WO2006032242A1

WO2006032242A1 - Vorrichtung zum einstellen der drehwinkellage der nockenwelle einer hubkolben-verbrennungsmaschine relativ zur kurbelwelle

Info

Publication number: WO2006032242A1
Application number: PCT/DE2005/001625
Authority: WO
Inventors: Holger Stork; Heiko Dell; Minh Nam Nguyen
Original assignee: Schaeffler Kg
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2006-03-30
Also published as: EP1809866A1; KR20070054743A; DE112005002921A5; JP2008514843A; JP4443606B2; CN101052785A; KR101208791B1; EP1809866B1; CN100538021C; US7640903B2; US20080245329A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Einstellen der Drehwinkellage der Nockenwelle einer Hubkolben Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle in einem Kraftfahrzeug weist ein Verstellgetriebe auf, das als Dreiwellengetriebe mit einer kurbelwellenfesten Antriebwelle, einer nockenwellenfesten Abtriebswelle und einer Verstellwelle ausgebildet ist, die mit einem mittels eines elektrischen Steuergeräts positionierbaren Elektromotors in Antriebsverbindung steht. Die Zündung der Verbrennungsmaschine ist über einen Zündschalter mit der Batterie des Kraftfahrzeugs verbunden. Das Kraftfahrzeug weist außerdem mindestens eine durch einen Benutzer des Kraftfahrzeugs verstellbare Einrichtung auf. Die Vorrichtung hat eine Überwachungsschaltung mit wenigstens einem Sensor zum Detektieren einer Zustandsänderung der mindestens einen Einrichtung. Die Überwachungsschaltung steht bei ausgeschaltetem Steuergerät derart mit dem Steuergerät in Verbindung, dass dieses beim Detektieren der Zustandsänderung eingeschaltet wird.

Description

Vorrichtung zum Einstellen der Drehwinkellage der Nockenwelle einer Hubkolben- Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einsteilen der Drehwinkellage der Nockenwelle einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle in einem Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung ein Verstellgetriebe aufweist, das als Dreiwellengetriebe mit einer kurbelwel¬ lenfesten Antriebwelle, einer nockenwellenfesten Abtriebswelle und einer Verstellwelle ausge¬ bildet ist, die mit einem Elektromotor in Antriebsverbindung steht, der mittels eines Steuerge¬ räts positionierbar ist, wobei die Zündung der Verbrennungsmaschine über einen Zündschal¬ ter mit der Batterie des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, und wobei das Kraftfahrzeug außerdem mindestens eine durch einen Benutzer des Kraftfahrzeugs verstellbare Einrichtung aufweist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der Praxis bekannt. Sie ermöglicht während des Betriebs der Verbrennungsmaschine eine Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle relativ zu der sie antreibenden Kurbelwelle. Im Vergleich zu einer Verbrennungsmaschine, die mit konstan¬ ter Phasenlage betrieben wird, kann durch diese Anpassung der Phasenlage eine bessere Zy¬ linderfüllung der Verbrennungsmaschine erreicht werden, wodurch Kraftstoff eingespart, der Schadstoffausstoß reduziert und/oder die Ausgangsleitung der Verbrennungsmaschine erhöht werden kann. Das Steuergerät wird zusammen mit der Zündung des Verbrennungsmotors über einen Zündschalter mit Hilfe eines Zündschlüssels eingeschaltet. Nach dem Einschalten der Zündung wird zunächst ein in das Steuergerät integrierter Mikrocontroller hochgefahren, wobei unter anderem verschiedene Testroutinen durchlaufen und Speicherplätze in einem flüchtigen Halbleiterspeicher des Steuergeräts mit Startwerten besetzt werden. Außerdem wird der Rotor des Elektromotors in einer vorgegebenen Lage relativ zu zum Stator positio¬ niert. Die Zeitdauer, welche das Steuergerät nach dem Einschalten benötigt, bis es betriebs¬ bereit ist, beträgt etwa 50 bis 150 Millisekunden. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs empfindet diese Zeitdauer als störend, weil die Verbrennungsmaschine nach dem Einschalten der Zün¬ dung nicht sofort starten kann, sondern zunächst abgewartet wird, bis der Boot-Vorgang ab¬ geschlossen ist. Zwar wäre es denkbar, die Verbrennungsmaschine schon vor Ablauf dieser Zeitdauer zustarten, jedoch hätte dies den Nachteil, dass während der Startphase eine erhöh¬ te Schadstoffbelastung im Abgasstrom der Verbrennungsmaschine auftreten würde.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein schnelles Starten der Verbrennungsmaschine mit geringem Schadstoffausstoß ermög¬ licht. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Überwachungsschaltung mit wenigstens einem Sensor zum Detektieren einer Zustandsänderung der mindestens eine Ein¬ richtung aufweist, und dass die Überwachungsschaltung bei ausgeschaltetem Steuergerät derart mit dem Steuergerät in Verbindung steht, dass dieses beim Detektieren der Zustands¬ änderung eingeschaltet wird.

In vorteilhafter Weise ist es dadurch möglich, das Steuergerät bereits einzuschalten, bevor der Fahrer den Zündschalter des Kraftfahrzeugs betätigt, so dass die Nockenwellenverstell-Vor- richtung dann beim Betätigen des Zündschalters gleich betriebsbereit ist und die Verbren¬ nungsmaschine sofort gestartet werden kann.

Bei einer bevorzugten AusfDhrungsform der Erfindung weist die Überwachungsschaltung einen Zeitgeber zum Messen der seit dem Detektieren der letzten Zustandsänderung der durch den Benutzer verstellbaren Einrichtung vergangenen Zeitdauer und einen Eingang für ein Betriebszustandssignal der Verbrennungsmaschine auf, wobei die Überwachungsschal¬ tung derart ausgebildet ist, dass bei eingeschaltetem Steuergerät die Stromzufuhr zum Steu¬ ergerät unterbrochen wird, wenn die Verbrennungsmaschine ausgeschaltet ist und die Zeit¬ dauer einen vorgegebenen Wert überschreitet. Falls der also der Benutzer die Einrichtung einmal betätigen sollte, ohne danach innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer die Verbren- nungsmasch/ne zu starten, wird das Steuergerät also wieder ausgeschaltet, um die Batterie des Kraftfahrzeugs zu schonen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor zur Überwachung der Position eines Betätigungselements des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Dabei ist das Betäti¬ gungselement derart ausgewählt, dass es normalerweise nur vom Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigt wird, wie z. B. ein Brems-, Gas- und/oder Kupplungspedal, ein Handbremsgriff, ein Wählhebe) eines Getriebes, ein Lenkrad unαVoder eine Fahrersitzverstellung.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor zum Erfassen einer Lageveränderung der Karosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Dabei kann der Sen¬ sor beispielsweise ein Raddrehzahlsensor sein, der ggf. auch für ein Antiblockiersystem, eine Antischlupfregelung und/oder eine elektronische Stabilisierung des Fahrzustands (ESP, DSC) des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Der Sensor kann auch ein Bewegungssensor zum Erfassen der Lage der Fahrzeugkarosserie oder eines damit verbundenen Teils relativ zu einem gelenkig damit verbundenen Fahrwerksteil (Fahrwerkslenker, Druckstange, Spurstange etc.) sein. Der Bewegungssensor kann gegebenenfalls auch für eine Diebstahlwarneinrich¬ tung und/oder eine Einrichtung zur Reduzierung der Fahrzeugwankbewegung verwendet wer¬ den.

Der Sensor kann auch zum Überwachen der Sitzbelegung des Fahrersitzes des Kraftfahr¬ zeugs ausgebildet sein. Ein solcher Sensor kann beispielsweise eine in oder an der Sitzaufla¬ ge des Fahrersitzes angebaute druckempfindliche Sensormatte sein, die durch das Gewicht des Fahrers betätigt wird. Der Sensor kann aber auch ein optischer Sensor, wie z. B. eine Kamera sein, die mit einer Bildverarbeitungseinrichtung zu Erkennung des Fahrers verbunden ist. Derartige Sitzbelegungs-Sensoren sind bei Fahrzeugen, die mit einem Beifahrerairbag ausgestattet sind, an sich bereits bekannt, werden aber dort in der Regel nur am Beifahrersitz verbaut, damit im Falle eines Unfalls der Beifahrerairbag nur dann ausgelöst, wenn ein Beifah¬ rer detektiert wird.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor zum Überwa¬ chen des Betriebszustands einer Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Dabei kann der Sensor beispielsweise zum Detektieren einer Telefonkarte in einem fahrzeug¬ internen Telefon ausgestaltet sein. Es ist aber auch möglich, dass der Sensor das Verbinden eines Mobiltelefons mit einer fahrzeuginternen Freisprecheinrichtung erkennt, wobei die Ver¬ bindung ggf. auch über Funk erfolgen kann, beispielsweise über eine Bluetooth-Schnittstelle.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor zum Überwachen des Betriebszustands und/oder einer Betriebszustandsänderung einer Verriegelungseinrichtung und/oder einer Diebstahlüberwachungseinrichtung des Fahrzeugs ausgebildet. Dabei kann der Sensor beispielsweise ein Teil einer Zentralverriegelung sein, vorzugsweise eine Funk¬ empfänger zum Detektieren eines vom Fahrer mitgeführten elektronischen Schlüssels (Funk¬ fernbedienung, keyless go usw.). Der Sensor kann aber auch ein Schlüsselkontakt im Lenk- radschloss des Fahrzeugs sein, der einen Zündschlüssel bereits erkennt, bevor der Fahrer mit dem Zündschlüssel die Zündung einschaltet bzw. den Verbrennungsmotor startet. Die von dem Sensor detektierte Betriebszustandsänderung kann auch das Abschalten einer fahrzeug¬ internen Diebstahlwarnanlage umfassen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt: Eine schematische Darstellung einer in eine Hubkolben-Verbrennungsmaschine eingebauten Nockenwellenverstellvorrichtung.

Eine in einem Kraftfahrzeug angeordnete Verstellvorrichtung zum Verstellen der Drehwinkel¬ oder Phasenlage der Nockenwelle 1 einer Hubkolben-Verbrennungsmaschine relativ zur Kur¬ belwelle 2 weist ein Verstellgetriebe 3 auf, das als Dreiwellengetriebe mit einer kurbelwellen¬ festen Antriebwelle, einer nockenwellenfesten Abtriebswelle und einer mit dem Rotor eines Elektromotors 4 in Antriebsverbindung stehenden Verstellwelle ausgebildet ist.

Zum Bestimmen der Drehwinkellage der Kurbelwelle 2 hat die Vorrichtung einen induktiven Detektor 5, der die Zahnflanken eines aus einem magnetisch leitenden Werkstoff bestehen¬ den, auf der Kurbelwelle 2 angeordneten Zahnkranzes 6 registriert. Eine der Zahnlücken oder Zähne des Zahnkranzes 6 weist eine größere Breite auf als die anderen Zahnlücken bzw. Zähne und dient als Referenzmarke. Beim Vorbeilaufen der Referenzmarke an dem Sensor 5 wird der Messwert für den Kurbelwellendrehwinkel auf einen Startwert gesetzt. Danach wird der Messwert bis zum Erneuten Vorbeilaufen der Referenzmarke an dem Sensor 5 bei jedem Detektieren einer Zahnflanke nachgeführt. Das Nachführen des Messwerts für den Kurbelwel¬ lenwinkel erfolgt mit Hilfe eines Steuergeräts 7, in dessen Betriebsprogramm jeweils beim De¬ tektieren einer Zahnflanke ein Interrupt ausgelöst wird.

Als Elektromotor 4 ist ein EC-Motor vorgesehen, der einen Läufer aufweist, an dessen Um¬ fang eine Reihe von abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmenten angeordnet ist, die in an sich bekannter Weise über einen Luftspalt mit Zähnen eines Stators magnetisch zusammenwirken. Die Zähne sind mit einer Wicklung bewi¬ ckelt, die von dem Steuergerät 7 bestromt wird.

Die Lage der Magnetsegmente relativ zum Stator und damit der Verstellwellendrehwinkel wird mit Hilfe einer Messeinrichtung detektiert, die an dem Stator mehrere Magnetfeldsensoren 8 aufweist, die derart in Umfangsrichtung des Stators zueinander versetzt angeordnet sind, dass bei einer Drehbbewegung des Rotors ein digitales Sensorsignal erzeugt wird, das eine Abfolge von Sensorsignal-Zuständen durchläuft. Bei jedem Auftreten eines Wechsels in dem Sensorsignal-Zustand wird in dem Steuergerät 7 ein Interrupt ausgelöst, bei dem ein Lage¬ messwert nachgeführt wird. Aus dem Messwert für die Lage des Rotors und den Kurbelwellendrehwinke! wird mit Hilfe einer bekannten Standgetriebeübersetzung des Dreiwellengetriebes ein Wert für die Phasen¬ lage bestimmt. Mit Hilfe einer Triggereinrichtung 9 wird ein nockenwellensynchrones Trigger¬ signal erzeugt, das Zeitpunkte festlegt, an denen in dem Steuergerät 7 ein zyklischer Interrupt ausgelöst wird, bei dem die Phasenlage aus den Messwerten für die Rotorlage und den Kur- belwellendrehwinkel ermittelt wird. Die Phasenlage wird in dem Steuergerät 7 mit einem Soll¬ wert verglichen und beim Auftreten einer Abweichung wird die Lage des Rotors von dem Steuergerät 7 derart verändert, dass sich die Abweichung reduziert.

Das Einschalten der Zündung der Verbrennungsmaschine erfolgt durch den Fahrer mittels eines am Armaturenbrett angeordneten Zündschalters 10, der beispielsweise mit Hilfe eines Zündschlüssels betätigt werden kann. In der Zeichnung ist erkennbar, dass das Steuergerät 7 über eine Überwachungsschaltung 11 mit der Batterie 12 des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Überwachungsschaltung 11 weist einen ersten Eingang 14 auf, der mit einem Sensor 15 zum Detektieren einer Zustandsänderung eines Bremspedals verbunden ist. Ein zweiter Ein¬ gang 13 der Überwachungsschaltung 11 ist am Zündschalter 10 angeschlossen. Der Sensor 15 kann beispielsweise ein elektrischer Schalter sein, der mit dem Bremspedal direkt oder über eine zwischengeschaltete Hydraulikleitung in Betätigungsverbindung steht.

Das Kraftfahrzeug weist außerdem einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten Start¬ schalter zum elektrischen Betätigen eines Anlassers der Verbrennungsmaschine auf. Für den Startschalter ist eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen, die das Betätigen des Anlassers sperrt, wenn das Bremspedal nicht gedrückt wird. Der Fahrer muss also zum Starten der Verbrennungsmaschine zunächst das Bremspedal drücken und dann bei gedrücktem Brems¬ pedal den Startschalter betätigen.

Die Überwachungsschaltung 11 ist als Wake-Up-Schaltung ausgebildet, die bei ausgeschalte¬ tem Steuergerät 7 den Zustand des Bremspedals überwacht und beim Erkennen einer Zu¬ standsänderung das Steuergerät 7 einschaltet. Die Überwachungsschaltung 11 legt dazu an dem ersten Eingang 14 ein entsprechendes Wake-Up-Signal an. In Abhängigkeit von dem Wake-Up-Signal wird ein Halbleiterschalter oder ein Relais geschlossen, das/der in einer das Steuergerät 7 mit der Batterie 12 verbindenden Stromversorgungsleitung angeordnet ist. Das Steuergerät 7 wird also bereits beim Betätigen des Bremspedals eingeschaltet. Unmittelbar darauf wird das Steuergerät 7 hochgefahren, wobei ein Systemcheck durchgeführt wird, bei dem verschiedene Testroutinen zur Überprüfung von Funktionen des Steuergeräts durchlau- fen und in einem Halbleiterspeicher Startwerte für die Aufnahme des eigentlichen Betriebs der Vorrichtung abgelegt werden. Wenn bei dem Systemcheck kein Fehler aufgetreten ist, wird der Rotor des Elektromotors in einer vorgegebenen Ausgangslage positioniert und danach wird das Starten der Verbrennungsmaschine freigegeben. Die Zeitdauer, die das Steuergerät für das Hochfahren benötigt, ist so bemessen, dass sie kleiner ist als die Zeitdauer, die bei ei¬ nem durchschnittlichen Fahrer normalerweise zwischen dem Betätigen des Bremspedals und dem Betätigen des Startschalters für den Anlasser vergeht. Das Steuergerät wird also hoch¬ gefahren, bevor der Fahrer den Anlasser betätigt, so dass dieser das Hochfahren nicht be¬ merkt. Die Zeit für das Hochfahren kann gegebenenfalls dadurch reduziert werden, dass die Anzahl und der Aufwand für die internen Systemchecks sowie die Anzahl der zu initialisieren¬ den Variablen so klein wie möglich gehalten werden. Die Startwerte werden nach dem Ein¬ schallten des Steuergeräts 7 zunächst noch nicht aus einem EEprom gelesen, sondern es werden vorgegebene Standardwerte als Startwerte verwendet. Das EEprom wird erst danach, während der ersten Sekunden des Betriebs ausgelesen.

Die Überwachungsschaltung 11 hat einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten Zeit¬ geber zum Messen der seit dem Detektieren der letzten Zustandsänderung des Bremspedals vergangenen Zeitdauer. Wenn der Fahrer innerhalb dieser Zeitdauer die Zündung nicht ein¬ schaltet, wird die Stromzufuhr zu dem Steuergerät 7 wieder unterbrochen. Während die Zün¬ dung eingeschaltet ist, ist das Steuergerät stets eingeschaltet.

Bezugszeichenliste

Nockenwelle

Kurbelwelle

Verstellgetriebe

Elektromotor

Detektor

Zahnkranz

Steuergerät

Magnetfeldsensor

Triggereinrichtung

Zündschalter

Überwachungsschaltung

Batterie zweiter Eingang erster Eingang

Sensor

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Einstellen der Drehwinkellage der Nockenwelle (1) einer Hubkolben- Verbrennungsmaschine relativ zur Kurbelwelle (2) in einem Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung ein Verstellgetriebe (3) aufweist, das als Dreiwellengetriebe mit einer kur¬ belwellenfesten Antriebwelle, einer nockenwellenfesten Abtriebswelle und einer Ver¬ stellwelle ausgebildet ist, die mit einem mittels eines elektrischen Steuergeräts positio¬ nierbaren Elektromotors in Antriebsverbindung steht, wobei die Zündung der Verbren¬ nungsmaschine über einen Zündschalter mit der Batterie des Kraftfahrzeugs verbind¬ bar ist, und wobei das Kraftfahrzeug außerdem mindestens eine durch einen Benutzer des Kraftfahrzeugs verstellbare Einrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Überwachungsschaltung (11) mit wenigstens einem Sensor (15) zum Detektieren einer Zustandsänderung der mindestens einen Einrichtung aufweist, und dass die Überwachungsschaltung (11) bei ausgeschaltetem Steuergerät derart mit dem Steuergerät in Verbindung steht, dass dieses beim Detektieren der Zustandsän¬ derung eingeschaltet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschal¬ tung (11) einen Zeitgeber zum Messen der seit dem Detektieren der letzten Zustands¬ änderung der durch den Benutzer verstellbaren Einrichtung vergangenen Zeitdauer und einen Eingang für ein Betriebszustandssignal der Verbrennungsmaschine auf¬ weist, und dass die Überwachungsschaltung (11) derart ausgebildet ist, dass bei ein¬ geschaltetem Steuergerät die Stromzufuhr zum Steuergerät unterbrochen wird, wenn die Verbrennungsmaschine ausgeschaltet ist und die Zeitdauer einen vorgegebenen Wert überschreitet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) zur Überwachung der Position eines Betätigungselements des Kraftfahrzeugs ausge¬ bildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) zum Erfassen einer Lageveränderung der Karosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) zum Überwachen der Sitzbelegung des Fahrersitzes des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) zum Überwachen des Betriebszustands einer Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15) zum Überwachen des Betriebszustands und/oder einer Betriebszustands- änderung einer Verriegelungseinrichtung und/oder einer Diebstahlüberwachungsein¬ richtung des Fahrzeugs ausgebildet ist.