestellt. Das Ventil 54 hat einen Schieber 58. Der Schieber 58 wird von einem Elektromagneten 57 gestellt. Er hat ein System von (nicht in der Schemazeichnung dargestellt) Bohrungen, über die der Druck an der Hochdruck-Hydraulikleitung 55 einstellbar an die Hydraulikleitung 52 weitergeleitet werden kann, die ihr Öl auf den Zahnkranz 512 in Richtung der in der Fig. 2 gezeigten Pfeile abgibt. Durch den Zahnkranz fließendes Öl, das durch den nach unten weisenden gebogenen Pfeil in Fig. 2 veranschaulicht ist, wird über die Leitung 53 unter niederem Druck zurückgeführt und durch entsprechende Bohrungen des Schiebers 58 an die Niederdruckhydraulikleitung 56 geleitet.
  • Für das Verständnis der Erfindung ist die Funktionsweise dieses Ventils 54 nur insofern von Interesse, als die Bestromung des Elektromagneten 57 den Druck auf den Zahnkranz 512 gegen die Feder 514 einstellt. Wird der Elektromagnet 57 nicht bestromt, wirkt kein Druck auf den Zahnkranz 512 durch Hydrauliköl aus der Leitung 52, weshalb der Feder 514 keine Kraft entgegensteht und der Zahnkranz 512 in seine axiale Endstellung von der Nockenwelle 3 weggedrückt wird. Dies entspricht einer Endstellung des Nockenwellenverstellbereiches. Wird der Elektromagnet 57 maximal bestromt, wird die andere Endstellung des Nockenwellenverstellbereiches erreicht.
  • Zur Bestromung wird der Elektromagnet 57 mit dem Ansteuersignal TVAN_S angesteuert. Dabei wird im folgenden von einem Spannungssignal ausgegangen, jedoch ist auch ein Stromsignal als direkte Bestromung möglich.
  • Um das Stellglied 5 in einer bestimmten Lage zu halten, wird das Ansteuersignal TVAN_S mit einem Haltetastverhältnis pulsbreitenmoduliert. Das Haltetastverhältnis ist dabei so gewählt, daß der Schieber 58 genau in einer vorbestimmten Stellung bleibt, in der der auf den Zahnkranz 512 wirkende Druck in der Hydraulikleitung 52 genau die Kraft der Feder 514 in einer gewünschten Lage des Zahnkranzes 512 kompensiert. Die Feder 514 ist so ausgelegt, daß die von ihr ausgeübte Kraft für jede Nockenwellenstellung gleich ist. Dann ist das Haltetastverhältnis für alle Lagen des Zahnkranzes 512 und mithin für alle Nockenwelleneinstellungen gleich. Das Haltetastverhältnis liegt in der Regel in der Nähe von 50 %. Natürlich kann bei nicht konstanten Federn das Haltetastverhältnis auch von der Nockenwellenstellung abhängen, wovon im folgenden aber nicht ausgegangen wird.
  • Um die Nockenwellenstellung von einer bestimmten Lage in eine andere zu bringen, wird bei einer Verstellung, die eine Druckerhöhung bedeutet, der Elektromagnet 57 stärker bestromt. Dies ist aber von der Ausbildung des Schiebers 58 abhängig. Eine stärkere Bestromung kann auch eine Minderung des Drucks in der Hydraulikleitung 52 zur Folge haben. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß eine stärkere Bestromung des Elektromagneten 57 eine Erhöhung des Drucks in der Leitung 52 bewirkt.
  • Stellt das Steuergerät 6 fest, daß eine eine Druckerhöhung in der Hydraulikleitung 52 benötigende Verstellung der Nockenwelle 3 erforderlich ist, bewirkt es in einer ersten Ausführungsform eine Bestromung B des Elektromagneten 57. Dies ist in Fig. 4 durch die durchgezogene Linie zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 dargestellt. Dabei ist t0 der Zeitpunkt, zu dem das Steuergerät 6 die Bestromung beginnt. In der Regel ist dies der Zeitpunkt, zu dem die Nockenwellenverstellung angefordert wurde. Je nach angeforderter Verstellung gestaltet das Steuergerät 6 die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t0 des Beginnes der Bestromung B und des Zeitpunkt t1 des Endes der Bestromung B unterschiedlich lange. Ist die Bestromung bei t1 beendet, wird wieder auf Bestromung im Haltetastverhältnis umgeschaltet.
  • Da der Elektromagnet 57 durch die Bestromung B aber in einer gewissen Sättigung bzw. Übersättigung ist, wird der nächstfolgende Puls P1 der Bestromung im Haltetastverhältnis, der zum Zeitpunkt t2 fällig wäre, ausgelassen. Erst mit dem übernächsten Puls P2 zum Zeitpunkt t3 wird die Bestromung im Haltetastverhältnis aufgenommen. Natürlich kann nicht nur ein Puls P1 ausgelassen werden, sondern auch mehrere. Durch die Auslassung eines oder mehrerer Pulse P1 wird der Übersättigung des Elektromagneten 57 Rechnung getragen, die dazu führt, daß der Schieber 58 nicht sofort zum Zeitpunkt t1 wieder in die Haltestellung zurückbewegt wird, in der der Druck in der Leitung 52 dem Druck entspricht, der zum Halten des Zahnkranzes 512 in der neu eingestellten Lage erforderlich ist Um aber den Zahnkranz 512 möglichst schnell axial zu fixieren, d.h. den Druck in der Leitung 52 auf das gewünschte Maß einzustellen, werden ein oder mehrere Pulse P1 ausgelassen. Wieviele Pulse P1 auszulassen sind, ist abhängig von den Gegebenheiten des Elektromagneten 57 zu wählen.
  • Anstelle eine Anzahl von Pulsen P1 auszulassen, kann man in der in Fig. 5 dargestellten Variante auch das Einsetzen der Bestromung im Haltetastverhältnis um eine variable Zeitspanne verzögern. Zum Zeitpunkt t2 wird nicht mit der Bestromung im Haltetastverhältnis begonnen, sondern die Bestromung setzt erst zum Zeitpunkt t3 ein. Diese Variante bietet größere Flexibilität bei der Abstimmung auf die Gegebenheiten des Elektromagneten 57.
  • Alternativ ist es möglich, bei der Bestromung des Elektromagneten 57 zu verhindern, daß dieser in die Sättigung bzw. Übersättigung gerät. Die dazu erforderliche Ansteuerung durch das Ansteuersignal TVAN_S ist in Figur 6 dargestellt.
  • In dieser Variante erfolgt die Bestromung des Elektromagneten 57 mit einer über der Frequenz der Pulsbreitenmodulation des Haltetastverhältnisses liegenden Frequenz. Damit kann beispielsweise ein Bestromungsgrad von 70 % eingestellt werden. Bei einem solchen Bestromungsgrad, der allgemein über dem Bestromungsgrad des Haltetastverhältnisses liegen sollte, aber noch unter einer Bestromung von 100 %, wie sie in den Varianten der Figuren 4 und 5 verwendet wird, erreicht man eine ausreichende Druckerhöhung in der Hydraulikleitung 52 und mithin ausreichend schnelle Bewegung des Zahnrades 512, ohne den Elektromagneten 57 in die Sättigung bzw. Übersättigung zu treiben. Nach Ablauf der erforderlichen Bestromungszeitdauer wird zum Zeitpunkt t1 sofort auf die Bestromung im Haltetastverhältnis umgeschaltet. In Fig. 6 ist zur Vereinfachung das Tastverhältnis bei der Bestromung mit höherer Frequenz gleich 50 % gezeichnet, natürlich ist realiter das Tastverhältnis höher.
  • In einer weiteren Variante wird das Zeitverhalten des vom Elektromagneten 57 betätigten Ventils 54 durch entsprechende Pegelwahl bei Beginn bzw. Ende der Bestromung wie gewünscht gestaltet. Stellt das Steuergerät 6 zum Zeitpunkt t0 fest, daß ein Nockenwellenverstellvorgang erforderlich ist, wird nicht sofort mit einer Bestromung B begonnen, wenn die Bestromung im Haltetastverhältnis gegenwärtig einen Hochpegel zeigt. Erst mit Ablauf des nächsten Niedrigpegels wird mit der Bestromung B begonnen. Nach dem Ende der Bestromung B zum Zeitpunkt t1 wird die Bestromung im Haltetastverhältnis mit dem der Bestromung entgegengesetzten Pegel fortgesetzt. In diesem Fall ist dies der Niedrigpegel. Erst nach Ablauf der erforderlichen Niedrigpegelzeit der Bestromung im Haltetastverhältnis erfolgt der nächste Hochpegel. Durch dieses pegelsynchrone Einleiten der Bestromung bzw. des Wiedereinsetzens des Haltetastverhältnisses wird erreicht, daß die Bestromung B zum Nockenwellenverstellen genau die vorbestimmte Zeitdauer hat und nicht um davor oder danach liegende Hochpegelpulse der Bestromung im Haltetastverhältnis verlängert wird. Möchte man in dieser Variante eine noch schnellere Reaktion auf Anforderungen von Nockenwellenverstellungen, kann man zum Zeitpunkt t0 sofort mit der Bestromung B beginnen. Um zu verhindern, daß die Bestromung B dann bedingt durch einen direkt davor liegenden Hochpegel der Bestromung im Haltetastverhältnis verlängert wird, muß die vom Steuergerät 6 normalerweise vorzusehende Zeitdauer der Bestromung B um die Zeitdauer verkürzt werden, die direkt vor Beginn der Bestromung B ein Hochpegel der Bestromung im Haltetastverhältnis vorlag. Das Wiedereinsetzen der Bestromung im Haltetastverhältnis nach dem Zeitpunkt t1 zum Ende der Bestromung B erfolgt dann wieder auf die beschriebene pegelsynchrone Art.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung eines zwischen zwei Endstellungen beweglichen Stellgliedes, das in eine Endstellung beaufschlagt ist und durch ein elektromagnetisches Teil zur anderen Endstellung hin bewegbar ist, bei welchem Verfahren
    a) das Stellglied in einer gewünschten Lage zwischen den Endstellungen gehalten wird, indem das elektromagnetische Teil mit einer Pulsbreitenmodulation in einem Haltetastverhältnis bestromt wird,
    b) zum Verändern der Lage des Stellgliedes auf die andere Endstellung hin das elektromagnetische Teil für eine bestimmte, von der Lageänderung abhängigen Zeitdauer dauerhaft bestromt wird, und
    c) nach Ende der bestimmten Zeitdauer die Bestromung mit einem Haltetastverhältnis verzögert einsetzt und dazwischen keine Bestromung des elektromagnetischen Teiles erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung abhängig von einer Zeitkonstanten gewählt wird, die von dem elektrischen Widerstand, der elektrischen Kapazität und/oder der Induktivität des elektromagnetischen Teiles abhängt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Verzögerung der Strom im elektromagnetischen Teil auf ca. 37 % abgefallen ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt c) zur Verzögerung eine bestimmte Anzahl von Pulsen des Haltetastverhältnisses ausgelassen wird.
  5. Verfahren zur Steuerung eines zwischen zwei Endstellungen beweglichen Stellgliedes, das in eine Endstellung beaufschlagt ist und durch ein elektromagnetisches Teil zur anderen Endstellung hin bewegbar ist, wobei das elektromagnetische Teil in einer Grundfrequenz pulsbreitenmoduliert bestromt wird, bei welchem Verfahren
    a) das Stellglied in einer gewünschten Lage zwischen den Endstellungen gehalten wird, indem das elektromagnetische Teil mit einer Pulsbreitenmodulation in einem Haltetastverhältnis bestromt wird,
    b) zum Verändern der Lage des Stellgliedes auf die andere Endstellung hin das elektromagnetische Teil für eine bestimmte, von der Lageänderung abhängigen Zeitdauer mit einer über der Grundfrequenz liegenden Frequenz bestromt wird.
  6. Verfahren zur Steuerung eines zwischen zwei Endstellungen beweglichen Stellgliedes, das in eine Endstellung beaufschlagt ist und durch ein elektromagnetisches Teil zur anderen Endstellung hin bewegbar ist, bei welchem Verfahren
    a) das Stellglied in einer gewünschten Lage zwischen den Endstellungen gehalten wird, indem das elektromagnetische Teil mit einer Pulsbreitenmodulation in einem Haltetastverhältnis bestromt wird,
    b) zum Verändern der Lage des Stellgliedes auf die andere Endstellung hin das elektromagnetische Teil für eine bestimmte, von der Lageänderung abhängigen Zeitdauer dauerhaft bestromt wird, wobei
    c) die Bestromung in Schritt b) beim der Bestromung entgegengesetzten Pegel der Pulsbreitenmodulation des Haltetastverhältnisses begonnen wird und/oder nach der Bestromung mit dem der Bestromung entgegengesetzten Pegel der Pulsbreitenmodulation des Haltetastverhältnisses fortgefahren wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein Verstellmechanismus für eine Gaswechselventil betätigende Nockenwelle einer Brennkraftmaschine ist, der von Fluiddruck zwischen den Endstellungen bewegt wird, wobei das elektromagnetische Teil ein den Fluiddruck steuerndes Ventil ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Anforderung einer Lageänderung des Stellgliedes sofort eine Bestromung nach Schritt b) erfolgt, die bestimmte Zeitdauer um die Zeitdauer zwischen Beginn des letzten, vor Bestromungsbeginn liegenden Hochpegels der pulsbreitenmodulierten Bestromung im Haltetastverhältnis und dem Beginn der Bestromung verkürzt wird, wenn die Bestromung bei einem Hochpegel des Haltetastverhältnisses begonnen wurde.
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