EP2220344B1 - Motorsteuerstrategie für hydraulischen nockenwellenversteller mit mechanischer mittenverriegelung - Google Patents

Motorsteuerstrategie für hydraulischen nockenwellenversteller mit mechanischer mittenverriegelung Download PDF

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EP2220344B1
EP2220344B1 EP08849551A EP08849551A EP2220344B1 EP 2220344 B1 EP2220344 B1 EP 2220344B1 EP 08849551 A EP08849551 A EP 08849551A EP 08849551 A EP08849551 A EP 08849551A EP 2220344 B1 EP2220344 B1 EP 2220344B1
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EP
European Patent Office
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locking
rotor
camshaft adjuster
engine
centre
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EP2220344A1 (de
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Michael Busse
Lutz Witthöft
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to an engine control strategy for a hydraulic camshaft adjuster with mechanical center lock, in particular a hydraulic camshaft adjuster according to vane-type principle, having the features of the preamble of claim 1.
  • Camshafts of internal combustion engines are usually driven by a chain or a toothed belt of crankshafts and thereby continuously adjusted in a closed loop, with typical adjustment ranges are at 40 ° to 60 ° crank angle.
  • To be set crank angle are stored in maps.
  • Adjustments are made z. B. hydraulic, fed from the engine oil circuit via an electrically operated control valve and allow optimized valve timing on the parameters engine load and speed. Depending on the engine concept and the number of adjusters so a significant reduction in fuel consumption and exhaust emissions and an increase in power and torque can be achieved.
  • Camshafts and rotors of a hydraulic camshaft adjuster fixedly connected therewith tend to oscillate acoustically in the non-hydraulically clamped state due to alternating torques on the camshaft. This oscillation can be prevented with a mechanical connection from rotor to stator and thus to the crankshaft.
  • a known such mechanical connection is that in the middle, ie between the end stops LATE and EARLY locked camshaft adjuster.
  • Two in the rotor axially displaceable locking piston also known under the name pin, can be pressed by spring force in a locking link, which is housed opposite in an axially arranged locking cover, which is bolted to the stator and rotatably lock rotor and stator together.
  • Unlocking is done hydraulically by means of oil pressure from the lubrication circuit of the motor, which is steered by controlled actuation of a solenoid valve with power to the locking piston and this moves axially from the locking link into the rotor, so that the rotor and stator are rotatable to each other.
  • Non-hydraulically clamped conditions are typical of engine start-up, where the low speed of the oil pump and correspondingly low oil pressure in the engine's lubrication circuit may not be sufficient for oil pressure holding the position from rotor to stator. While the engine speed is ramping up, friction moments on the camshafts opposite their direction of rotation will result in central locking when the camshaft phaser rotor is turned off between center lock position (MVP) and EARLY end stop. However, if the rotor of the camshaft adjuster was switched off between LATE limit stop and MVP during engine stop, its adjustment takes place by friction moments exclusively in the LATE direction and the MVP can not be reached by the rotor without sufficient oil pressure.
  • MVP center lock position
  • the US 6,450,137 B2 discloses a camshaft phaser whose rotor can be hydraulically pressed relative to the stator either to the EARLY endstop or the LATCH endstop.
  • An electric control valve alternately switches to oil under pressure from a pump and a non-pressurized return to an oil reservoir alternately to the EARLY end stop or the LATCH end stop.
  • the electric control valve is adjusted by a control device.
  • the rotor is to be mechanically rotated from the crankshaft to the stator at engine start so that the rotor locks centrally with the stator can be.
  • the US 6,684,835 B2 discloses a hydraulic camshaft adjuster, the center locking is done when stopping the engine.
  • An electronic control unit detects a signal that is generated when stopping the engine and signals that reflect the state of Stator relative to the rotor.
  • An electric control valve has 5 ports, one port of which receives oil flow to the solenoid valve from the engine's lubricating oil circuit, one port chamber A connects the control valve and chambers A of the camshaft phaser, one port chamber B connects the solenoid valve to chambers B of the camshaft phaser, a port pin connects the solenoid valve to all the locking pistons in the phaser and a port tank connects the oil drain from the solenoid valve to the engine's lubricating oil circuit so that this prior art cam phaser has separate oil lines to the chambers A, the chambers B and all the interlock pistons disclosed.
  • Hydraulic locking of the camshaft phaser in the MVP can be achieved by using an oil temperature suitable for the operation of the engine and the engine control unit can ignite the engine immediately, the required size for this strategy being the angular position of the engine Rotor in camshaft adjuster is in front of signal "ignition off” and no additional measuring technology is required compared to conventional motors.
  • US 6,684,835 B2 Before the center lock the chambers A, chambers B and the pins are depressurized by the solenoid valve and the locking in the middle of the stator and rotor should be done by spontaneous movements of the camshaft, which rotate the rotor in a suitable position to the stator.
  • the object of the invention is to provide an engine control strategy for a hydraulic camshaft adjuster with which a center lock is controlled and vibration-free.
  • a motor control strategy for hydraulic camshaft adjuster with mechanical center locking in particular hydraulic camshaft adjuster according to the vane principle, with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the subclaims.
  • a motor control strategy is proposed for a hydraulic camshaft adjuster with mechanical center locking with at least one rotor and a stator, between which hydraulically loadable chambers A and chambers B are provided for controllable rotation of the rotor and stator relative to each other.
  • At least two locking pistons axially displaceably mounted in the rotor can be pressed by spring force into a locking slot for the mechanical center locking of the rotor and stator.
  • a hydraulic system is provided with at least one respective oil line to the chamber A, the chamber B and the locking piston of at least one electrically controllable solenoid valve, wherein the locking piston can be acted upon by controlled energizing the solenoid valve so that they can be pressed out of the locking link to the mechanical Decoupling of rotor and stator.
  • At least one engine control unit which receives at least one signal "ignition off” and at least one signal to the current angular position of the camshaft adjuster when the engine is shut down, compares the angular position with comparison values stored in the engine control unit, forms control commands therefrom and delivers them to the electric solenoid valve.
  • the comparison values stored in the engine control unit are subdivided into four zones and, in a zone aN in which the rotor of the camshaft adjuster has an angle ⁇ ⁇ to the MVP in the LATE direction, the solenoid valve is fully energized in order to move the rotor of the camshaft adjuster in the direction of EARLY and switching the locking pistons to tank for locking in MVP, in a zone A R in which the rotor of the camshaft adjuster has an angle ⁇ to the MVP in the LATE direction, the solenoid valve is initially de-energized to drive the rotor of the phaser in the LATE direction To adjust the zone ON and then fully energized the solenoid valve to move the rotor of the camshaft adjuster back to EARLY and the locking piston to tank switch for locking in MVP, in a zone Br, in which the rotor of the camshaft adjuster an angle ⁇ to MVP toward early, the solenoid valve initially vol l energized to the rotor
  • the locking takes place hydraulically controlled up to the MVP at any time, so that the rotor controlled in the MVP and there can be done locking without acoustic abnormalities and without additional loads on timing gear, camshafts and subsequent components due to vibrations in the non-clamped state of the camshaft adjuster.
  • the use of the residual oil pressure at engine stop allows the lock in MVP independent of the angular position of the rotor in the camshaft adjuster at idle speed before engine stop.
  • a z. B. designed as a hydraulic oil pressure accumulator energy storage for locking the rotor of the camshaft adjuster, which is chargeable in engine operation and can be activated in case of insufficient oil pressure for an adjustment during the engine shutdown to support.
  • the angular position of the camshaft adjuster at engine start with extremely low engine speed can only be determined with locking in MVP during engine start.
  • axial multi-grid locking is provided for further accelerated locking of the rotor to the stator, wherein at angular positions in idle between LATEN and center locking position with sufficient engine oil pressure, the mechanical center lock during a motor stop Even without axial multiple grid locking works with a slightly greater locking time.
  • a hydraulic camshaft adjuster 1 comprises a rotor 2 and a stator 3, between which a plurality of chambers A separated by wings 4 and chambers B are provided uniformly distributed over the circumference.
  • Rotor 2 is rotatable with respect to stator 3.
  • the wings 4 mounted in the rotor 2 interact with evenly distributed over the inner circumference of the stator 3 early and late attacks 5 together.
  • axially displaceably mounted locking piston 6 - 10 are provided, which can be pressed by means of springs (not shown) in a locking link of the stator 3 for a secured against rotation connection of rotor 2 and stator 3 in MVP.
  • a sprocket 11 is provided over the entire circumference of the stator 3 for a leading to a crankshaft chain (not shown).
  • an electrically controllable solenoid valve (not shown) performs an oil line 12 from a port A to the chambers A, an oil line 13 from a port B to the chambers B and an oil line 14 from a port pins to the locking piston 6 - 10, by means of Oil pressure can be unlocked from the port pins are.
  • the solenoid valve is pressurized with oil by a pump (not shown). Via a return (not shown), oil can flow out of the solenoid valve into a tank without pressure.
  • Fig. 2 The electrically controlled solenoid valve is divided into three areas plotted on the abscissa of the graph: stop 1 for engine stop strategy for LATE shift, work area for cruise control during engine operation, and stop II for engine stop strategy for shift toward EARLY. All locking pistons 6 - 10 are in the Stop I and Stop II ranges on the tank so that the rotor can lock the phaser on engine stop in MVP. The oil pressure in the lines to the locking pistons 6 - 10 is in the range stop I: 0 ... 0.5 bar, in the working range> 0.5 bar and in the stop II range: 0.5 ...
  • Locking pistons 6, 7 are completely unlocked in the design according to example only above 0.5 bar for adjustment and controllability of the camshaft adjuster 1 in the entire angular range.
  • other locking springs for the locking pistons 6 - 10 other locking piston masses, locking piston surfaces, etc., there are correspondingly different oil pressure limits.
  • the rotor 2 of the camshaft adjuster 1 can not be adjusted via MVP, since the locking pistons 6 - 10 are connected to the tank and can thus lock when passing through the MVP.
  • Zone A N is a neutral zone in chamber A.
  • the rotor 2 is in the ON zone, its distance extends to the MVP to securely lock the locking pistons 6 - 10 into the locking latches upon pressure drop in the oil line 14.
  • the rotor 2 is in the zone A R , its distance ⁇ in the direction of late to the MVP is too small to lock the locking pistons 6 - 10 securely in the locking slots when there is a pressure drop in the oil line 14, so that the rotor 2 remains rotatable to the stator 3.
  • the angle ⁇ can 8 ° - 12 °, z. B. 10 °.
  • the rotor 2 When the rotor 2 is in the zone B N , its distance extends up to the MVP, in order to lock the locking pistons 6 - 10 securely in the locking slots when there is a pressure drop in the oil line 14, and if the rotor 2 is in the zone B R , is the distance ⁇ in the direction of EAR until the MVP is too small to lock in the oil passage 14, the locking piston 6 - 10 safely in the locking slots, so that the rotor 2 remains rotatable to the stator 3.
  • the angle ⁇ can 6 ° - 10 °, z. B. 8 °, where ⁇ > ⁇ , since friction torques act on the camshaft in LATE direction and thus adjusting speeds in the direction of LATE are generally greater.
  • Fig. 4 The lockout operation during an engine shutdown is timed during normal engine operation at idle speed as follows: The driver turns off the engine and an "ignition off" signal is forwarded to the engine control unit. The engine control unit evaluates the current angular position of the rotor 2 in the camshaft adjuster 1 and compares this with the stored zone definitions. Depending on the detected zone, the engine control unit dispenses one of the specified duty cycles (TV) to the solenoid valve.
  • TV specified duty cycles
  • TV 100%, range: stop II
  • the locking of the rotor 2 with the stator 3 in MVP with decreasing speed is done using the residual oil pressure in the engine.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuerstrategie für einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit mechanischer Mittenverriegelung, insbesondere einen hydraulischen Nockenwellenversteller gemäß Flügelzellenprinzip, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Nockenwellen von Brennkraftmaschinen werden meistens über eine Kette oder einen Zahnriemen von Kurbelwellen angetrieben und dabei in einem geschlossenen Regelkreis kontinuierlich verstellt, wobei typische Verstellbereiche bei 40° bis 60° Kurbelwinkel liegen. Einzustellende Kurbelwinkel sind in Kennfeldern hinterlegt. Verstellungen erfolgen z. B. hydraulisch, gespeist aus dem Motorölkreis über ein elektrisch betätigtes Steuerventil und ermöglichen optimierte Ventilsteuerzeiten über die Parameter Motorlast und -drehzahl. Je nach Motorkonzept und Anzahl der Versteller ist so eine deutliche Absenkung von Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen sowie eine Steigerung von Leistung und Drehmoment erreichbar.
  • Nockenwellen und damit fest verbundene Rotoren eines hydraulischen Nockenwellenverstellers neigen im nicht hydraulisch eingespannten Zustand aufgrund von Wechselmomenten an der Nockenwelle zu akustisch auffälligem Schwingen. Verhindert werden kann dieses Schwingen mit einer mechanischen Verbindung von Rotor zu Stator und damit zur Kurbelwelle. Eine bekannte derartige mechanische Verbindung ist der in der Mitte, also zwischen den Endanschlägen SPÄT und FRÜH verriegelte Nockenwellenversteller. Zwei im Rotor axial verschiebbare Verriegelungskolben, auch unter der Bezeichnung Pin bekannt, können mittels Federkraft in eine Verriegelungskulisse gedrückt werden, welche gegenüberliegend in einem axial angeordneten Verriegelungsdeckel untergebracht ist, der fest mit dem Stator verschraubt ist und so Rotor und Stator drehfest miteinander verriegeln. Entriegeln erfolgt hydraulisch mittels Öldruck aus dem Schmierkreislauf des Motors, der durch gesteuertes Beaufschlagen eines Magnetventils mit Strom zu den Verriegelungskolben gelenkt wird und diese axial aus der Verriegelungskulisse in den Rotor verschiebt, so dass Rotor und Stator zueinander verdrehbar sind.
  • Nicht hydraulisch eingespannte Zustände sind typisch für den Motorstart, bei dem die geringe Drehzahl der Ölpumpe und entsprechend niedriger Öldruck im Schmierkreislauf des Motors nicht ausreichend sein können für einen Öldruck, der die Position von Rotor zu Stator hält. Während die Drehzahl des Motors hochläuft, entstehen Reibmomente an den Nockenwellen entgegen deren Drehrichtung, die eine mittige Verriegelung unterstützen, wenn der Rotor des Nockenwellenverstellers zwischen Mittenverriegelungsposition (MVP) und FRÜH-Endanschlag abgestellt wurde. Wurde beim Motorstop der Rotor des Nockenwellenverstellers jedoch zwischen SPÄT-Endanschlag und MVP abgestellt, erfolgt dessen Verstellung durch Reibmomente ausschließlich in Richtung SPÄT und die MVP ist für den Rotor ohne ausreichenden Öldruck nicht erreichbar.
  • Die US-6,450,137 B2 offenbart einen Nockenwellenversteller, dessen Rotor relativ zum Stator hydraulisch entweder zum FRÜH-Endanschlag oder zum SPÄT-Endanschlag gedrückt werden kann. Ein elektrisches Steuerventil schaltet einen Zugang zu Öl unter Druck von einer Pumpe und einen druckfreien Rücklauf zu einem Ölreservoir wechselweise auf den FRÜH-Endanschlag oder auf den SPÄT-Endanschlag. Das elektrische Steuerventil wird von einer Steuervorrichtung eingestellt. Zum Unterdrücken von Geräuschen aus dem Nockenwellenantrieb soll der Rotor von der Kurbelwelle beim Motorstart mechanisch so zum Stator gedreht werden, dass der Rotor mit dem Stator mittig verriegelt werden kann. Wurde beim Motorstop der Rotor des Nockenwellenverstellers jedoch zwischen SPÄT-Endanschlag und MVP abgestellt, erfolgt dessen Verstellung durch Reibmomente ausschließlich in Richtung SPÄT und die MVP ist so nur über Umwege und unzuverlässig zu erreichen, so dass das akustisch auffällige Schwingen der Nockenwelle nicht verhindert ist.
  • Bei hydraulischem Verriegeln des Nockenwellenverstellers während des Motorstarts ist die Abhängigkeit von Öltemperatur, Restöl in den Ölkammern zwischen Rotor und Stator, Reibmoment und Nockenwellenwechselmoment nachteilig, da es eine gewisse Zeit dauert, den Nockenwellenversteller mittig zu verriegeln und das Motorsteuergerät diese Zeit abwarten muss bevor der Motor gezündet werden kann, wobei akustische Auffälligkeiten vor der Mittenverriegelung und zusätzliche Lasten auf Steuertrieb, Nockenwellen und anschließende Komponenten aufgrund der Schwingungen im nicht verriegelten Zustand des Nockenwellenverstellers möglich sind.
  • Die US-6,684,835 B2 offenbart einen hydraulischen Nockenwellenversteller, dessen Mittenverriegelung beim Abstellen des Motors erfolgt. Eine elektronische Steuereinheit erfasst ein Signal, das beim Abstellen des Motors erzeugt wird und Signale, die den Stand von Stator relativ zum Rotor wiedergeben. Ein elektrisches Steuerventil weist 5 Ports auf, von denen ein Port Pumpe den Ölzufluss zum Magnetventil aus dem Schmierölkreislauf des Motors aufnimmt, ein Port Kammer A das Steuerventil und Kammern A des Nockenwellenverstellers verbindet, ein Port Kammer B das Magnetventil mit Kammern B des Nockenwellenverstellers verbindet, ein Port Pins das Magnetventil mit allen Verriegelungskolben im Nockenwellenversteller verbindet und ein Port Tank den Ölabfluss aus dem Magnetventil mit dem Schmierölkreislauf des Motors verbindet, so dass dieser Nockenwellenversteller des Standes der Technik je eine separate Ölleitungen zu den Kammern A, den Kammern B und allen Verriegelungskolben offenbart. Für die hydraulische Verrieglung des Nockenwellenverstellers in der MVP kann auf eine für den Betrieb des Motors geeignete Öltemperatur zurückgegriffen werden und das Motorsteuergerät kann den Motor sofort zünden, wobei die erforderliche Größe für diese Strategie die Winkelposition des Rotors im Nockenwellenversteller vor Signal "Zündung aus" ist und keine zusätzliche Messtechnik gegenüber konventionellen Motoren erforderlich ist. Gemäß der Lehre der US-6,684,835 B2 werden vor der Mittenverriegelung die Kammern A, Kammern B und die Pins durch das Magnetventil drucklos gestellt und das Verriegeln in der Mitte von Stator und Rotor soll durch spontane Bewegungen der Nockenwelle erfolgen, die den Rotor in geeignete Stellung zum Stator drehen. Akustische Auffälligkeiten durch die fehlende hydraulische Einspannung vor der Mittenverriegelung und zusätzliche Lasten auf Steuertrieb, Nockenwellen und anschließende Komponenten aufgrund der Schwingungen im nicht verriegelten Zustand des Nockenwellenverstellers sind mit der Lehre der US-6,684,835 B2 nicht zu vermeiden.
  • Die US 2003/121486A1 und die DE10344816 A1 offenbaren weiteren Steverstrategien zur Verriegelung eines Nockenwellenverstellers beim Abstellen des Motors
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Motorsteuerstrategie für einen hydraulischen Nockenwellenversteller zu schaffen, mit der eine Mittenverriegelung kontrolliert und schwingungsfrei erfolgt.
  • Die Lösung erfolgt mit einer Motorsteuerstrategie für hydraulische Nockenwellenversteller mit mechanischer Mittenverriegelung, insbesondere hydraulische Nockenwellenversteller gemäß Flügelzellenprinzip, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
    Gemäß der Erfindung wird eine Motorsteuerstrategie vorgeschlagen für einen hydraulischen Nockenwellenversteller mit mechanischer Mittenverriegelung mit mindestens einem Rotor und einem Stator, zwischen denen hydraulisch beaufschlagbare Kammern A und Kammern B vorgesehen sind zur steuerbaren Drehung von Rotor und Stator relativ zueinander. Mindestens zwei im Rotor axial verschieblich gelagerte Verriegelungskolben sind mittels Federkraft in eine Verriegelungskulisse drückbar für die mechanische Mittenverriegelung von Rotor und Stator. Eine Hydraulik ist mit mindestens je einer Ölleitung zur Kammer A, zur Kammer B und zu den Verriegelungskolben von mindestens einem elektrisch steuerbaren Magnetventil versehen, wobei die Verriegelungskolben durch gesteuertes Bestromen des Magnetventils so beaufschlagbar sind, dass sie aus der Verriegelungskulisse drückbar sind zur mechanischen Entkopplung von Rotor und Stator. Mindestens ein Motorsteuergerät, das beim Abstellen des Motors mindestens ein Signal "Zündung aus" und mindestens ein Signal zur aktuellen Winkelposition des Nockenwellenverstellers erhält, vergleicht die Winkelposition mit im Motorsteuergerät hinterlegten Vergleichswerten, bildet daraus Steuerbefehle und gibt diese an das elektrische Magnetventil ab. Erfindungsgemäß sind die im Motorsteuergerät hinterlegten Vergleichswerte in vier Zonen unterteilt und ist in einer Zone aN, in der der Rotor des Nockenwellenverstellers einen Winkel ≥ α zur MVP in Richtung SPÄT aufweist, das Magnetventil voll bestromt, um den Rotor des Nockenwellenverstellers in Richtung FRÜH zu verstellen und die Verriegelungskolben auf Tank zu schalten für Verriegelung in MVP, in einer Zone AR, in der der Rotor des Nockenwellenverstellers einen Winkel < α zur MVP in Richtung SPÄT aufweist, das Magnetventil zunächst unbestromt, um den Rotor des Nockenwellenverstellers in Richtung SPÄT in die Zone AN zu verstellen und danach das Magnetventil voll bestromt, um den Rotor des Nockenwellenverstellers wieder in Richtung FRÜH zu verstellen und die Verriegelungskolben auf Tank zu schalten für Verriegelung in MVP, in einer Zone Br, in der der Rotor des Nockenwellenverstellers einen Winkel < β zur MVP in Richtung Früh aufweist, das Magnetventil zunächst voll bestromt, um den Rotor des Nockenwellenverstellers in Richtung FRÜH in eine Zone BN, in der der Rotor des Nockenwellenverstellers einen Winkel ≥ β zur MVP in Richtung Früh aufweist, zu verstellen und danach das Magnetventil unbestromt, um den Rotor des Nockenwellenverstellers in Richtung SPÄT zu verstellen und die Verriegelungskolben auf Tank zu schalten für Verriegelung in MVP, in der Zone Bn das Magnetventil unbestromt, um den Rotor des Nockenwellenverstellers in Richtung SPÄT zu verstellen und die Verriegelungskolben auf Tank zu schalten für Verriegelung in MVP. Vorteilhaft erfolgt die Verriegelung bis in die MVP zu jedem Zeitpunkt hydraulisch gesteuert, so dass der Rotor kontrolliert in die MVP geführt und dort die Verrieglung erfolgen kann ohne akustische Auffälligkeiten und ohne zusätzliche Lasten auf Steuertrieb, Nockenwellen und anschließende Komponenten aufgrund von Schwingungen im nicht eingespannten Zustand des Nockenwellenverstellers. Insbesondere die Nutzung des Restöldrucks beim Motorstop erlaubt die Verriegelung in MVP unabhängig von der Winkellage des Rotors im Nockenwellenversteller bei Leerlaufdrehzahl vor Motorstop.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein z. B. als hydraulischer Öldruckspeicher ausgestalteter Energiespeicher zur Verriegelung des Rotors des Nockenwellenverstellers vorgesehen, der im Motorbetrieb aufladbar ist und bei unzureichendem Öldruck für eine Verstellung während des Motorabstellvorgangs zur Unterstützung zuschaltbar ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Verriegelung des Rotors des Nockenwellenverstellers in MVP beim Motorstart, falls die Verriegelungszeit beim Motorstop zu kurz ist, wobei die Verriegelung beim Motorstart mit TV = 0 % oder TV = 100 % erfolgt in Abhängigkeit davon, in welcher der Zonen AN, AR oder BN, BR sich der Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 vor dem Signal "Zündung aus" befindet. Vorteilhafterweise ist die Winkelposition des Nockenwellenverstellers beim Motorstart mit extrem niedriger Motordrehzahl nur zu ermitteln bei Verriegelung in MVP während Motorstart.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist für die mechanische Mittenverriegelung des Rotors mit dem Stator eine axiale Mehrfachrasterverriegelung vorgesehen für eine weiter beschleunigte Verriegelung des Rotors mit dem Stator, wobei bei Winkelpositionen im Leerlaufbetrieb zwischen SPÄT und Mittenverriegelungsposition bei ausreichend Motoröldruck die mechanische Mittenverriegelung während eines Motorstops auch ohne axiale Mehrfachrasterverriegelung funktioniert mit einer geringfügig größeren Verriegelungszeit.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargelegt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Querschnitt durch einen Nockenwellenversteller für eine Motorstopstrategie gemäß der Erfindung,
    Fig. 2
    einen Graph der Steuerungscharakteristik und Schaltstellungen des Magnetventils für eine Motorstopstrategie gemäß der Erfindung,
    Fig. 3
    eine Aufteilung des Verstellwinkelbereichs für eine Motorstopstrategie gemäß der Erfindung, und
    Fig. 4
    einen Ablaufplan zur Motorstopstrategie gemäß der Erfindung.
  • Fig. 1: Ein hydraulischer Nockenwellenversteller 1 weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf, zwischen denen mehrere durch Flügel 4 getrennte Kammern A und Kammern B gleichmäßig über den Umfang verteilt vorgesehen sind. Rotor 2 ist drehbar zu Stator 3. Die im Rotor 2 gelagerten Flügel 4 wirken mit gleichmäßig über den inneren Umfang des Stators 3 verteilten Früh- und Spät-Anschlägen 5 zusammen. Im Rotor 2 sind axial verschieblich gelagerte Verriegelungskolben 6 - 10 vorgesehen, die mittels Federn (nicht dargestellt) in eine Verriegelungskulisse des Stators 3 gedrückt werden können für eine gegen Verdrehen gesicherte Verbindung von Rotor 2 und Stator 3 in MVP. Radial nach außen gerichtet ist ein Zahnkranz 11 vorgesehen über den ganzen Umfang des Stators 3 für eine zu einer Kurbelwelle führenden Kette (nicht dargestellt).
  • Von den zwei im Rotor axial verschiebbaren Verriegelungskolben 6 und 7 für Mittenverriegelung, die abhängig von der Winkelposition des Rotors 2 zum Stator 3 in gegenüberliegende Verriegelungskulissen im Verriegelungsdeckel eingreifen oder nicht, sperrt Verriegelungskolben 6 in Richtung SPÄT und Verriegelungskolben 7 in Richtung FRÜH.
  • Von einem elektrisch steuerbaren Magnetventil (nicht dargestellt) führt eine Ölleitung 12 von einem Port A zu den Kammern A, eine Ölleitung 13 von einem Port B zu den Kammern B und eine Ölleitung 14 von einem Port Pins zu den Verriegelungskolben 6 - 10, die mittels Öldruck vom Port Pins entriegelbar sind. Das Magnetventil wird über eine Pumpe (nicht dargestellt) mit Öl unter Druck beaufschlagt. Über einen Rücklauf (nicht dargestellt) kann Öl druckfrei aus dem Magnetventil in einen Tank abfließen.
  • Fig. 2: Das elektrisch steuerbare Magnetventil ist in drei auf der Abszisse des Graphen aufgetragene Bereiche unterteilt: Stopp 1 für Motorstopstrategie für Verstellung in Richtung SPÄT, Arbeitsbereich für Regelung während des Motorbetriebs und Stopp II für Motorstopstrategie für Verstellung in Richtung FRÜH. Alle Verriegelungskolben 6 - 10 sind im Stopp I- und Stopp II- Bereich auf Tank geschaltet, so dass der Rotor den Nockenwellenversteller bei Motorstop in MVP verriegeln kann. Der Öldruck in den Leitungen zu den Verriegelungskolben 6 - 10 ist im Bereich Stopp I: 0 ... 0,5 bar, im Arbeitsbereich > 0,5 bar und im Bereich Stopp II: 0,5 ... 0 bar, wobei die Verriegelungskolben 6, 7 bei der Auslegung gemäß Beispiel nur oberhalb von 0,5 bar vollständig entriegelt sind für Verstell- und Regelbarkeit des Nockenwellenverstellers 1 im kompletten Winkelbereich. Für andere Auslegungen mit anderen Verriegelungsfedern für die Verriegelungskolben 6 - 10, anderen Verriegelungskolbenmassen, Verriegelungskolbenflächen, usw. ergeben sich entsprechend andere Öldruckgrenzen.
  • Bei niedrigerem Öldruck als 0,5 bar kann der Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 nicht über MVP verstellt werden, da die Verriegelungskolben 6 - 10 auf Tank geschaltet sind und somit beim Durchgang über MVP verriegeln können.
  • Bei Schaltung des Magnetventils so, dass die Pumpe auf die Kammer A wirkt und gleichzeitig Kammer B mit dem Tank verbunden ist, werden die Gaswechselventilsteuerzeiten in Richtung FRÜH und bei Schaltung des Magnetventils so, dass die Pumpe auf die Kammer B wirkt und gleichzeitig Kammer A mit dem Tank verbunden ist, die Gaswechselventilsteuerzeiten in Richtung SPÄT verstellt.
  • Fig. 3: Für die Motorstopstrategie ist der gesamte Verstellwinkelbereich des Rotors 2 im Nockenwellenversteller 1 in vier Zonen AN, AR, BN und BR aufgeteilt. Zone AN ist eine neutrale Zone in der Kammer A. Befindet sich der Rotor 2 in der Zone AN, reicht dessen Abstand bis zur MVP aus, um bei Druckabfall in der Ölleitung 14 die Verriegelungskolben 6 - 10 sicher in den Verriegelungskulissen zu verriegeln. Wenn sich der Rotor 2 in der Zone AR befindet, ist dessen Abstand α in Richtung spät zur MVP zu klein, um bei Druckabfall in der Ölleitung 14 die Verriegelungskolben 6 - 10 sicher in den Verriegelungskulissen zu verriegeln, so dass der Rotor 2 drehbar bleibt zum Stator 3. Der Winkel α kann 8° - 12°, z. B. 10° betragen. Wenn sich der Rotor 2 in der Zone BN befindet, reicht dessen Abstand bis zur MVP aus, um bei Druckabfall in der Ölleitung 14 die Verriegelungskolben 6 - 10 sicher in den Verriegelungskulissen zu verriegeln und wenn sich Rotor 2 in der Zone BR befindet, ist dessen Abstand β in Richtung FRÜH bis zur MVP zu klein, um bei Druckabfall in der Ölleitung 14 die Verriegelungskolben 6 - 10 sicher in den Verriegelungskulissen zu verriegeln, so dass der Rotor 2 drehbar bleibt zum Stator 3. Der Winkel β kann 6° - 10°, z. B. 8° betragen, wobei α > β ist, da Reibmomente an der Nockenwelle in Richtung SPÄT wirken und somit Verstellgeschwindigkeiten in Richtung SPÄT generell größer sind.
  • Fig. 4: Der Verriegelungsvorgang während eines Motorabstell-vorgangs läuft bei normalem Betrieb des Motors in Leerlaufdrehzahl zeitlich ab wie folgt: Der Fahrer schaltet den Motor aus und ein Signal "Zündung aus" wird an das Motorsteuergerät weitergeleitet. Das Motorsteuergerät wertet die aktuelle Winkelposition des Rotors 2 im Nockenwellenversteller 1 aus und vergleicht diese mit den hinterlegten Zonendefinitionen. Abhängig von der erfassten Zone wird vom Motorsteuergerät eines der vorgegebenen Tastverhältnisse (TV) ans Magnetventil abgegeben.
  • Befindet sich der Rotor 2 beim Motorstop in Zone An wird das Magnetventil mit maximalem Strom beaufschlagt (TV = 100%; Bereich: Stopp II), um den Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 in Richtung FRÜH zu verstellen. Daraus folgt die Verriegelung des Rotors 2 mit dem Stator 3 in MVP, da die Verriegelungskolben 6 - 10 drucklos auf Tank geschaltet sind.
  • Befindet sich der Rotor 2 beim Motorstop in Zone AR bleibt das Magnetventil zunächst ohne Strom (TV = 0%; Bereich: Stopp I), um den Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 in Richtung SPÄT in neutrale Zone zu verstellen; danach wird das Magnetventil mit maximalem Strom beaufschlagt (TV = 100%; Bereich: Stopp II), um den Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 in Richtung FRÜH zu verstellen. Daraus folgt die Verriegelung des Rotors 2 mit dem Stator 3 in MVP, da die Verriegelungskolben 6 - 10 auf Tank geschaltet sind.
  • Befindet sich der Rotor 2 beim Motorstop in der Zone Br wird das Magnetventil zunächst mit maximalem Strom beaufschlagt (TV = 100%; Bereich: Stopp II), um den Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 in Richtung FRÜH in neutrale Zone zu verstellen und danach das Magnetventil vom Strom getrennt (TV = 0%; Bereich: Stopp I), um den Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 in Richtung SPÄT zu verstellen. Daraus folgt die Verriegelung des Rotors 2 mit dem Stator 3 in MVP, da die Verriegelungskolben 6 - 10 auf Tank geschaltet sind.
  • Befindet sich der Rotor 2 beim Motorstop in Zone Bn bleibt das Magnetventil vom Strom getrennt (TV = 0%; Bereich: Stopp I), um den Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 in Richtung SPÄT zu verstellen. Daraus folgt die Verriegelung des Rotors 2 mit dem Stator 3 in MVP, da die Verriegelungskolben 6 - 10 auf Tank geschaltet sind.
  • Die Verriegelung des Rotors 2 mit dem Stator 3 in MVP bei abnehmender Drehzahl erfolgt unter Nutzung des Restöldruckes im Motor.
  • Der Nockenwellenversteller 1 ist normalerweise vor Motorstillstand bereits verriegelt. Falls die Verriegelungszeit beim Motorstop jedoch zu kurz ist, erfolgt die Verriegelung beim Motorstart, nämlich mit TV = 0 % oder TV = 100 % in Abhängigkeit davon, in welcher der Zonen AN, AR oder BN, BR sich der Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 vor dem Signal "Zündung aus" befindet. Ist der Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 vor Signal "Zündung aus" in den Zonen AN, AR, also zwischen SPÄT und MVP, wird TV = 100 % am Magnetventil angelegt. Wird der Rotor 2 des Nockenwellenverstellers 1 vor Signal "Zündung aus" in den Zonen BN, BR erfasst, also zwischen MVP und FRÜH, wird TV = 0 % angelegt, so dass der Öldruck immer in Richtung MVP wirkt, d.h. zusätzlich zu Nockenwellen-Reibmoment oder Rasterverriegelung. Gleichzeitig fließt Restöl aus der Ölkammer, welche eine Verstellung in Richtung MVP verhindern könnte.

Claims (5)

  1. hydraulischen Nockenwellenverstellers (1) mit Verfahren zur Steverung eines mechanischer Mittenverriegelung mit mindestens einem Rotor (2) und einem Stator (3); zwischen denen hydraulisch beaufschlagbare Kammern A und Kammern B vorgesehen sind zur steuerbaren Drehung von Rotor (2) und Stator (3) relativ zueinander, mindestens zwei im Rotor (2) axial verschieblich gelagerten Verriegelungskolben (6 - 10), die elastisch in eine Verriegelungskulisse drückbar sind für die mechanische Mittenverriegelung von Rotor (2) und Stator (3), mindestens einer Hydraulik mit mindestens je einer Ölleitung (12 - 14) zur Kammer A, zur Kammer B und zu den Verriegelungskolben (6 - 10) von mindestens einem elektrisch steuerbaren Magnetventil, wobei die Verriegelungskolben (6 - 10) durch gesteuertes Bestromen des Magnetventils so beaufschlagbar sind, dass sie aus der Verriegelungskulisse drückbar sind zur Trennung von Rotor (2) und Stator (3), mit mindestens einem Motorsteuergerät, das beim Abstellen des Motors mindestens ein Signal "Zündung aus" und mindestens ein Signal zur aktuellen Winkelposition des Nockenwellenverstellers (1) erhält, die Winkelposition mit mindestens einer im Motorsteuergerät hinterlegten Zonendefinition vergleicht, daraus Steuerbefehle bildet und an das elektrische Magnetventil abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zone (AN), in der der Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) einen Winkel ≥ α zur Mittenverriegelungsposition in Richtung SPÄT aufweist, das Magnetventil voll bestromt ist, um den Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) in Richtung FRÜH zu verstellen und die Verriegelungskolben (6 - 10) auf Tank zu schalten für Verriegelung in Mittenverriegelungsposition, in einer Zone (AR), in der der Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) einen Winkel < α zur Mittenverriegelungsposition in Richtung SPÄT aufweist, das Magnetventil zunächst unbestromt ist, um den Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) in Richtung SPÄT in die Zone (AN)zu verstellen und danach das Magnetventil voll bestromt ist, um den Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) wieder in Richtung FRÜH zu verstellen und die Verriegelungs-kolben (6 - 10) auf Tank zu schalten für Verriegelung in Mittenverriegelungsposition, in einer Zone (BR), in der der Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) einen Winkel < β zur Mittenverriegelungsposition in Richtung Früh aufweist, das Magnetventil zunächst voll bestromt ist, um den Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) in Richtung FRÜH in eine Zone (BN), in der der Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) einen Winkel ≥ β zur Mittenverriegelungsposition in Richtung Früh aufweist, zu verstellen und danach das Steuerventil unbestromt ist, um den Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) in Richtung SPÄT zu verstellen und die Verriegelungskolben (6 - 10) auf Tank zu schalten für Verriegelung in Mittenverriegelungsposition, in der Zone (BN) das Steuerventil unbestromt ist, um den Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) in Richtung SPÄT zu verstellen und die Verriegelungskolben (6 - 10) auf Tank zu schalten für Verriegelung in Mittenverriegelungsposition.
  2. gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenversteller (1) in Mittenverriegelungsposition beim Motorstart verriegelbar ist, wobei die Verriegelung beim Motorstart mit TV = 0 % oder TV = 100 % erfolgt in Abhängigkeit davon, in welcher der Zonen (AN), (AR) oder (BN), (BR) sich der Rotor (2) des Nockenwellenverstellers (1) vor dem Signal "Zündung aus" befindet.
  3. gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren die Verriegelung des Rotors (2) des Nockenwellenverstellers (1) in Mittenverriegelungsposition bei abnehmender Drehzahl jeweils unter Ausnutzung des Restöldruckes im Motor erfolgt.
  4. gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren hilfsweise ein Energiespeicher für die Verriegelung des Rotors (2) des Nockenwellenverstellers (1) vorgesehen ist.
  5. gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahren für die mechanische Mittenverriegelung des Rotors (2) mit dem Stator (3) eine axiale Mehrfachrasterverriegelung vorgesehen ist.
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