EP2569519A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit mehrstufiger ölpumpe - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit mehrstufiger ölpumpe

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EP2569519A1
EP2569519A1 EP11723869A EP11723869A EP2569519A1 EP 2569519 A1 EP2569519 A1 EP 2569519A1 EP 11723869 A EP11723869 A EP 11723869A EP 11723869 A EP11723869 A EP 11723869A EP 2569519 A1 EP2569519 A1 EP 2569519A1
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EP
European Patent Office
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oil pressure
oil
internal combustion
combustion engine
camshaft
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EP2569519B1 (de
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Dirk Windrich
Axel Wachtendorf
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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Publication of EP2569519B1 publication Critical patent/EP2569519B1/de
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    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/02—Pressure lubrication using lubricating pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/18—Indicating or safety devices
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • 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
    • F01L1/3442—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 hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/3445—Details relating to the hydraulic means for changing the angular relationship

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, wherein in an oil circuit of the internal combustion engine, in particular for pressure circulation lubrication, a first oil pressure stage with a first minimum and maximum oil pressure level and at least one second oil pressure stage with a second minimum and maximum oil pressure level is generated by an oil pump, wherein the first minimum oil pressure level is less than or equal to the second minimum oil pressure level and the first maximum oil pressure level is less than the second maximum oil pressure level, wherein a camshaft of the internal combustion engine of an actuator hydraulically by means of an oil pressure from the oil circuit of the
  • Internal combustion engines usually have a mechanically driven oil pump. In some applications, it is by a corresponding actuator or a
  • Shift mechanism possible to approach two or more pressure levels with this oil pump with different oil pressure level or different value ranges in which the oil pressure moves depending on the operating condition of the internal combustion engine.
  • the oil pump has a mechanically acting device for regulating the oil pressure.
  • the internal combustion engine does not require the same, high oil pressure in each operating map point.
  • the oil pressure can be lowered to low speeds and loads. Only when a corresponding, predetermined load and speed threshold is exceeded is switched to the higher second pressure level.
  • the oil pressure is thus adapted to the current needs of the internal combustion engine.
  • the power consumption of such a two-stage or multi-stage oil pump compared to a single-stage oil pump is lower.
  • a problem of the two-stage oil pump is the diagnosis of the actuating mechanism. For this purpose, it is known to use a separate oil pressure sensor for each pressure stage.
  • multistage oil pump therefore requires at least one additional pressure sensor.
  • This additional sensor requires corresponding costs and requires space.
  • Output signal of the integrated pressure sensor can be used for pressure monitoring.
  • Camshaft adjuster (actuator for adjusting the camshaft) a hydraulic
  • Has wing actuator which rotates the camshaft relative to the crankshaft and this is acted upon by an electrically actuated hydraulic valve with engine oil from the engine oil circuit.
  • the invention is based on the object, a method of o.g. Kind regarding the
  • a first adjustment speed of the camshaft is determined by the actuator, while the first oil pressure stage is generated by the oil pump, wherein for at least one second oil pressure stage, a second adjustment speed of the camshaft is determined by the actuator while the second oil pressure stage is generated by the oil pump, wherein at least a difference between the first and at least a second adjustment speed is determined, wherein a switching mechanism of the oil pump for switching between the oil pressure levels is classified as good, if an amount of difference equal to or greater as a predetermined differential value, and the switching mechanism of the oil pump for switching between the oil pressure levels is classified as defective when an amount of the difference is smaller than a predetermined difference value.
  • Functionality of the switching mechanism of the oil pump without compensation, for example, by speed or load-related fluctuations in the oil pressure is achieved in that the first and at least a second adjustment speed at an identical
  • Operating condition of the internal combustion engine can be determined.
  • Additional monitoring of the operability of the oil pump itself is achieved in that in an operating state of the internal combustion engine, during which the first oil pressure stage is generated by the oil pump, the oil pressure is monitored by a pressure sensor.
  • Oil pressure levels are achieved in that after determining the first
  • a check of the switching mechanism of the oil pump for the different oil pressure levels at defined states of the internal combustion engine is achieved by the fact that the first and the second adjustment speed at least one predetermined operating point of the
  • Internal combustion engine can be determined, regardless of the operating point, the respective oil pressure level is switched and the camshaft is adjusted.
  • the at least one predetermined operating point of the internal combustion engine is selected such that a mudimale increase of pollutant emissions in the exhaust gas results.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an internal combustion engine for carrying out the method according to the invention
  • Fig. 2 is a flow chart of a preferred embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows an operating map for an internal combustion engine.
  • the invention relates to an internal combustion engine, as shown schematically in Fig. 1, with an engine block 10, an oil pump 12 and a Mötorölniklauf 14, which is in particular designed for circulation pressure lubrication.
  • Mötorölnikmaschinelauf 14 for circulating pressure lubrication controllable hydraulic components are connected, the necessary for their operation operating fluid is provided by the engine oil of the engine oil circuit 14.
  • the regulation of the fluid flow, that is, the hydraulic component flowing through the engine oil flow is effected by electrical control signals of a control electronics 22.
  • Hydraulic component is a hydraulic camshaft adjuster 18 for adjusting a camshaft 16 with a hydraulic valve, which is designed for example as a solenoid valve.
  • the actuator for the camshaft adjustment is integrated into the Mötorölnikank.
  • the pressure prevailing in the Mötorölniklauf oil pressure is provided by the mechanically driven oil pump 12 in the Mötorölniklauf 14 available.
  • the oil pump 12 has a
  • Switching mechanism 20 to switch between different oil pressure levels.
  • a first oil pressure stage is provided, wherein the oil pressure in response to a
  • Oil pressure level fluctuates. Furthermore, at least one second oil pressure stage is provided in which the oil pressure fluctuates in a second range between a second minimum oil pressure value (oil pressure level) and a second maximum oil pressure value (oil pressure level) depending on an operating condition of the internal combustion engine.
  • the first minimum oil pressure value is less than or equal to the second minimum oil pressure value
  • the first maximum oil pressure value is smaller than the second maximum oil pressure value.
  • an oil pressure sensor 24 is provided for monitoring the oil pressure.
  • the camshaft adjustment varies at different speeds. The resulting angular velocity correlates with the oil pressure.
  • the angular velocity can be measured by passing through a sufficient adjustment range with maximum activation of the solenoid valve of the camshaft adjuster 18.
  • the angular velocity is additionally dependent on the engine speed and oil temperature and should be corrected via this. It is typically in a range that is well and safely measurable with devices available in engine controls.
  • the angular velocity of the camshaft adjustment for monitoring the switching mechanism 20 of the oil pump 12 for different oil pressure levels. Due to the tolerance chain regarding, in particular, oil viscosity,
  • Angular velocities are sufficiently pronounced, i. greater than or equal to one
  • Switching mechanism 20 of the oil pump 12 is working properly. The first, low
  • Oil pressure level is monitored by the pressure sensor.
  • the second pressure stage is monitored by comparing the above described comparison of the measured adjustment speed of the
  • Camshaft adjusting device 18 is evaluated at different oil pressure levels. If the speed of the camshaft adjustment is identical in both oil pressure stages, it can be assumed that the switching mechanism 20 of the oil pump 12 is not working properly. The oil pump 12 can only set a pressure or an oil pressure stage in this case.
  • first the first and then the second oil pressure stage are driven at a constant operating point.
  • constant operating point here refers to an operating state of the internal combustion engine in which not necessarily one of the second, higher oil pressure stages and also not necessarily a camshaft adjustment is required. In other words, the oil pressure stage and the camshaft adjustment are independent of the current
  • Last speed point are excluded in this way.
  • the impact on the Emissions due to the non-optimal camshaft position during the measurement are taken into account by a suitable choice of the constant operating point.
  • the cost or installation space disadvantage of a second oil pressure sensor for the second oil pressure stage can be saved because no additional oil pressure sensor is required for monitoring whether the second pressure level is reached.
  • a cost neutrality is achieved because the diagnosis of the second oil pressure stage is based on already existing in the internal combustion engine actuators and sensors.
  • FIG. 2 shows by way of example a flow diagram of a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • a first step 100 will be
  • Incoming conditions for the procedure checked. For example, it is checked whether a load, a rotational speed and a temperature of a coolant and the engine oil are in a predetermined range. If this is not the case even for one of the aforementioned parameters, the diagnosis of the camshaft is not carried out and jumped back to step 100 via a first branch 102 "no".
  • the oil pump is operated in such a way that it provides a first pressure stage and the camshaft is adjusted.
  • a third step 108 “camshaft measurement” is a
  • Adjustment speed 1 of the camshaft during adjustment determined as angular velocity ⁇ [ms] for the first pressure stage.
  • a fourth step 110 oil pump in
  • the oil pump is operated such that it provides a second pressure level in the ⁇ i Vietnamesesburgsystem the internal combustion engine, wherein the pressure in ⁇ i Vietnameselaufsystem the internal combustion engine pressure is different from the corresponding pressure at the first pressure stage, and it is
  • a fifth step 112 "Camshaft measurement”
  • an adjustment speed 2 of the camshaft during the adjustment is determined as the angular speed ⁇ [ms] for the second pressure stage, in a sixth step 114
  • Adjustment speed 2 for the second pressure stage is greater than the adjustment speed 1 for the first pressure stage. If the oil pump or the actuator for the pressure stages works correctly and generates a higher pressure in the ⁇ i Vietnameselaufsystem the internal combustion engine in the second pressure stage than in the first pressure stage, the adjustment speed must. 2 Thus, conversely, this is an indication of a correctly working oil pump or switching between the pressure levels. Therefore, from the sixth step 114 via a third branch 118, "yes” is entered to a seventh step 116 "Test completed, oil pump pressure stage actuator OK", if in step 114 the result of the test is "Verstell Albany 2> Verstell horrus 1?" yes is. If this is not the case, however, then a fourth branch 120 "no" to an eighth step 122 "test completed, actuator for pressure stages of the oil pump is not in order” jumped.
  • FIG. 3 illustrates an operating map of an internal combustion engine, wherein a rotational speed n of the internal combustion engine is plotted on a horizontal axis 200 and an engine torque M or a load is plotted on a vertical axis 202.
  • load speed map results in an operating range for the internal combustion engine, which is limited by a first graph 204, the horizontal axis 200 and the vertical axis 202.
  • Map area 206 in which the first and second pressure stage of the oil pump can be driven.
  • Map area 208 in which the diagnostic method described above can be performed, for which the following conditions must be fulfilled: both pressure levels must be permissible, an influence on the exhaust gas by the position jump of the camshaft must be low and An influence on the driving behavior of a vehicle equipped with the internal combustion engine by the position jump of the camshaft must be low. All of this is in the second
  • Map area 208 is satisfied. The rest of the operating range outside the first
  • Map area 206 is a third map area 210 in which only the second pressure stage can be driven. For this reason, this third map area 210 is not suitable for the diagnostic method described above.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei in einem Ölkreislauf (14) der Brennkraftmaschine, insbesondere zur Druckumlaufschmierung, von einer Ölpumpe (12) wahlweise eine erste Öldruckstufe mit einem ersten minimalen und maximalen Öldruckniveau und mindestens eine zweite Öldruckstufe mit einem zweiten minimalen und maximalen Öldruckniveau erzeugt wird, wobei das erste minimale Öldruckniveau kleiner oder gleich ist als das zweite minimale Öldruckniveau und das erste maximale Öldruckniveau kleiner ist als das zweite maximale Öldruckniveau, wobei eine Nockenwelle (16) der Brennkraftmaschine von einem Aktuator (18) hydraulisch mittels eines Öldruckes aus dem Ölkreislauf (14) der Brennkraftmaschine verstellt wird. Hierbei wird eine erste Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle (16) durch den Aktuator (18) bestimmt, während die erste Öldruckstufe von der Ölpumpe (12) erzeugt wird, wobei für mindestens eine zweite Öldruckstufe eine zweite Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle (16) durch den Aktuator (18) bestimmt wird, während die zweite Öldruckstufe von der Ölpumpe (12) erzeugt wird, wobei mindestens eine Differenz zwischen der ersten und mindestens einer zweiten Verstellgeschwindigkeit bestimmt wird, wobei ein Schaltmechanismus (20) der Ölpumpe (12) zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen als in Ordnung eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz gleich oder größer als ein vorbestimmter Differenzwert ist, und der Schaltmechanismus (20) der Ölpumpe (12) zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen als defekt eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz kleiner als ein vorbestimmter Differenzwert ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
mit mehrstufiger Ölpumpe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei in einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine, insbesondere zur Druckumlaufschmierung, von einer Ölpumpe wahlweise eine erste Öldruckstufe mit einem ersten minimalen und maximalen Öldruckniveau und mindestens eine zweite Öldruckstufe mit einem zweiten minimalen und maximalen Öldruckniveau erzeugt wird, wobei das erste minimale Öldruckniveau kleiner oder gleich ist als das zweite minimale Öldruckniveau und das erste maximale Öldruckniveau kleiner ist als das zweite maximale Öldruckniveau, wobei eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine von einem Aktuator hydraulisch mittels eines Öldruckes aus dem Ölkreislauf der
Brennkraftmaschine verstellt wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Brennkraftmaschinen verfügen üblicherweise über eine mechanisch angetriebene Ölpumpe. In einigen Anwendungen ist es durch eine entsprechende Stelleinrichtung bzw. einen
Schaltmechanismus möglich, zwei oder mehrere Druckstufen mit dieser Ölpumpe mit unterschiedlichem Öldruckniveau bzw. unterschiedlichen Wertebereichen, in denen sich der Öldruck abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine bewegt, anzufahren. Die Ölpumpe verfügt dabei über eine mechanisch wirkende Einrichtung zur Regelung des Öldrucks. Die Verbrennungskraftmaschine benötigt nicht in jedem Betriebskennfeldpunkt den gleichen, hohen Öldruck. Üblicherweise kann der Öldruck zu kleinen Drehzahlen und Lasten hin abgesenkt werden. Erst bei Überschreiten einer entsprechenden, vorbestimmten Last- und Drehzahlschwelle wird auf die höhere zweite Druckstufe geschaltet. Der Öldruck wird somit dem aktuellen Bedarf der Brennkraftmaschinen angepasst. Die Leistungsaufnahme einer solchen zwei oder mehrstufigen Ölpumpe gegenüber einer einstufigen Ölpumpe ist geringer. Ein Problem der zweistufigen Ölpumpe ist die Diagnose des Stellmechanismus. Hierzu ist es bekannt, für jede Druckstufe einen eigenen Öldrucksensor zu verwenden. Die zwei bzw.
mehrstufige Ölpumpe bedingt demnach mindestens einen zusätzlichen Drucksensor. Dieser zusätzliche Sensor bedingt entsprechende Kosten und benötigt Bauraum.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die Überwachung eines Öldruckes mittels eines Drucksensors ist beispielsweise aus der DE 10 2005 050 775 A1 bekannt. In einem Motorölkreislauf für einen Verbrennungsmotor ist ein Drucksensor räumlich in eine Hydraulikkomponente integriert. Hierdurch kann ein sonst üblicher Druckschalter zum Überwachen eines vorhandenen Mindestdruckes entfallen, da das
Ausgangssignal des integrierten Drucksensors zur Drucküberwachung herangezogen werden kann.
Aus der DE 198 25 288 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein
Nockenwellenversteller (Aktuator zum Verstellen der Nockenwelle) einen hydraulischen
Flügelsteller aufweist, der die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verdreht und hierzu über ein elektrisch betätigbares Hydraulikventil mit Motoröl aus dem Motorölkreislauf beaufschlagt wird.
Aus der US 5 529 023 ist es bekannt, die Funktionsfähigkeit eines Nockenwellenverstellers anhand eines Verstellwinkels der Nockenwellenverstellung zu überwachen. Wird ein
vorbestimmter Verstellwinkel nicht erreicht, so wird ein defekt im Nockenwellenversteller angenommen. Diese Überwachung wird jedoch ausgesetzt, wenn ein Öldruck in einem den Nockenwellenversteller versorgenden Ölkreislauf niedriger ist als ein vorbestimmter Wert. In diesem Fall wird auch die Nockenwellenverstellung an sich ausgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der o.g. Art hinsichtlich des
Bauteileaufwandes zu vereinfachen und gleichzeitig die Überwachung der Funktionsfähigkeit des Schaltmechanismus der Ölpumpe zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einem Verfahren der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine erste Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle durch den Aktuator bestimmt wird, während die erste Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, wobei für mindestens eine zweite Öldruckstufe eine zweite Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle durch den Aktuator bestimmt wird, während die zweite Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, wobei mindestens eine Differenz zwischen der ersten und mindestens einer zweiten Verstellgeschwindigkeit bestimmt wird, wobei ein Schaltmechanismus der Ölpumpe zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen als in Ordnung eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz gleich oder größer als ein vorbestimmter Differenzwert ist, und der Schaltmechanismus der Ölpumpe zum Umschalten zwischen den öldruckstufen als defekt eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz kleiner als ein vorbestimmter Differenzwert ist.
Dies hat den Vorteil, dass eine Funktionsfähigkeit des Schaltmechanismus der Ölpumpe ohne zusätzliche Hardware ausschließlich mit vorhandenen Sensoren überwacht wird, wobei die Überwachung unabhängig von Toleranzen hinsichtlich einer Ölviskosität, der Ölpumpe, des Aktuators oder eines Ventils des Aktuators im Ölkreislauf ist.
Eine vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine unabhängige Überwachung der
Funktionsfähigkeit des Schaltmechanismus der Ölpumpe ohne Kompensation beispielsweise von drehzahl- oder lastbedingten Schwankungen des Öldruckes erzielt man dadurch, dass die erste und mindestens eine zweite Verstellgeschwindigkeit bei einem identischen
Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt werden.
Eine zusätzliche Überwachung der Funktionsfähigkeit der Ölpumpe selbst erzielt man dadurch, dass in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, während dem die erste Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, der Öldruck von einem Drucksensor überwacht wird.
Eine aktive Diagnose des Schaltmechanismus der Ölpumpe für die verschiedenen
Öldruckstufen erzielt man dadurch, dass nach einem Bestimmen der ersten
Verstellgeschwindigkeit die Ölpumpe unabhängig vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf mindestens eine zweite Öldruckstufe umgeschaltet, die Nockenwelle verstellt und dabei die zweite Verstellgeschwindigkeit bestimmt wird.
Eine Prüfung des Schaltmechanismus der Ölpumpe für die verschiedenen Öldruckstufen bei definierten Zuständen der Brennkraftmaschine erzielt man dadurch, dass die erste und die zweite Verstellgeschwindigkeit bei mindestens einem vorbestimmten Betriebspunkt der
Brennkraftmaschine bestimmt werden, wobei unabhängig von dem Betriebspunkt die jeweilige Öldruckstufe umgeschaltet und die Nockenwelle verstellt wird.
Zur Einhaltung von Schadstoffgrenzwerten für die Brennkraftmaschine wird der mindestens eine vorbestimmte Betriebspunkt der Brennkraftmaschine derart gewählt, dass sich eine miriimale Erhöhung von Schadstoffemissionen im Abgas ergibt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
Fig. 3 ein Betriebskennfeld für einen Verbrennungsmotor.
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, wie schematisch in Fig. 1 dargestellt, mit einem Motorblock 10, einer Ölpumpe 12 und einem Mötorölkreislauf 14, welcher insbesondere zur Umlaufdruckschmierung ausgebildet ist. In den Mötorölkreislauf 14 zur Umlaufdruckschmierung sind regelbare Hydraulikkomponenten angeschlossen, deren für ihre Betätigung notwendiges Betriebsfluid durch das Motoröl des Motorölkreislaufes 14 bereitgestellt wird. Die Regelung des Fluidstroms, also des die Hydraulikkomponente durchfließenden Motorölstromes, erfolgt durch elektrische Stellsignale einer Steuerelektronik 22. Eine derartige, regelbare
Hydraulikkomponente ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller 18 zum Verstellen einer Nockenwelle 16 mit einem Hydraulikventil, welches beispielsweise als Magnetventil ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der Aktuator für die Nockenwellenverstellung in den Mötorölkreislauf integriert.
Der im Mötorölkreislauf herrschende Öldruck wird durch die mechanisch angetriebene Ölpumpe 12 im Mötorölkreislauf 14 zur Verfügung gestellt. Die Ölpumpe 12 weist einen
Schaltmechanismus 20 auf, um zwischen verschiedenen Öldruckstufen umzuschalten. Hierbei ist eine erste Öldruckstufe vorgesehen, bei der der Öldruck in Abhängigkeit von einem
Betriebszustand der Brennkraftmaschine in einem ersten Bereich zwischen einem ersten minimalen Öldruckwert (Öldruckniveau) und einem ersten maximalen Öldruckwert
(Öldruckniveau) schwankt. Weiterhin ist mindestens eine zweite Öldruckstufe vorgesehen, bei der der Öldruck in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine in einem zweiten Bereich zwischen einem zweiten minimalen Öldruckwert (Öldruckniveau) und eine zweiten maximalen öldruckwert (Öldruckniveau) schwankt. Hierbei ist der erste minimale Öldruckwert kleiner oder gleich dem zweiten minimalen Öldruckwert und der erste maximale Öldruckwert ist kleiner als der zweite maximale Öldruckwert. Für die erste Öldruckstufe ist ein Öldrucksensor 24 zur Überwachung des Öldruckes vorgesehen. Je nach Höhe des Öldruckes verstellt sich die Nockenwellenverstellung unterschiedlich schnell. Die sich einstellende Winkelgeschwindigkeit korreliert dabei mit dem Öldruck. Messbar ist die Winkelgeschwindigkeit, indem ein ausreichender Verstellbereich mit maximaler Ansteuerung des Magnetventils des Nockenwellenverstellers 18 durchfahren wird. Die Winkelgeschwindigkeit ist zusätzlich noch abhängig von der Motordrehzahl und Öltemperatur und sollte über diese korrigiert werden. Sie liegt typischerweise in einem Bereich, der mit in Motorsteuerungen verfügbaren Einrichtungen gut und sicher messbar ist.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwellenverstellung zur Überwachung des Schaltmechanismus 20 der Ölpumpe 12 für verschiedenen Öldruckstufen heranzuziehen. Aufgrund der Toleranzkette betreffend insbesondere Ölviskosität,
Pumpeneigenschaften, Nockenwellenversteller 18 und Magnetventil wird nicht nur die
Winkelgeschwindigkeit in der nicht vom verbleibenden Öldrucksensor überwachbaren zweiten Öldruckstufe bestimmt. Vielmehr ist es erfindungsgemäß vorgesehen auch bei der ersten Ödruckstufe. d.h. also in beiden Druckstufen, die Winkelgeschwindigkeit der
Nockenwellenverstellung zu vermessen bzw. zu bestimmen. Ist der Unterschied in den
Winkelgeschwindigkeiten ausreichend ausgeprägt, d.h. größer oder gleich einem
vorbestimmten Schwellwert, so kann davon ausgegangen werden, dass der
Schaltmechanismus 20 der Ölpumpe 12 ordnungsgemäß arbeitet. Die erste, niedrige
Öldruckstufe wird vom Drucksensor überwacht. Die zweite Druckstufe wird überwacht, indem der oben beschriebene Vergleich der gemessenen Verstellgeschwindigkeit der
Nockenwellenverstelleinrichtung 18 bei verschiedenen Öldruckstufen ausgewertet wird. Ist die Geschwindigkeit der Nockenwellenverstellung in beiden Öldruckstufen identisch, kann davon ausgegangen werden, dass der Schaltmechanismus 20 der Ölpumpe 12 nicht ordnungsgemäß arbeitet. Die Ölpumpe 12 kann in diesem Fall nur einen Druck bzw. eine Öldruckstufe einstellen.
In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem konstanten Betriebspunkt zunächst die erste und danach die zweite Öldruckstufe gefahren. Der Ausdruck "konstanter Betriebspunkt" bezeichnet hierbei eine Betriebszustand der Brennkraftmaschinen, bei dem nicht notwendigerweise eine der zweiten, höheren Öldruckstufen und auch nicht notwendigerweise eine Nockenwellenverstellung erforderlich ist. Mit anderen Worten werden die Öldruckstufe und die Nockenwellenverstellung unabhängig vom momentanen
Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt bzw. verändert. In beiden Druckstufen wird die Verstellgeschwindigkeit der Nockenwellenverstellung vermessen bzw. bestimmt und ausgewertet bzw. die Differenz bestimmt. Die Abhängigkeiten zur Öltemperatur und zum
Last-Drehzahlpunkt werden auf diese Weise ausgeklammert. Die Auswirkungen auf die Emissionen durch die nicht optimale Nockenwellenposition während der Vermessung werden durch eine geeignete Wahl des konstanten Betriebspunktes beachtet.
Der Kosten- bzw. Bauraumnachteil eines zweiten Öldrucksensors für die zweite Öldruckstufe werden eingespart, da für die Überwachung, ob die zweite Druckstufe erreicht wird, kein zusätzlicher Öldrucksensor erforderlich ist. Es wird eine Kostenneutralität erzielt, da die Diagnose der zweiten Öldruckstufe mittels bereits in der Verbrennungskraftmaschine vorhandenen Aktoren und Sensoren basiert.
In Fig. 2 ist beispielhaft ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 100 werden
Eingangsbedingungen für das Verfahren geprüft. So wird beispielsweise geprüft, ob sich eine Last, eine Drehzahl und eine Temperatur eines Kühlmittels sowie des Motoröls in einem vorbestimmten Bereich befindet. Ist dies auch nur für einen der vorgenannten Parameter nicht der Fall, wird die Diagnose der Nockenwelle nicht ausgeführt und über einen ersten Zweig 102 "nein" wieder zum Schritt 100 zurück gesprungen.
Sind alle geprüften Parameter in einem vorbestimmten Bereich, so wird über einen zweiten Zweig 104 "ja" zu einem zweiten Schritt 106 "Ölpumpe in Druckstufe 1 => Anforderung Nockenwellen Sollsprung" gesprungen. In diesem zweiten Schritt 106 wird die Ölpumpe derart betrieben, dass diese eine erste Druckstufe zur Verfügung stellt und es wird die Nockenwelle verstellt. In einem dritten Schritt 108 "Vermessung Nockenwelle" wird eine
Verstellgeschwindigkeit 1 der Nockenwelle bei der Verstellung als Winkelgeschwindigkeit ω [ ms] für die erste Druckstufe bestimmt. In einem vierten Schritt 110 "Ölpumpe in
Druckstufe 2 => Anforderung Nockenwellen Sollsprung" wird die Ölpumpe derart betrieben, dass diese eine zweite Druckstufe im Öikreislaufsystem der Brennkraftmaschine zur Verfügung stellt, wobei sich der im Öikreislaufsystem der Brennkraftmaschine ergebende Druck unterschiedlich von dem entsprechenden Druck bei der ersten Druckstufe ist, und es wird erneut die Nockenwelle verstellt. In einem fünften Schritt 112 "Vermessung Nockenwelle" wird eine Verstellgeschwindigkeit 2 der Nockenwelle bei der Verstellung als Winkelgeschwindigkeit ω [ ms] für die zweite Druckstufe bestimmt. In einem sechsten Schritt 114
"Verstellgeschwindigkeit 2 > Verstellgeschwindigkeit 1" wird geprüft, ob die
Verstellgeschwindigkeit 2 für die zweite Druckstufe größer ist als die Verstellgeschwindigkeit 1 für die erste Druckstufe. Sofern die Ölpumpe bzw. das Stellglied für die Druckstufen korrekt arbeitet und in der zweiten Druckstufe einen höheren Druck in dem Öikreislaufsystem der Brennkraftmaschine erzeugt als in der ersten Druckstufe, muss die Verstellgeschwindigkeit 2 größer sein als die Verstellgeschwindigkeit 1. Somit ist umgekehrt dies ein Indiz für eine korrekt arbeitende Ölpumpe bzw. Umschaltung zwischen den Druckstufen. Daher wird von dem sechsten Schritt 114 über einen dritten Zweig 118 "ja" zu einem siebten Schritt 116 "Test abgeschlossen, Stellglied für Druckstufen der Ölpumpe in Ordnung" gesprungen, falls in Schritt 114 das Ergebnis der Prüfung "Verstellgeschwindigkeit 2 > Verstellgeschwindigkeit 1 ?" ja ist. Ist dies jedoch nicht der Fall, so wird über einen vierten Zweig 120 "nein" zu einem achten Schritt 122 "Test abgeschlossen, Stellglied für Druckstufen der Ölpumpe nicht in Ordnung" gesprungen.
Fig. 3 veranschaulicht ein Betriebskennfeld einer Brennkraftmaschine, wobei auf einer horizontalen Achse 200 eine Drehzahl n der Brennkraftmaschine und auf einer vertikalen Achse 202 eine Motormoment M bzw. eine Last aufgetragen ist. In diesem sogenannten "Last- Drehzahl-Kennfeld" ergibt sich ein Betriebsbereich für die Brennkraftmaschine, welcher von einem ersten Graph 204, der horizontalen Achse 200 und der vertikalen Achse 202 begrenz ist. Innerhalb dieses Betriebsbereiches der Brennkraftmaschine gibt es einen ersten
Kennfeldbereich 206, in dem die erste und zweite Druckstufe der Ölpumpe gefahren werden kann. Innerhalb dieses ersten Kennfeldbereichs 206 gibt es einen zweiten Kennfeldbereich 208, in dem das oben beschriebenen Diagnoseverfahren ablaufen kann, wobei hierzu folgende Voraussetzungen erfüllt sein müssen: Es müssen beide Druckstufen zulässig sein, ein Einfluss auf das Abgas durch den Positionssprung der Nockenwelle muss gering sein und ein Einfluss auf das Fahrverhalten eines mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs durch den Positionssprung der Nockenwelle muss gering sein. All dies ist in dem zweiten
Kennfeldbereich 208 erfüllt. Der Rest des Betriebsbereiches außerhalb des ersten
Kennfeldbereichs 206 ist ein dritter Kennfeldbereich 210, in dem nur die zweiter Druckstufe gefahren werden kann. Aus diesem Grund ist dieser dritte Kennfeldbereich 210 für das oben beschriebene Diagnoseverfahren nicht geeignet.
Bezugszeichenliste
Motorblock
Ölpumpe
Ölkreislauf
Nockenwelle
Aktuator
Schaltmechanismus der Ölpumpe zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen Steuerelektronik
Öldrucksensor
erster Schritt: Eingangsbedingungen für das Verfahren prüfen
Zweig: "nein"
Zweig: "ja"
zweiter Schritt: Ölpumpe in Druckstufe 1 => Anforderung Nockenwellen Sollsprung dritter Schritt: Vermessung Nockenwelle
vierter Schritt: Ölpumpe in Druckstufe 2 => Anforderung Nockenwellen Sollsprung fünfter Schritt: Vermessung Nockenwelle
sechster Schritt " Verstellgeschwindigkeit 2 > Verstellgeschwindigkeit 1
siebter Schritt: Test abgeschlossen, Stellglied für Druckstufen der Ölpumpe in Ordnung dritter Zweig "ja"
vierter Zweit: "nein"
achter Schritt: Test abgeschlossen, Stellglied für Druckstufen der Ölpumpe nicht in Ordnung
horizontale Achse: Drehzahl n
vertikale Achse: Motormoment M
erster Graph
erster Kennfeldbereich
zweiter Kennfeldbereich
dritter Kennfeldbereich

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei in einem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine, insbesondere zur Druckumlaufschmierung, von einer Ölpumpe wahlweise eine erste Öldruckstufe mit einem ersten minimalen und maximalen
Öldruckniveau und mindestens eine zweite Öldruckstufe mit einem zweiten minimalen und maximalen Öldruckniveau erzeugt wird, wobei das erste minimale Öldruckniveau kleiner oder gleich ist als das zweite minimale Öldruckniveau und das erste maximale Öldruckniveau kleiner ist als das zweite maximale Öldruckniveau, wobei eine
Nockenwelle der Brennkraftmaschine von einem Aktuator hydraulisch mittels eines Öldruckes aus dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine verstellt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass eine erste Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle durch den Aktuator bestimmt wird, während die erste Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, wobei für mindestens eine zweite Öldruckstufe eine zweite Verstellgeschwindigkeit der Nockenwelle durch den Aktuator bestimmt wird, während die zweite Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, wobei mindestens eine Differenz zwischen der ersten und mindestens einer zweiten Verstellgeschwindigkeit bestimmt wird, wobei ein
Schaltmechanismus der Ölpumpe zum Umschalten zwischen den Öldruckstufen als in Ordnung eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz gleich oder größer als ein vorbestimmter Differenzwert ist, und der Schaltmechanismus der Ölpumpe zum
Umschalten zwischen den Öldruckstufen als defekt eingestuft wird, wenn ein Betrag der Differenz kleiner als ein vorbestimmter Differenzwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste und mindestens eine zweite Verstellgeschwindigkeit bei einem identischen Betriebszustand der
Brennkraftmaschine bestimmt werden.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, während dem die erste Öldruckstufe von der Ölpumpe erzeugt wird, der Öldruck von einem Drucksensor überwacht wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Bestimmen der ersten Verstellgeschwindigkeit die Ölpumpe unabhängig vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine auf mindestens eine zweite Öldruckstufe umgeschaltet, die Nockenwelle verstellt und dabei die zweite Verstellgeschwindigkeit bestimmt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Verstellgeschwindigkeit bei mindestens einem vorbestimmten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bestimmt werden, wobei unabhängig von dem Betriebspunkt die jeweilige Öldruckstufe umgeschaltet und die Nockenwelle verstellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine
vorbestimmte Betriebspunkt der Brennkraftmaschine derart gewählt wird, dass sich eine minimale Erhöhung von Schadstoffemissionen im Abgas ergibt.
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