Beschreibung
Verfahren zum Einstellen eines Stellglieds für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Stellglieds für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, ein Motorsteuergerät für eine Brennkraftmaschine und ein Computerprogramm zum Einstellen eines Stellglieds für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine. Hintergrund der Erfindung
Brennkraftmaschinen weisen mehrere Zylinder auf, welche jeweils an einer Nockenwelle und an eine Kurbelwelle gekoppelt sind. Die Kurbelwelle nimmt die Kolbenkräfte der einzelnen Kolben der Zylinder, die über jeweilige Pleuelstangen geleitet werden, auf und wandelt die Kolbenkräfte in ein Drehmoment um. Dabei wird die Nockenwellenposition mit Hilfe eines Stellglieds in einer definierten Lage gehalten. In modernen Brennkraftmaschinen wird die Nockenwellenposition mit einem Stellglied auch während des Betriebs immer wieder neu eingestellt. Dazu ist es nötig, dass ein Stellglied die genaue Position der Nockenwelle kennt beziehungsweise anhand von Kennfeldern die ideale Nockenwellenstellung bestimmt. Mit einem Stellglied kann dann die geforderte Sollstellung der Nockenwellenposition gehalten werden. Bei der Steuerung moderner Stellglieder kommt es aufgrund der vorkommenden Totzeiten und dem verzögerten Ansprechen zu einer Begrenzung der maximal erreichbaren Regelgeschwindigkeit.
Wegen der Totzeiten und dem verzögerten Ansprechen kann die Steuerung, welche die Iststellung der Nockenwelle steuert, nicht mit einem Integralanteil beaufschlagt werden, da es sonst zu
einem instabilen System käme. Deshalb wird in modernen No- ckenwellenverstellvorrichtungen eine gewisse maximale Steuerabweichung des Stellglieds zugelassen, unterhalb der die Steuerung nicht reagiert.
Wenn die Iststellung des Stellglieds, und damit der Nockenwelle, nicht kontinuierlich gemessen werden kann, sondern mittels Abtasten bestimmt wird, kann es zu Problemen kommen, da auch nach wiederholtem Eingreifen der Steuerung die Sollstellung nicht erreicht wird und sich stattdessen ein quasistationärer Zustand einstellt .
Diese sich ergebende Drift, welche nicht von geänderten Be¬ triebsparametern des Stellglieds herrührt, wird aktuell mit Hilfe eines Last- und Drehzahl abhängigem Kennfeld kompensiert.
EP 1 272 741 Bl offenbart ein Verfahren zum Auffinden des Haitetastverhältnisses, welches zum Halten eines Stellglieds in einer gewünschten Sollstellung benötigt wird. Dieses Verfahren beruht im Wesentlichen auf der Tatsache, dass das Minimum der Durchflusskennlinie durch die Betriebsparameter des Magnet¬ ventils bestimmt wird. Dabei dient das Verfahren zur Regelung eines Stellglieds, welches zwischen zwei Endstellungen beweglich ist. Das Stellglied ist in einer Endstellung beaufschlagt und kann durch Betätigung einer Verstelleinheit zu einer anderen Endstellung hin bewegt werden. Dabei wird die Iststellung des Stellglieds mittels Abtastens bestimmt. Dann wird das Stellglied mittels eines pulsbreitenmodellierten Signals angesteuert und mit Hilfe einer Ansteuerung mit dem Haitetastverhältnis in einer Sollstellung gehalten. Wenn trotz wiederholtem Steuereingriff eine Steuerabweichung dauerhaft überschritten wird, wird das Haitetastverhältnis angepasst.
In modernen Brennkraftmaschinen mit Nockenwellenverstellsys- temen ergeben sich aufgrund aktueller Tendenzen neue Abhängigkeiten. Diese neuen Abhängigkeiten ergeben sich vor allem beispielhaft durch sinkenden Öldruck, kompaktere Ausführung der
Nockenwellenversteller, den Antrieb von zusätzlichen Komponenten über die Nockenwelle und variable Nockengeometrien.
Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stellglied für eine Nockenwelle in einer Brennkraftmaschine einzustellen, welches stabil eine gewünschte Nockenwellenstellung einer Nockenwelle hält.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Einstellen eines Stellglieds für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, mit einem Motorsteuergerät für eine Brennkraftmaschine sowie mit einem Computerprogramm gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst .
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen eines Stellglieds für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine beschrieben. Das Stellglied ist derart mit der Nockenwelle gekoppelt, dass eine Nockenwellenstellung einstellbar ist.
Gemäß dem Verfahren wird ein Moment bestimmt, welches eine Komponente der Brennkraftmaschine auf die Nockenwelle überträgt, wobei das Moment basierend auf zumindest einem Betriebsparameter der Komponente bestimmt wird. Das Moment wird von der Nockenwelle auf das Stellglied übertragen, so dass das Moment eine Ver¬ stellung des Stellglieds und der Nockenwellenstellung verursachen kann . Die Größe der Verstellung ist indikativ zu dem Moment der Komponente.
Gemäß dem Verfahren wird ein Versteller des Stellglieds basierend auf dem Moment derart gesteuert, dass dem Moment entgegengewirkt wird und die Verstellung des Stellglieds und der Nockenwel- lenstellung unterbunden wird.
In modernen Brennkraftmaschinen wird mittels Stellgliedern die eine gewünschte Nockenstellung der Nockenwelle eingestellt, um
„
z.B. gewünschte Ventilöffnungszeiten und -Zeitpunkte von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine einzustellen bzw. zu justieren. Beispielsweise sind bei einem Kaltstart der
Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilstellungen ein- stellbar als während eines Normalbetriebs der Brennkraftma¬ schine .
Die Nockenstellung der Nockenwelle kann beispielsweise abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eingestellt werden. Die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine sind beispielsweise die Motordrehzahl und die Luftmasse, welche für die Verbrennung herangezogen wird. Zudem kann auch die Außentemperatur, die Temperatur des Kraftstoffs oder der Umgebungsdruck herangezogen werden.
Die Nockenstellung der Nockenwelle kann basierend auf den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aus einem vorgege¬ benen Kennfeld der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Der Zusammenhang der Betriebsparameter und der Nockenstellung kann dabei aus einem Kennfeld abgelesen werden, welches beispielhaft ein Last- und Drehzahlabhängiges Kennfeld ist.
Das Stellglied ist mit der Nockenwelle insbesondere drehfest gekoppelt, so dass insbesondere Momente von der Nockenwelle auf das Stellglied übertragen werden . Das Stellglied wird mittels des Verstellers in eine gewünschte Stellung gedreht, um die ge¬ wünschte Nockenwellenstellung einzustellen. Wie weiter unten im Detail beschrieben kann das Stellglied des Verstellers mittels hydraulischen Fluids betrieben werden.
In modernen Brennkraftmaschinen werden verschiedenste Komponenten der Brennkraftmaschine über die Nockenwelle angetrieben. Eine Komponente, welche beispielhaft ebenfalls über die No¬ ckenwelle angetrieben wird, ist eine Einspritzpumpe oder ein Bremskraftverstärker.
Die Momente, welche die Komponenten auf die Nockenwellen übertragen, sind insbesondere abhängig von zumindest einem
Betriebsparameter der Komponente. Je nachdem, mit welcher Leistung eine Komponente, wie beispielsweise die Einspritzpumpe, betrieben wird, desto höher oder niedriger ist das Moment, welches die Komponente auf die Nockenwelle überträgt. Bei der Einspritzpumpe ist das Moment auf die Nockenwelle im Wesentlichen vom Betriebsparameter Volumenstrom des Kraftstoffs und dem Betriebsparameter Druckänderung abhängig. Aber es kann zum Beispiel auch die Pumpe für den Bremskraftverstärker an die Nockenwelle angeschlossen sein. Im Gegensatz zur Einspritzpumpe wird die Pumpe des Bremskraftverstärkers aber nur bei Bedarf und mit konstantem Moment angetrieben.
Es ist bekannt, wie hoch das Moment einer Komponente bei be¬ stimmten Betriebsparametern ist. Wird beispielsweise die Einspritzpumpe mit einer bestimmten Leistung betrieben, so kann daraus das Moment der Komponente bestimmt werden, welches auf die Nockenwelle übertragen tragen wird. Eine direkte Messung des übertragenen Moments ist dabei nicht notwendig. Ferner kann bereits bei Ansteuerung der Komponente mit bestimmten Be- triebsparametern auf das Moment, welches auf die Nockenwelle übertragen wird, geschlossen werden, so dass entsprechend der Versteller verstellt wird.
Das Moment, welches von der Komponente auf die Nockenwelle und somit auf das Stellglied übertragen wird, führt zu einer
Verstellung der Nockenwellenstellung bzw. des Stellglieds. Es ist bekannt, wie groß die Abhängigkeit zwischen einer möglichen Verstellung und dem übertragenen Moment der Komponente ist. Mit anderen Worten kann in Abhängigkeit der Größe des übertragenen Moments von der Komponente auf die Nockenwelle die Größe der Verstellung bestimmt werden.
Somit kann in Abhängigkeit von der Kenntnis des übertragenden Moments von der Komponente auf die Nockenwelle das Stellglied mittels des Verstellers entsprechend eingestellt werden, so dass dem Moment entgegengewirkt wird und die Verstellung des
Stellglieds bzw. der Nockenwellenstellung unterbunden wird.
Mit der vorliegenden Erfindung werden die sogenannten Störgrößen bzw. Momente, welche mittels der Komponenten auf die Nockenwelle und somit auf das Stellglied wirken bestimmt und durch Mo¬ dellierung und Vorsteuerung des Stellglieds kompensiert. Durch die Unterbindung bzw . Kompensation der Verstellung (sog. Drift), indem das Stellglied durch Steuern des Verstellers in einer gewünschten Stellung gehalten wird, steigt die Qualität der Steuerung des Stellglieds, die letztlich einen direkten Einfluss auf z.B. das Zündungsverhalten, die Emission und den Verbrauch der Brennkraftmaschine hat.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens, wird ein weiteres Moment bestimmt, welches eine weitere Komponente der Brennkraftmaschine auf die Nockenwelle überträgt. Das weitere Moment wird basierend auf zumindest einem weiteren Betriebsparameter der weiteren Komponente bestimmt, wobei das weitere Moment von der Nockenwelle auf das Stellglied übertragen wird, so dass das weitere Moment eine Verstellung des Stellglieds und der Nockenwellenstellung verursachen kann. Die Größe der Verstellung ist indikativ zu dem Moment und dem weiteren Moment. Das Steuern des Verstellers des Stellglieds basiert auf dem Moment und dem weiteren Moment derart, dass dem Moment und dem weiteren Moment entgegengewirkt wird und die Verstellung des Stellglieds und der Nockenwellenstellung unterbunden wird.
Mit der oben beschriebenen Ausführungsform wird hervorgehoben, dass die Summe aller Momente der Komponenten, welche auf die Nockenwelle wirken, berücksichtigt werden können, um das Stellglied mittels des Verstellers entsprechend zu steuern. Grundsätzlich ist zu sagen, dass das auf das Stellglied wirkende Gesamtmoment, aus welchem die Größe der Verstellung (sog. Drift) abgeleitet werden kann, der Summe aller Momente, welche von Komponenten zusätzlich auf die Nockenwelle übertragen werden, entspricht. Dies kann mit der Gleichung
■^■Stellglied — -^Komponente 1 -^Komponente 2 ^~ ··· ^~ -^Komponente n dargestellt werden .
Das Moment des Stellglieds kann auch unter anderem vom
Druckübersetzungsverhältnis innerhalb des Stellglieds, einer konstanten bestimmten Kenngröße und dem anliegenden Öldruck abhängig sein.
Beispiele für die Komponenten 1 bis n können zum Beispiel die angeschlossene Einspritzpumpe sein. Bei der Einspritzpumpe kann das auf die Nockenwelle übertragene Moment im Wesentlichen von Betriebsparameter Volumenstrom des Kraftstoffs und dem Be- triebsparameter Druckänderung abhängig sein.
Auch das Moment der Pumpe für den Bremskraftverstärker, welcher eine der n Komponenten darstellen kann, kann im Wesentlichen vom Betriebsparameter Volumenstrom der Luft und vom Betriebspa- rameter Druckänderung abhängig sein.
Auch ist das Reibmoment der Nockenwelle bei Systemen mit un¬ terschiedlichen Hüben variabel. Diese Systeme können als eine oben beschriebene Komponente verstanden werden. Zusätzlich kann an der Auslassseite berücksichtigt werden, dass das Ventil abhängig von der Phase gegen unterschiedliche Zylinderinnendrücke als Betriebsparameter geöffnet wird und sich somit das auf die Nockenwelle wirkende Moment verändert. Zusätzlich können je nach Konfiguration der Brennkraftmaschine weitere Verbraucher bzw. Komponenten in die Bilanzgleichung des auf das Stellglied wirkenden Moments Msteiigiied / mit aufgenommen werden . Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weisen das Stellglied ein hydraulisches Stellglied und der Versteller einen hydraulischen Versteller auf. Der Versteller steuert einen Massenstrom eines hydraulischen Fluids zu und von dem hydraulischen Stellglied, um eine Sollstellung des Stellglieds einzustellen.
Der Schritt des Steuerns des Verstellers weist ferner ein Steuern des Massenstroms des hydraulischen Fluids zu und von dem
hydraulischen Stellglied mit dem Versteller basierend auf dem bestimmten Moment auf.
Das auf das hydraulische Stellglied wirkende Gesamtmoment verursacht insbesondere die Verstellung deswegen (sog. Drift), da aufgrund der Belastung mit dem Gesamtmoments Leckagen in¬ nerhalb des hydraulischen Stellglieds verursacht werden. Der Fluidstrom durch die Leckagen, welcher innerhalb des hydraulischen Stellglieds die Verstellung (Drift) verursachen, ist nicht konstant, sondern unterliegt z.B. auch Schwankungen. Die Schwankungen werden durch variierende Momente der Komponenten, welche auf die Nockenwelle und somit auf das Stellglied und auf den hydraulischen Versteller wirken, verursacht. Die variierende Momente MKomponente i-n der Komponenten beruhen beispielsweise auf unterschiedlichen Betriebspunkten der Komponenten oder auch beispielhaft durch die Änderung der Viskosität des Öls, durch Temperatur und Alterung der Komponenten bzw. der Brennkraftmaschine und/oder durch die wechselnden auf das Stellglied und somit auf den hydraulischen Versteller einwirkende Momente entstehen. Zu einem Ermitteln der Abweichung verursacht durch die Leckage innerhalb des hydraulischen Verstellers des Stellglieds werden, wie oben erläutert, die Momente aller an den Leckagen beteiligter Komponenten bilanziert. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das hydraulische Stellglied einen Flügelzellenversteller auf.
In einer beispielhaften Ausführungsform des Flügelzellenversteller weist dieser einen inneren Ring und einen radial von dem inneren Ring beabstandeten äußeren Ring auf, so dass zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring ein Volumen ausgebildet ist . Der innere Ring ist relativ zu dem äußeren Ring verdrehbar, wobei der innere Ring eine innere Trennwand aufweist, welche radial von dem inneren Ring in das Volumen ragt. Der äußere Ring weist eine äußere Trennwand auf, welche radial von dem äußeren Ring in das Volumen ragt, wobei die innere Trennwand und die äußere Trennwand in Umfangsrichtung eine beabstandete erste Kammer und eine zweite Kammer bilden. In die erste Kammer ist ein Fluid mit einem ersten
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Druck und in die zweite Kammer das Fluid mit einem zweiten Druck bereitstellbar, so dass ein relatives Verstellen des inneren Rings zu dem äußeren Ring bereitstellbar ist. Gemäß dem Verfahren weist der Schritt des Steuerns des Vers¬ tellers ferner ein Steuern des Massenstroms des hydraulischen Fluids zu und von der ersten Kammer und der zweiten Kammer auf, sodass eine Stellung des inneren Rings relativ zu dem äußeren Ring eingestellt wird. Die Stellung des inneren Rings ist relativ zu dem äußeren Ring indikativ für die Nockenwellenstellung.
In einer weiteren konkreten beispielhaften Ausführungsform des Flügelzellenversteller weist dieser ferner eine Welle auf, welche an den inneren Ring oder den äußeren Ring gekoppelt ist, wobei die Welle an die Nockenwelle derart gekoppelt ist, dass ein Verstellen der Welle ein Verstellen der Nockenwelle bewirkt.
Die Ringe sind radial ineinander verschachtelt und können auch jeweils als Hohlzylinder ausgebildet sein. Dabei ragt zumindest eine Trennwand von dem inneren Ring radial nach außen in das Volumen und zumindest eine Trennwand ragt von dem äußeren Ring radial in das Volumen nach innen hinein. Der Flügelzellenversteller kann auch mehr als jeweils eine Trennwand aufweisen. Ist dies der Fall, weist sowohl der innere Ring als auch der äußere Ring dieselbe Anzahl an Trennwänden auf. Auch sind die Trennwände dann jeweils am inneren und äußeren Ring so angeordnet, dass in Umfangsrichtung immer eine innere Trennwand auf eine äußere Trennwand folgt. Dadurch werden durch die zumindest eine innere Trennwand und die zumindest eine äußere Trennwand in Um- fangsrichtung beabstandete erste Kammern und zweite Kammer gebildet. Die Verdrehbarkeit des inneren Rings relativ zum äußeren Ring führt dazu, dass die Volumina der gebildeten zumindest einen ersten Kammer und der zumindest einen zweiten Kammer veränderbar sind. Ein Verändern des Volumens einer Kammer durch ein relatives Verdrehen des inneren Rings gegen den äußeren Ring führt dazu, dass sich alle gebildeten Volumina abhängig von einander verändern.
In dem Flügelzellenversteller kann entweder der innere Ring oder der äußere Ring an eine Welle gekoppelt sein. Damit ist si¬ chergestellt, dass entweder der innere Ring oder der äußere Ring als Rotor und der jeweils andere Ring als Stator dient. Die Welle des Stellglieds ist wiederum kraftschlüssig an die Nockenwelle gekoppelt. Dies führt dazu, dass eine Verdrehung der Welle eine Verdrehung der Nockenwelle und eine Verdrehung der Nockenwelle wiederum eine Verdrehung der Welle nach sich zieht. Dadurch kann eine Verdrehung der Nockenwelle eine Veränderung der Volumina der zumindest einen ersten Kammer und der zumindest einen zweiten Kammer nach sich ziehen. Ebenfalls kann die Veränderung der Volumina der zumindest einen ersten Kammer und der zumindest einen zweiten Kammer dazu führen, dass die Nockenstellung der Nockenwelle verändert und somit die gewünschte Nockenstellung eingestellt wird.
In dem Flügelzellenversteller ist in der ersten Kammer ein Fluid eines ersten Drucks und in der zweiten Kammer ein Fluid eines zweiten Drucks bereitstellbar, so dass ein relatives Verstellen des inneren Rings gegen den äußeren Ring bereitstellbar ist.
Sowohl die zumindest eine erste Kammer als auch die zumindest eine zweite Kammer sind jeweils mit einem Fluid beaufschlagt. Jede der zumindest einen ersten Kammer ist dabei mit einem Fluid mit einem ersten Druck beaufschlagt und jede der ersten Kammern ist jeweils mit einer ersten Fluidleitung verbunden, welche die zumindest eine erste Kammer mit einem ersten Fluidreservoir verbindet . Jede der zumindest einen zweiten Kammer ist mit einem Fluid mit einem zweiten Druck beaufschlagt und jede der zweiten Kammern ist jeweils mit einer zweiten Fluidleitung verbunden, welche die zumindest eine zweite Kammer mit einem zweiten Fluidreservoir verbindet. Durch ein Verändern des ersten Drucks und/oder des zweiten Drucks ist ein relatives Verstellen des inneren Rings relativ zu dem äußeren Ring durchführbar.
Das Verfahren weist ferner das Steuern einer Stellung des inneren Rings relativ zu dem äußeren Ring ferner mittels Einstellens des
ersten Drucks in der ersten Kammer und des zweiten Drucks in der zweiten Kammer auf.
Dadurch, dass in dem Flügelzellenversteller die zumindest eine erste Kammer und die zumindest eine zweite Kammer unabhängig voneinander mit Fluid eines bestimmten Drucks beaufschlagt werden können und das Fluid durch die kleinen Leckagen an den Spitzen der zumindest einen inneren Trennwand und der zumindest einen äußeren Trennwand von einer der zumindest einen ersten Kammer in eine der zumindest einen zweite Kammer und anders herum fließen kann, führt dazu, dass die relative Stellung des inneren Rings zu dem äußeren Ring gesteuert werden kann. Somit kann auch die Nockenstellung der Nockenwelle in eine definierte und bestimmte Position gesteuert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei insbesondere das oben beschriebene Verfahren durchgeführt wird .
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motorsteuergerät für eine Brennkraftmaschine beschrieben, wobei das Motorsteuergerät derart eingerichtet ist, dass das oben beschriebene Verfahren zum Einstellen eines Stellglieds für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine ausführbar ist.
Das Motorsteuergerät kann beispielsweise einen programmierbaren Prozess aufweisen. Ferner kann das Motorsteuergerät eine Da¬ tenbank aufweisen, welche verschiedene Daten enthält, wie Daten der verschiedenen Messgrößen, welche während des Betriebs der Brennkraftmaschine gemessen, ausgegeben und in dem Motorsteuerungsgerät gespeichert werden, und Parameter, wie zum Beispiel Öldruck, Volumenstrom des Kraftstoffs, Druckänderung, Nockenwellen Hub, Phase der Auslassnockenwelle, Zeitpunkt zur Ansteuerung der Pumpe des Bremskraftverstärkers. Diese Größen sind entweder schon in der Datenbank des Motorsteuergeräts vorhanden, oder können mittels des Motorsteuergeräts aus den vorhandenen Größen bestimmt werden.
Die zur Modellierung benötigten Betriebsparameter der Brennkraftmaschine oder der Komponenten, wie zum Beispiel Öldruck, Volumenstrom des Kraftstoffs, Druckänderung, Nockenwellenhub, Phase der Auslassnockenwelle, Zeitpunkt zur Ansteuerung der Pumpe des Bremskraftverstärkers, sind entweder im Motorsteu¬ ergerät vorhanden oder können aus bereits vorhandenen gemessenen Parametern abgeleitet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm zum Einstellen eines Stellglieds für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine beschrieben. Das Compu¬ terprogramm ist so eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm von einem Prozessor ausgeführt wird.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Com¬ puterprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Pro¬ grammelements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems, beziehungsweise eines Verfahrens in geeigneter Weise zu ko¬ ordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-Ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anwendungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte, wie insbesondere ein Steuereinrichtung beziehungsweise das oben beschriebene Motorsteuergerät für eine Brennkraft¬ maschine eines Kraftfahrzeugs, derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich eine beschränkte Auswahl an mög¬ lichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele in ge¬ eigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsbeispielen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch einzelne Verfahrensschritte des
Verfahrens zum Einstellen eines Stellglieds für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung .
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Flügel- zellenverstellers gemäß einem beispielhaften Aus¬ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt die Position des Steuerkolbens zum Steuern der
Zufuhr des Fluides in eine erste Kammer und eine zweite
Kammer eines Flügelzellenverstellers bei einem Tastverhältnis von 50% gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt die Position des Steuerkolbens zum Steuern der
Zufuhr des Fluides in eine erste Kammer 208 und eine zweite Kammer eines Flügelzellenverstellers bei einem Tastverhältnis von 100% gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt die Position des Steuerkolbens zum Steuern der
Zufuhr des Fluides in eine erste Kammer 208 und eine zweite Kammer eines Flügelzellenverstellers bei einem Tastverhältnis von 0% gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch und nicht maßstäblich.
Fig. 1 zeigt schematisch einzelne Verfahrensschritte des er¬ findungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen eines Stellglieds 200 für eine Nockenwelle 201 einer Brennkraftmaschine gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das Stellglied 200 ist derart mit der Nockenwelle 201 gekoppelt, dass eine Nockenwellenstellung einstellbar ist.
In Schritt 101 wird ein Moment bestimmt, welches eine Komponente der Brennkraftmaschine auf die Nockenwelle 201 überträgt, wobei das Moment basierend auf zumindest einem Betriebsparameter der Komponente bestimmt wird. Das Moment wird von der Nockenwelle 201 auf das Stellglied 200 übertragen, so dass das Moment eine
Verstellung 202 des Stellglieds 201 und der Nockenwellenstellung verursachen kann. Die Größe der Verstellung 202 ist indikativ zu dem Moment der Komponente. In Schritt 103 wird ein Versteller 300 des Stellglieds 200 basierend auf dem Moment derart gesteuert, dass dem Moment entgegengewirkt wird und die Verstellung 202 des Stellglieds 200 und der Nockenwellenstellung unterbunden wird.
Die Nockenstellung der Nockenwelle 201 kann beispielsweise abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eingestellt werden. Die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine sind beispielsweise die Motordrehzahl und die Luftmasse, welche für die Verbrennung herangezogen wird. Zudem kann auch die Außentemperatur, die Temperatur des Kraftstoffs oder den Umgebungsdruck herangezogen wird.
Das Stellglied 200 ist mit der Nockenwelle 201 insbesondere drehfest gekoppelt, so dass insbesondere Momente von der No¬ ckenwelle 201 auf das Stellglied 200 übertragen werden. Das Stellglied 200 wird mittels des Verstellers in eine gewünschte Stellung gedreht, um die gewünschte Nockenwellenstellung einzustellen .
In modernen Brennkraftmaschinen werden verschiedenste Komponenten der Brennkraftmaschine über die Nockenwelle 201 ange¬ trieben. Eine Komponente, welche beispielhaft ebenfalls über die Nockenwelle angetrieben wird, ist eine Einspritzpumpe oder ein Bremskraftverstärker.
Es ist bekannt, wie hoch das Moment einer Komponente bei be¬ stimmten Betriebsparametern ist. Wird beispielsweise die Einspritzpumpe mit einer bestimmten Leistung betrieben, so kann daraus das Moment der Komponente bestimmt werden, welches auf die Nockenwelle 201 übertragen wird. Ferner kann bereits bei An- steuerung der Komponente mit bestimmten Betriebsparametern auf das Moment, welches auf die Nockenwelle 201 übertragen wird, geschlossen werden, so dass entsprechend der Versteller 300 verstellt wird.
Das Moment, welches von der Komponente auf die Nockenwelle 201 und somit auf das Stellglied 200 übertragen wird, führt zu einer Verstellung der Nockenwellenstellung bzw. des Stellglieds 200. Es ist bekannt, wie groß die Abhängigkeit zwischen einer möglichen Verstellung und dem übertragenen Moments der Komponente ist. Mit anderen Worten kann in Abhängigkeit der Größe
des übertragenen Moments von der Komponente auf die Nockenwelle 201 die Größe der Verstellung bestimmt werden.
Somit kann in Abhängigkeit von der Kenntnis des übertragenden Moments von der Komponente auf die Nockenwelle 201 das Stellglied 200 mittels des Verstellers 300 entsprechend eingestellt werden, so dass dem Moment entgegengewirkt wird und die Verstellung des Stellglieds 200 bzw. der Nockenwellenstellung unterbunden wird. Ferner kann in Schritt 102 beispielsweise ein weiteres Moment bestimmt werden, welches eine weitere Komponente der Brenn¬ kraftmaschine auf die Nockenwelle 201 überträgt. Das weitere Moment wird basierend auf zumindest einem weiteren Betriebs¬ parameter der weiteren Komponente bestimmt, wobei das weitere Moment von der Nockenwelle 201 auf das Stellglied 200 übertragen wird, so dass das weitere Moment eine Verstellung des Stellglieds
200 und der Nockenwellenstellung verursachen kann. Die Größe der Verstellung ist indikativ zu dem Moment und dem weiteren Moment. Das Steuern des Verstellers 300 des Stellglieds 200 basiert auf dem Moment und dem weiteren Moment derart, dass dem Moment und dem weiteren Moment entgegengewirkt wird und die Verstellung des Stellglieds 200 und der Nockenwellenstellung unterbunden wird.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Stellglieds 200, welches z.B. als Flügelzellenversteller 200 ausgebildet ist.
Der Flügelzellenversteller 200 umfasst einen inneren Ring 204, einen äußeren Ring 205 und eine Welle 210. Die Welle 210 des Flügelzellenverstellers 200 ist in dem Ausführungsbeispiel dieser vorliegenden Erfindung kraftschlüssig mit der Nockenwelle
201 verbunden. In dieser vorliegenden Erfindung bedeutet „kraftschlüssig verbunden", dass die Welle 210 des Flügel¬ zellenverstellers 200 an die Nockenwelle 201 derart gekoppelt ist, dass ein von der Nockenwelle 201 aufgenommenes und übertragenes Moment auch direkt auf die Welle 210 des Flü¬ gelzellenverstellers 200 übertragen wird und die Welle 210 dann dasselbe Moment wie die Nockenwelle 201 überträgt. Alternativ kann auch die Welle 210 ein auf sie wirkendes Moment an die
Nockenwelle 201 derart weitergeben, dass auf die Nockenwelle 201 dasselbe Moment wie auf die Welle 210 wirkt.
Der innere Ring 204 ist an die Welle 210 gekoppelt, so dass auf die Welle 210 wirkende Momente zu einer relativen Verdrehung des inneren Rings 204 gegen den äußeren Ring 205 führen. Alternativ kann der äußere Ring 205 an die Welle 210 gekoppelt sein, so dass in diesem Fall das auf die Welle 210 übertragene Moment zu einer relativen Verdrehung des äußeren Rings 205 gegen den inneren Ring 204 führt. Es ist festzuhalten, dass entweder der innere Ring 204 oder der äußere Ring 205 mit der Welle 210 verbunden ist. Der jeweilige mit der Welle 210 verbundene Ring 204, 205 dient dann als Rotor des Flügelzellenverstellers 200 und der andere Ring 204, 205 als Stator. In Fig. 2 ist der Fall dargestellt, in dem der innere Ring 204 als Rotor und der äußere Ring 205 als Stator dient. Der innere Ring 204 und der äußere Ring 205 sind radial derart voneinander beabstandet, dass sie ein radiales Volumen zwischen einander definieren. Des Weiteren weist der innere Ring 204 zumindest eine innere Trennwand 206, welche sich radial von dem inneren Ring 204 in Richtung des äußeren Rings 205 erstreckt, auf. Auch der äußere Ring 205 weist zumindest eine äußere Trennwand 207 auf, welche sich radial von dem äußeren Ring 205 in Richtung des inneren Rings 204 erstreckt. In dem Volumen zwischen innerem Ring 204 und äußerem Ring 205 werden durch die zumindest eine innere Trennwand 206 und die zumindest eine äußere Trennwand 207 zumindest eine erste Kammer 208 und zumindest eine zweite Kammer 209 ausge¬ bildet, welche in Umfangsrichtung beabstandet sind.
Die Umfangsrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel die Richtung, in welche sich der entweder innere Ring 204 oder der äußere Ring 205 um die Achse der Welle des Flügelzellenvers¬ tellers 200 dreht.
In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der innere Ring 204 vier innere Trennwände 206 und der äußere Ring 205 vier äußere Trennwände 207 auf. Es können beliebig viele innere
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Trennwände 206 und äußere Trennwände 207 in einem Flügelzel¬ lenversteller 200 vorkommen, solange dieser zumindest eine innere Trennwand 206 und zumindest eine äußere Trennwand 207 aufweist und die Anzahl der inneren Trennwände 206 der Anzahl der äußeren Trennwände 207 entspricht. Diese exakt gleiche Anzahl führt dazu, dass in Umfangsrichtung immer abwechselnd eine erste Kammer 208 und eine zweite Kammer 209 gebildet werden. Auch stellt diese Anordnung und Anzahl der zumindest einen inneren Trennwände 206 und der zumindest einen äußeren Trennwände 207 sicher, dass eine relative Verstellung 202 des inneren Rings 204 relativ gegen den äußeren Ring 205 durchführbar ist.
Zwischen den inneren Trennwänden 206 und dem äußeren Ring 205 kann es in radialer Richtung zu kleinen Spalten, sogenannten Leckagen 203, kommen. Zwischen den äußeren Trennwänden 207 und dem inneren Ring 204 kann es in radialer Richtung zu kleinen Spalten, sogenannten Leckagen 203, kommen. Durch diese am inneren Ring 204 liegenden Leckagen 203 kann Fluid von einer zweiten Kammer 209 in eine erste Kammer 208 fließen. Auch kann durch diese am äußeren Ring 205 liegenden Leckagen 203 Fluid von der ersten Kammer 208 in eine zweite Kammer 209 fließen. Diese Leckagen 203 sollten möglichst klein sein, so dass eine voreingestellte Sollstellung von dem Flügelzellenversteller 200 möglichst genau beibehalten werden kann. Da die Menge des über die Leckagen zwischen den ersten Kammern 208 und zweiten Kammern 209 ausgetauschten Fluides von der Größe des auf die Welle 210 übertragenen Moments und anderen Betriebsparametern abhängt, sind die Leckagen 203 je nach Betriebszustand und Einsatz unterschiedlich. Genauer gesagt sind nicht die Leckagen unterschiedlich, sondern die Menge an Fluid, welches über die Leckagen zwischen den ersten Kammern 208 und den zweiten Kammern 209 übertragen wird.
Wird in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein zusätzliches Moment auf die Nockenwelle 201 und somit auf die Welle 210 übertragen führt dies dazu, dass sich die relative Stellung 202 des inneren Rings 204 gegen den äußeren Ring 205 im Uhrzeigersinn verschiebt. Dies führt in diesem Ausführungs¬ beispiel dazu, dass der Druck in z.B. der ersten Kammer 208 sich
im Vergleich zu einem Druck in der anderen zweiten Kammer 209 erhöht und die Volumina der ersten Kammern 208 vergrößert werden und die der zweiten Kammern 209 verkleinert werden. Dadurch entsteht ein Fluidstrom durch die Leckagen 203 um den Druck- unterschied zwischen den Kammern 208, 209 auszugleichen. Dies führt wiederum zu einer ungewollten Verstellung 202 des
Stellglieds 200.
Aufgrund der Kenntnis der Betriebszustände der an die Nockenwelle 201 gekoppelten Komponenten und somit aufgrund der Kenntnis der übertragenen Momente der Komponenten auf das Stellglied 200, kann der Fluidstrom durch die Leckagen 203 vorherbestimmt werden und der Versteller 300 kann aktiv Fluid in die entsprechenden Kammer 208, 209 zu- bzw. abführen, um den Fluidstrom durch die Leckagen 203 auszugleichen. Somit wird der Druck in den entsprechenden Kammern 208, 209 konstant gehalten, so dass eine ungewollte Verstellung 202 des Steglieds 200 unterbunden wird.
Fig. 3 zeigt einen hydraulischen Versteller 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welcher den Flügelzellenversteller 200 in eine vorgegebene Position einstellt und hält. Der Versteller 300 weist einen Steuerkolben 301 auf, welcher verschiedene Fluidströme in die entsprechenden Kammern 208, 209 des Flügelzellenverstellers 200 steuern kann. Der Versteller 300 weist eine Feder 302 auf. Der Steuerkolben 301 steuert die Fluidzufuhr des Fluides in die ersten Kammern 208 und in die zweiten Kammern 209. Hierfür hat der Versteller 300 in der beispielhaften Ausführungsform mehrere Anschlüsse, durch welche mittels Steuerung des Steuerkobens 301 gezielt Fluid strömen kann. Die Anschlüsse sind in diesem Ausführungsbeispiel ein erster Ausfluss 303 zu einer Fluidwanne (z.B. Ölwanne) , eine erste Fluidleitung 304 zu der zumindest einen ersten Kammer 208, ein Anschluss 305 durch den druckbeaufschlagtes Fluid fließt, eine zweite Fluidleitung 306 zu der zumindest einen zweiten Kammer und ein zweiter Ausfluss 307 zu der Fluidwanne.
In Fig. 3 ist die Position des Steuerkolbens 301 zum Steuern der Zufuhr des Fluides in die zumindest eine erste Kammer 208 und die
zumindest eine zweite Kammer 209 bei einem Tastverhältnis von 50% dargestellt. In dieser Stellung fließt kein Fluid über die Leitungen zur Fluidwanne oder in die Kammern 208, 209 hinein oder hinaus. In dieser Stellung sind die Leckagen 203 die einzige Möglichkeit für Fluid von einer ersten Kammer 208 in eine zweite Kammer 209 oder umgekehrt zu fließen. Der Steuerkolben 301 verschließt bei einem Tastverhältnis von 50% (Mittelstellung des Steuerkolbens 301 in Fig. 3) die erste Fluidleitung 304 und die zweite Fluidleitung 306 zur Fluidwanne.
Ein Tastverhältnis von 100% entspricht einer Stellung des Steuerkolbens 301, bei welchem Fluid von dem Anschluss 305 in die erste Fluidleitung 304 zu den ersten Kammern 208 strömt und Fluid aus den zweiten Kammern 209 über die zweite Fluidleitung 306 zu dem zweiten Ausfluss 307 fließt. Somit werden beispielsweise die ersten Kammern 108 mit zusätzlichem Fluid gefüllt und die zweite Kammern 209 entleert (siehe Fig. 4) .
Ein Tastverhältnis von 0% entspricht einer Stellung des
Steuerkolbens 301, bei welchem Fluid von dem Anschluss 305 in die zweite Fluidleitung 306 zu den zweiten Kammern 209 strömt und Fluid aus ersten Kammern 208 über die erste Fluidleitung 304 zu dem ersten Ausfluss 303 fließt. Somit werden beispielsweise die zweiten Kammern 109 mit zusätzlichem Fluid gefüllt und die ersten Kammern 208 entleert (siehe Fig. 5) .
Wird nun ein Moment von einer Komponente auf die Nockenwelle 201 beaufschlagt, entsteht ein Druckunterschied zwischen der ersten Kammer 208 und der zweiten Kammer 209 und Fluid fließt durch die Leckagen 203, so dass sich das Stellglied 200 verstellen würde. Um diesen Fluss des Fluids durch die Leckagen 203 entgegen zu wirken, wird der Steuerkolben 301 entsprechend verstellt, sodass wieder das entsprechende Fluid mit einem gesteuerten Massenstrom in den Kammern 208, 209 zur Verfügung gestellt wird und eine Verstellung aufgrund des Fluidabflusses bzw. -Zuflusses un¬ terbunden wird. Je nach Größe der Momente, welche von den Komponenten auf die Nockenwelle übertragen werden, entsteht entsprechend große Leckageströme durch die Leckagen 203, so dass
entsprechend mehr Fluid in die Kammern 208, 209 zu- bzw. abgeführt werden muss.
Das Tastverhältnis des Steuerkolbens 301, bei welchem ein Fluidstrom in oder aus den entsprechenden Kammern 208, 209 derart eingestellt wird, so dass der Fluidstrom durch die Leckagen 203 durch Zu- und Abfuhr von Fluid in oder aus den Kammern ausgeglichen wird und deshalb keine Verstellung 202 des Stellglieds 200 verursacht wird, wird als Haitetastverhältnis bezeichnet.
Typischerweise kann das Haitetastverhältnis zwischen 30% und 70% Prozent betragen. Dies bedeutet, dass der Steuerkolben 301 entsprechend näher an dem 0%-Tastverhältnis (siehe Fig. 5) oder dem 100%-Tastverhältnis (siehe Fig. 4) liegt.
Fig. 4 zeigt die Position des Steuerkolbens 301 zum Steuern der Zufuhr des Fluides in die zumindest eine erste Kammer 208 und die zumindest eine zweite Kammer 209 bei einem Tastverhältnis von 100%.
Der Versteller 300 in Fig. 4 entspricht dem Versteller 300 aus Fig. 3. Ein Tastverhältnis von 100% entspricht in der bei¬ spielhaften Ausführungsform dem Zustand, in dem der Steuerkolben 301 sich in einer ersten Extremposition befindet und die Feder 302 komplett zusammengedrückt ist. In dieser Stellung des Steuerkolbens 301 kann druckbeaufschlagtes Fluid durch den Anschluss 305 zur ersten Fluidleitung 304, welche zu den ersten Kammer 208 führt, fließen. Gleichzeitig kann Fluid durch die zweite Fluidleitung 306, welche zu den zweiten Kammern 209 führt, durch den zweiten Ausfluss 307 zu einer Fluidwanne fließen. Diese Stellung bewirkt, dass zusätzliches druckbeaufschlagtes Fluid in die zumindest eine erste Kammer 208 fließt und Fluid aus der zumindest einen zweiten Kammer 209 fließt. Dadurch vergrößert sich das Volumen der zumindest einen erste Kammer 208 und das Volumen der zumindest einen zweiten Kammer 209 verkleinert sich. Dies führt in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 dazu, dass sich der innere Ring 204 des Flügelzellenverstellers 200 gegen den Uhrzeigersinn dreht und der Zustand, dass Fluid über die Leckagen
von der zumindest einen ersten Kammer 208 in die zumindest eine zweite Kammer 209 fließt, ausgeglichen wird.
Fig. 5 zeigt die Position des Steuerkolbens 301 zum Steuern der Zufuhr des Fluides in die zumindest eine erste Kammer 208 und die zumindest eine zweite Kammer 209 bei einem Tastverhältnis von 0%.
Der Versteller 300 in Fig. 5 entspricht dem Versteller 300 aus Fig. 3. Ein Tastverhältnis von 0% entspricht in der bei- spielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dem Zustand, in dem der Steuerkolben 301 sich in einer zweiten Extremposition befindet und die Feder 302 komplett ausgedehnt ist. In dieser Stellung des Steuerkolbens 301 kann druckbe¬ aufschlagtes Fluid durch den Anschluss 305 zur der zweiten Fluidleitung 306, welche zu der zumindest einen zweiten Kammer 209 führt, fließen. Gleichzeitig kann Fluid durch die erste Fluidleitung 304, welche zu der zumindest einen ersten Kammer 208 führt, durch den ersten Ausfluss 303 zu einer Fluidwanne fließen. Diese Stellung bewirkt, dass zusätzliches druckbeaufschlagtes Fluid in die zumindest eine zweite Kammer 209 fließt und Fluid aus der zumindest einen ersten Kammer 208 fließt. Dadurch vergrößert sich das Volumen der zumindest einen zweiten Kammer 209 und das Volumen der zumindest einen ersten Kammer 208 verkleinert sich. Dies führt in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 dazu, dass sich der innere Ring 204 des Flügelzellenverstellers 200 im Uhrzeigersinn dreht und der Zustand, dass Fluid über die Leckagen von der zumindest einen zweiten Kammer 209 in die zumindest eine erste Kammer 208 fließt, ausgeglichen wird. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können.
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Bezugs zeichenliste
Erster Verfahrensschritt 101
Zweiter Verfahrensschritt 102 Dritter verfahrensschritt 103
Stellglied/
Flügelzellenversteller 200
Nockenwelle 201 Verstellung 202
Leckage 203 innerer Ring 204 äußerer Ring 205 innere Trennwand 206 äußere Trennwand 207 erste Kammer 208 zweite Kammer 209
Welle 210 Versteller 300
Steuerkolben 301
Feder 302 erster Ausfluss 303 erste Fluidleitung 304 Anschluss 305 zweite Fluidleitung 306 zweiter Ausfluss 307