DE19929393A1

DE19929393A1 - Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung mit hydraulisch entriegelbarer Startverriegelung

Info

Publication number: DE19929393A1
Application number: DE19929393A
Authority: DE
Inventors: Andreas Straus
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1999-06-26
Filing date: 1999-06-26
Publication date: 2000-12-28
Also published as: WO2001000968A1; DE10081804D2; US6516763B1; DE10081804B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung aus einem nockenwellenfesten Bauteil und einem kurbelwellenfesten Bauteil besteht, die über mindestens einen innerhalb der Vorrichtung gebildeten hydraulischen Arbeitsraum in Kraftübertragungsverbindung stehen. Ein Verstellelement innerhalb der Vorrichtung unterteilt jeden hydraulischen Arbeitsraum in eine A- und B-Druckkammer, deren Druckbeaufschlagung durch ein elektromagnetisches Hydraulikventil und einen Mikroprozessor geregelt wird. Nach Abschaltung der Brennkraftmaschine ist das nockenwellenfeste Bauteil mit dem kurbelwellenfesten Bauteil in einer für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugten Basisposition durch ein Verriegelungselement mechanisch koppelbar, welches durch ein Federelement in eine Koppelstellung innerhalb einer komplementären Aufnahme bewegbar ist. Die Aufnahme des Verriegelungselementes ist mit der Druckmittelzuführung zumindest einer volumenminimierten A-Druckkammer der Vorrichtung hydraulisch verbunden, so daß beim Start der Brennkraftmaschine durch Druckbeaufschlagung der volumenminimierten A-Druckkammer jeden hydraulischen Arbeitsraumes gleichzeitig die Aufnahme des Verriegelungselementes druckbeaufschlagt wird und dieses hydraulisch in eine Entkoppelstellung bewegt. DOLLAR A Zur Vermeidung eines Verklemmens des Verriegelungselementes beim Start der Brennkraftmaschine wird der Elektromagnet des ...

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, welches insbeson dere vorteilhaft an allen Bauarten von Nockenwellen-Verstelleinrichtungen mit hydraulisch entriegelbarer Startverriegelung realisierbar ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiges Verfahren bezieht sich insbesondere auf solche Nockenwellen- Verstelleinrichtungen, wie sie gattungsgemäß aus der DE-OS 197 26 300 vor bekannt sind. Diese, in der Fachwelt allgemein als Axialkolben-Verstelleinrich tungen und als Rotationskolben-Verstelleinrichtungen bezeichneten Vorrich tungen sind jeweils unabhängig von ihrer Bauform am antriebsseitigen Ende einer im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle ange ordnet und im wesentlichen als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet, der aus einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung ste henden kurbelwellenfesten Bauteil und aus einem drehfest mit der Nocken welle verbundenen nockenwellenfesten Bauteil besteht. Das kurbelwellenfeste Bauteil steht dabei mit dem nockenwellenfesten Bauteil über mindestens einen innerhalb der Vorrichtung gebildeten Arbeitsraum in Kraftübertragungsverbin dung, wobei jeder hydraulische Arbeitsraum durch ein Verstellelement inner halb der Vorrichtung in eine sogenannte A-Druckkammer und eine B-Druck kammer unterteilt wird. Durch wahlweise oder gleichzeitige Druckbeaufschla gung der A- und/oder B-Druckkammer jedes Arbeitsraumes wird somit eine Schwenkbewegung oder Fixierung des nockenwellenfesten Bauteils gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil realisiert, wobei die Druckbeaufschlagung der Druckkammern durch den letztlich elektromagnetisch betätigten Ventilkolben eines Hydraulikventils geregelt wird, dessen Elektromagnet von einem Mikro prozessor in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftma schine angesteuert wird. Dieser Ventilkolben des Hydraulikventils ermöglicht üblicherweise bei unbestromten bzw. niedrig bestromten Elektromagneten eine Druckbeaufschlagung der B-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes, bei hoch bzw. maximal bestromten Elektromagneten eine Druckbeaufschla gung der A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes und in einer Mit tellage ein Halten des Druckmitteldrucks in beiden Druckkammern jedes hy draulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung. Nach Abschaltung der Brennkraft maschine ist darüber hinaus das nockenwellenfeste Bauteil unter Volumenmi nimierung der A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes in einer für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugten Basisposition mit dem kurbel wellenfesten Bauteil mechanisch koppelbar, indem am nockenwellenfesten Bauteil ein zusätzliches Verriegelungselement angeordnet ist, welches durch ein Federelement in eine Koppelstellung in einer komplementären Aufnahme im kurbelwellenfesten Bauteil oder im nockenwellenfesten Bauteil bewegbar ist. Diese komplementäre Aufnahme des Verriegelungselementes ist mit der Druckmittelzuführung zu zumindest einer volumenminimierten A-Druckkammer eines hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung hydraulisch verbunden, so daß beim Start der Brennkraftmaschine durch Druckbeaufschlagung der volu menminimierten A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes gleichzei tig die Aufnahme des Verriegelungselements druckbeaufschlagt wird und die ses entgegen der Kraft seines Federelements hydraulisch in eine Entkoppel stellung bewegt.

Diese ansteuerungstechnisch zumeist durch einen kurzen Impuls auf den Elektromagneten mit maximaler Bestromung erfolgende Druckbeaufschlagung der volumenminimierten A-Druckkammer hat sich in der Praxis jedoch dahin gehend als nachteilig erwiesen, daß der plötzliche Druckanstieg in allen volu menminimierten A-Druckkammern ein Verspannmoment auf das Verriegelungs element bewirkt, welches insbesondere dann, wenn das mittlere Schleppmo ment der Nockenwelle in die gleiche Richtung wirkt und/oder dann, wenn die Zeit zum Aufbau dieses Verspannmomentes kürzer ist als die Zeit zum Bewe gen des Verriegelungselementes in seine Entkoppelstellung, für ein Verklem men des Verriegelungselementes in seiner Koppelstellung ursächlich ist. Da durch ist eine Relativverdrehung zwischen dem nockenwellenfesten Bauteil und dem kurbelwellenfesten Bauteil in einen vom Mikroprozessor vorgegebe nen Sollwinkel nicht mehr möglich, so daß es als Folge dessen, zum Beispiel bei einlaßseitigen Nockenwellen-Verstelleinrichtungen, zu Leistungsdefiziten der Brennkraftmaschine oder bei auslaßseitigen Nockenwellen-Verstelleinrich tungen zu erhöhten Emissionswerten der Brennkraftmaschine kommt.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteue rung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraft maschine, insbesondere einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung mit hydrau lisch entriegelbarer Startverriegelung, zu konzipieren, mit welchem ein Ver klemmen des Verriegelungselementes in seiner Koppelstellung auch dann, wenn ein aus einer Druckbeaufschlagung resultierendes Verspannmoment und ein mittleres Schleppmoment der Nockenwelle in die gleiche Richtung bewe gungshemmend auf das Verriegelungselement wirken, sicher vermieden wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Elektromagnet des Hydraulikventils beim Start der Brennkraftmaschine nach einer Regelstrategie gemäß den Punkten a) bis d) des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 betrieben wird.

Alternativ dazu wird die Aufgabe bei einer die gleichen Merkmale des Oberbe griffes des Anspruchs 1 aufweisenden Vorrichtung erfindungsgemäß auch da durch gelöst, daß der Elektromagnet des Hydraulikventils beim Start der Brennkraftmaschine nach einer Regelstrategie gemäß den Punkten a) bis d) des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 5 betrieben wird.

Nach der ersten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante erfolgt ein sogenann ter hochfrequenter gepulster Start der Vorrichtung, indem der Elektromagnet des Hydraulikventils zunächst in mehreren hochfrequenten getakteten Inter vallen zwischen hoher und niedriger Bestromung in einer definierten Zeitdauer oder Intervallanzahl derart angesteuert wird, daß der Ventilkolben des Hydrau likventils in einem Bereich um dessen Mittellage pulsiert und eine schnelle wechselseitige Druckbeaufschlagung der A- und B-Druckkammer jedes hydrau lischen Arbeitsraumes der Vorrichtung mit einem Druckmitteldruck ermöglicht, mit dem das nockenwellenfeste Bauteil hydraulisch in seiner Basisposition ge halten wird. Nach Ablauf der definierten Zeitdauer oder des letzten getakteten Intervalls erfolgt der Abruch der genannten Routine und eine erneute Ansteue rung oder ein Halten der hohen Bestromung für eine weitere definierte Zeit dauer mit gleichzeitiger Überprüfung durch den Mikroprozessor, ob das noc kenwellenfeste Bauteil gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil einen Ver stellwinkel außerhalb seiner Basisposition und damit das Verriegelungselement seine Entkoppelstellung eingenommen hat. Wird dabei vom Mikroprozessor festgestellt, daß das nockenwellenfeste Bauteil sich unverändert in seiner Ba sisposition befindet, erfolgt eine Wiederholung der getakteten Intervalle zwi schen hoher und niedriger Bestromung in der gleichen definierten Zeitdauer oder Intervallanzahl mit anschließender erneuter Ansteuerung oder Halten der hohen Bestromung solange, bis der Mikroprozessor einen Verstellwinkel des nockenwellenfesten Bauteils gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil au ßerhalb seiner Basisposition und damit die Einnahme der Entkoppelstellung des Verriegelungselementes registriert. Nach Feststellung eines Verstellwinkels des nockenwellenfesten Bauteils außerhalb seiner Basisposition wird der Elektromagnet dann mit einer durch den Mikroprozessor vorgegebenen Be stromung oberhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens notwendigen sowie einer geregelten Winkelstellung des nockenwellenfesten Bauteils gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil entsprechenden Stärke angesteuert.

In zweckmäßiger Ausgestaltung dieser ersten erfindungsgemäßen Verfahrens variante wird es darüber hinaus vorgeschlagen, die hohe und die niedrige Be stromung des Elektromagneten des Hydraulikventils bevorzugt durch eine der art ausgelegte pulsweitenmodulierte Spannungssteuerung des Mikroprozes sors zu steuern, daß der Elektromagnet innerhalb eines der hochfrequenten Intervalle einmal mit einem elektrischen Strom zwischen 5% über der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils notwendigen Stärke und 95% der Maximalstärke und einmal mit einem elektrischem Strom zwischen 5% der Maximalstärke und 5% unter der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hy draulikventils notwendigen Stärke durchflossen wird. Anstelle einer derart aus gelegten pulsweitenmodulierten Spannungssteuerung ist es jedoch auch mög lich, dies mit einer herkömmlichen Stromregelung zu realisieren, wobei in bei den Fällen innerhalb der Grenzen der angegeben Steuerbereiche der Anteil der hohen und der niedrigen Bestromung des Elektromagneten sowohl sym metrisch als auch unsymmetrisch ebenso frei wählbar ist, wie die Form des Übergangs von der hohen zur niedrigen Bestromung und umgekehrt als Sprung oder als endlicher Anstieg oder dergleichen. Die jeweils unteren Gren zen des Pulsationsbereiches des Ventilkolbens von 5% oberhalb und 5% un terhalb der für dessen Mittellage notwendigen Bestromung haben sich dahin gehend als vorteilhaft erwiesen, daß damit ein Absinken des Volumenstroms des hydraulischen Druckmittels zu der A- und B-Druckkammer jedes hydrauli schen Arbeitsraumes unter einen Wert, mit dem die Basisposition des nocken wellenfesten Bauteils nicht mehr gehalten werden kann, sicher vermieden wird.

Als weitere Konkretisierung der ersten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante wird es schließlich noch vorgeschlagen, daß bei einem zeitlich definierten Ab bruchkriterium der aus den hochfrequenten Intervallen bestehenden Routine die Zeitdauer eines getakteten Intervalls bevorzugt zwischen 4 ms und 10 ms beträgt und die zum Bewegen des Verriegelungselementes in seine Entkoppel stellung notwendige Periodendauer aller Intervalle bis zum Abbruch der Routi ne im Bereich von 10 ms bis 40 ms begrenzt ist. Bei einem mengenmäßig defi nierten Abbruchkriterium hat es sich dagegen als vorteilhaft erwiesen, die zum Bewegen des Verriegelungselementes in seine Entkoppelstellung notwendige Anzahl der hochfrequenten Intervalle bis zum Abbruch der Routine auf 2 bis 8 Wiederholungen zu begrenzen. In der Praxis hat es sich dabei gezeigt, daß zumeist bereits eine der in den angegebenen Bereichen zeitlich oder mengen mäßig begrenzten Routinen ausreicht, um das Verriegelungselement sicher in seine Entkoppelstellung zu bewegen.

Nach der zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante erfolgt dagegen ein sogenannter niederfrequenter gepulster Start der Vorrichtung, indem der Elek tromagnet des Hydraulikventils zunächst mit einer hohen Bestromung in einer definierten Zeitdauer derart angesteuert wird, daß nur die volumenminimierte A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung und damit auch die Aufnahme des Verriegelungselementes mit einem hohen Druckmittel druck beaufschlagt wird. Nach Ablauf dieser definierten Zeitdauer erfolgt dann eine Überprüfung durch den Mikroprozessor, ob das nockenwellenfeste Bauteil gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil einen Verstellwinkel außerhalb sei ner Basisposition und damit das Verriegelungselement seine Entkoppelstellung eingenommen hat. Wird dabei durch den Mikroprozessor festgestellt, daß das nockenwellenfeste Bauteil sich unverändert in seiner Basisposition befindet, erfolgt eine Ansteuerung des Elektromagneten mit einer niedrigen Bestromung für eine weitere Zeitdauer zur kurzzeitigen Druckbeaufschlagung der B-Druck kammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes sowie eine erneute Ansteuerung des Elektromagneten mit hoher Bestromung in einer definierten Zeitdauer so lange, bis der Mikroprozessor einen Verstellwinkel des nockenwellenfesten Bauteils gegenüber des kurbelwellenfesten Bauteils außerhalb seiner Basispo sition und damit die Einnahme der Entkoppelstellung des Verriegelungsele mentes registriert. Nach Feststellung eines Verstellwinkels des nockenwellen festen Bauteils außerhalb seiner Basisposition wird der Elektromagnet ab schließend auch bei dieser Verfahrensvariante mit einer durch den Mikropro zessor vorgegebenen Bestromung oberhalb der für die Mittellage des Ventil kolbens des Hydraulikventils notwendigen sowie einer geregelten Winkelstel lung des nockenwellenfesten Bauteils gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil entsprechenden Stärke angesteuert.

Auch bei dieser zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante wird es in zweckmäßiger Ausgestaltung vorgeschlagen, die Bestromung des Elektroma gneten des Hydraulikventils bevorzugt durch eine derart ausgelegte pulswei tenmodulierte Spannungsteuerung des Mikroprozessors zu steuern, daß der Elektromagnet bei hoher Bestromung bevorzugt zwischen 90% und 100% des maximal möglichen elektrischen Stromes und bei niedriger Bestromung bevor zugt zwischen 0% und 10% des maximal möglichen elektrischen Stromes durchflossen wird. Ebenso wie bei der ersten Verfahrensvariante ist dies je doch auch alternativ mit einer herkömmlichen Stromregelung realisierbar, wo bei in beiden Fällen der Anteil der hohen und der niedrigen Bestromung des Elektromagneten innerhalb der angegebenen Steuerbereiche sowohl symme trisch als auch unsymmetrisch frei wählbar ist. Die Zeitdauer der hohen Be stromung beträgt dabei bevorzugt zwischen 40 ms und 80 ms, während die Zeitdauer der niedrigen Bestromung auf einen Bereich von 10 ms und 40 ms begrenzt ist. Diese kurzzeitige niedrige Bestromung des Elektromagneten bzw. die damit verbundene Druckbeaufschlagung der B-Druckkammer jedes hydrau lischen Arbeitsraumes erfolgt dabei zu dem Zweck, das durch die vorherige Druckbeaufschlagung der volumenminimierten A-Druckkammer jedes hydrauli schen Arbeitsraumes um das funktionsbedingte Bewegungsspiel des Verrie gelungselementes (bis zu 1° Kurbelwellenwinkel) verdrehte und das Verriege lungselement gegebenenfalls verklemmende nockenwellenfeste Bauteil wieder in eine Position zurückzustellen, in der das Verriegelungselement für den nächsten Entriegelungsversuch frei beweglich ist.

Beide Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung mit hydraulisch entriegel barer Startverriegelung, ermöglichen somit gegenüber den Ansteuerungsver fahren zu gleichartigen Vorrichtungen aus dem bekannten Stand der Technik, daß beim Start der Brennkraftmaschine ein Verklemmen des Verriegelungs elementes in seiner Koppelstellung auch dann wirksam vermieden wird, wenn ein aus der Druckbeaufschlagung der volumenminimierten A-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung resultierendes Verspann moment und ein mittleres Schleppmoment der Nockenwelle in die gleiche Richtung bewegungshemmend auf das Verriegelungselement wirken. Durch die erfindungsgemäße hoch- oder niederfrequente Ansteuerung des Elektroma gneten des Hydraulikventils mit hoher und niedriger Bestromung und die damit verbundene wechselseitige Druckbeaufschlagung der A- und B-Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung wird eine "Rüttelbewegung" des Verriegelungselementes erzeugt, durch welche jederzeit eine sichere Be wegung des Verriegelungselementes in seine Entkoppelstellung und damit ein zuverlässiges Entriegeln der Startverriegelung der Vorrichtung gewährleistet ist. Dadurch sind bereits unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine Relativverdrehungen zwischen dem nockenwellenfesten Bauteil und dem kur belwellenfesten Bauteil der Vorrichtung in vom Mikroprozessor vorgegebenen Sollwinkeln zueinander möglich und negative Folgeerscheinungen, wie ver minderte Leistung oder erhöhte Emission der Brennkraftmaschine ausge schlossen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungs beispielen näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:

Fig. 1 einen Querschnitt gemäß dem Schnitt B-B nach Fig. 2 durch ei ne an einer Nockenwelle montierte Nockenwellen-Verstelleinrich tung mit schematisch dargestellter Druckmittelsteuerung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Nockenwellen-Verstelleinrichtung gemäß dem Schnitt A-A nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Strom-Zeit-Diagramm mit dem Stromverlauf im Elektroma gneten des Hydraulikventils nach einer ersten Variante des erfin dungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 ein Druck-Zeit-Diagramm mit den Druckverläufen in der A- und B- Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung nach der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 5 ein Strom-Zeit-Diagramm mit dem Stromverlauf im Elektroma gneten des Hydraulikventils nach einer zweiten Variante des er findungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 6 ein Druck-Zeit-Diagramm mit den Druckverläufen in der A- und B- Druckkammer jedes hydraulischen Arbeitsraumes der Vorrichtung nach der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine zu den sogenannten Rotationskolben-Verstell einrichtungen gehörende und als Flügelzellenversteller bezeichnete Vorrich tung 1 zum Variieren der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, anhand derer das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert wird. Diese, ebenso wie die sogenannten Axialkolbenversteller im wesentlichem als hy draulischer Stellantrieb ausgebildete Vorrichtung 1 ist am antriebsseitigen En de einer im Zylinderkopf 2 der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle 3 angeordnet und besteht in bekannter Weise aus einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung stehenden kurbelwellenfesten Bau teil 4 sowie aus einem drehfest mit der Nockenwelle 3 verbundenen nocken wellenfesten Bauteil 5, die über mindestens einen innerhalb der Vorrichtung 1 gebildeten hydraulischen Arbeitsraum 6 in Kraftübertragungsverbindung ste hen. Das kurbelwellenfeste Bauteil 4 wird dabei, wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, durch ein als Außenrotor ausgebildetes Antriebsrad 17 gebildet, welches einen durch eine hohlzylindrische Umfangswand 18 und zwei Seiten wände 19, 20 gebildeten Hohlraum 21 aufweist, in dem durch fünf von der Umfangswand 18 ausgehende und zur Längsmittelachse der Vorrichtung 1 gerichtete Begrenzungswände 22 im konkreten Fall fünf der hydraulischen Ar beitsräume 6 gebildet werden. Das nockenwellenfeste Bauteil 5 wird dagegen durch ein als Innenrotor ausgebildetes Flügelrad 23 gebildet, welches in den Hohlraum 21 des Antriebsrades 17 eingesetzt ist und an seiner Radnabe 24 dementsprechend fünf sich radial in jeweils eine hydraulische Arbeitskammer 6 erstreckende Flügel 25 aufweist. Dieses, als Verstellelement 7 innerhalb der Vorrichtung 1 ausgebildete Flügelrad 23 unterteilt mit seinen Flügeln 25 jeden hydraulischen Arbeitsraum 6 der Vorrichtung 1 in eine A-Druckkammer 8 und eine B-Druckkammer 9, die bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeauf schlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung oder Fixierung des Flügelrades 23 gegenüber dem Antriebsrad 17 und damit der Nockenwelle 3 gegenüber der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bewirken. Die Druckbeaufschlagung der A- und/oder B-Druckkammer jedes hydrauli schen Arbeitsraumes 6 wird dabei durch den elektromagnetisch betätigten Ventilkolben eines in Fig. 1 schematisch dargestellten Hydraulikventils 10 geregelt, dessen Elektromagnet 11 von einem in Fig. 1 ebenfalls nur schema tisch dargestellten Mikroprozessor 12 in Abhängigkeit verschiedener Betriebs parameter der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Das mit einer Druckmit telpumpe 26 und einem Druckmitteltank 27 verbundene, sowie als 4/3-Wege- Proportionalventil ausgebildete Hydraulikventil 10 ermöglicht in der in Fig. 1 dargestellten, einem unbestromten bzw. niedrig bestromten Elektromagneten 11 entsprechenden Stellung seines Ventilkolbens eine Druckbeaufschlagung der B-Druckkammer 9, in der einem hoch bzw. maximal bestromten Elektroma gneten 11 entsprechenden Stellung seines Ventilkolbens eine Druckbeauf schlagung der A-Druckkammer 8 und in einer Mittelstellung seines Ventilkol bens ein Halten des Druckmitteldrucks in beiden Druckkammern 8, 9 jedes hydraulischen Arbeitsraumes 6 der Vorrichtung 1.

Ein weiteres Merkmal der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung 1 ist es, daß deren als Flügelrad 23 ausgebildetes nockenwellenfestes Bauteil 5 nach Abschaltung der Brennkraftmaschine unter Volumenminimierung der A- Druckkammern 8 der hydraulischen Arbeitsräume 6 in einer für den Start der Brennkraftmaschine bevorzugten Basisposition mit dem als Antriebsrad 17 ausgebildeten kurbelwellenfesten Bauteil 4 mechanisch koppelbar ist. Je nach dem, ob die Vorrichtung 1 an einer Einlaß- oder Auslaßnockenwelle montiert ist, entspricht diese Basisposition jeweils einer bei Anschlag der Flügel 25 des Flügelrades 23 an die eine oder die andere Begrenzungswand 22 jeder Ar beitskammer 6 erreichten "Spätstellung" oder "Frühstellung" der Nockenwelle 3 gegenüber der Kurbelwelle, wobei die Darstellung gemäß Fig. 2 einer an ei ner Auslaßnockenwelle montierten Vorrichtung 1 mit nahezu in Basisposition, also in "Frühstellung" gedrehten Flügelrad 23 entspricht. Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist, erfolgt die mechanische Koppelung dabei durch ein in einer nicht näher bezeichneten Axialbohrung in der Radnabe 24 des Flügel rades 23 beweglich angeordnetes pinartiges Verriegelungselement 13, wel ches durch ein Federelement 14 in eine Koppelstellung innerhalb einer kom plementären Aufnahme 15 in der Seitenwand 19 des Antriebsrades 17 beweg bar ist. In Fig. 2 ist hierzu noch zu sehen, daß die komplementäre Aufnahme 15 des Verriegelungselementes 13 innerhalb der Druckmittelführung zu einer volumenminimierten A-Druckkammer 8 eines hydraulischen Arbeitsraumes 6 der Vorrichtung 1 angeordnet ist, so daß beim Start der Brennkraftmaschine durch die Druckbeaufschlagung der A-Druckkammern 8 der hydraulischen Ar beitsräume 6 gleichzeitig die Aufnahme 15 des Verriegelungselementes 13 druckbeaufschlagt wird und dieses entgegen der Kraft seines Federelementes 14 hydraulisch in seine Entkoppelstellung in der Axialbohrung in der Radnabe 24 des Flügelrades 23 bewegt.

Um nun beim Start der Brennkraftmaschine ein durch schlagartige Beaufschla gung der volumenminimierten A-Druckkammern 8 auf das Verriegelungsele ment 13 wirkendes Verspannmoment zu vermeiden, welches zusammen mit dem in die gleiche Richtung wirkenden mittleren Schleppmoment der Nocken welle 3 für ein Verklemmen des Verriegelungselementes 13 in seiner Koppel stellung ursächlich ist, wird der Elektromagnet 11 des Hydraulikventils 10 zur verklemmungsfreien Bewegung des Verriegelungselements 13 in seine Ent koppelstellung mit einer ersten erfindungsgemäßen Regelstrategie betrieben, die in den Fig. 3 und 4 durch entsprechende Kurvendiagramme graphisch dargestellt ist. Diesen Diagrammen ist dabei entnehmbar, daß der Elektroma gnet 11 des Hydraulikventils 10 beim Start der Brennkraftmaschine zunächst mit mehreren hochfrequenten getakteten Intervallen zwischen hoher und nied riger Bestromung I angesteuert wird, so daß der Ventilkolben des Hydraulik ventils 10 in einem Bereich um dessen Mittellagers pulsiert. Dadurch wird eine schnelle wechselseitige Druckbeaufschlagung der A- und B-Druckkammern 8, 9 der hydraulischen Arbeitsräume 6 der Vorrichtung 1 mit einem in Fig. 4 ge strichelt bzw. durchgehend dargestellten Druck P_A und P_B ermöglicht, mit dem das Flügelrad 23 hydraulisch in seiner Basisposition gehalten wird. Die hoch frequenten Intervalle sind dabei im Einzelnen 4 ms bis 10 ms lang und entwe der auf eine Zeit t im Bereich von 10 ms bis 40 ms oder auf einer Anzahl von 2 bis 8 Wiederholungen begrenzt, wobei während jedes einzelnen Intervalls der Elektromagnet 11 einmal mit einem elektrischen Strom I zwischen 5% über der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils 10 notwendigen Stär ke und 95% der Maximalstärke und einmal mit einem elektrischen Strom I zwi schen 5% der Maximalstärke und 5% unter der für die Mittellage des Ventilkol bens des Hydraulikventils 10 notwendigen Stärke durchflossen wird. Nach Ab lauf des Zeitlimits von 40 ms oder auch, wie im dargestellten Beispiel gemäß Fig. 3 und 4, nach Ablauf von 5 getakteten Intervallen erfolgt dann der Ab bruch dieser Routine und eine erneute Ansteuerung des Elektromagneten 11 mit einer Bestromung I zwischen 5% oberhalb der für die Mittellage des Ventil kolbens des Hydraulikventils 10 notwendigen Stärke und 95% der Maximal stärke für weitere 4 ms bis 10 ms sowie eine gleichzeitige Überprüfung durch den Mikroprozessor 12, ob das Flügelrad 23 gegenüber dem Antriebsrad 17 einen Verstellwinkel außerhalb seiner Basisposition und damit das Verriege lungselement 13 seine Entkoppelstellung eingenommen hat. Wird dabei durch den Mikroprozessor 12 festgestellt, daß sich das Flügelrad 23 unverändert in seiner Basisposition befindet, werden die getakteten Intervalle mit gleicher Bestromungsstärke und gleicher Anzahl oder Zeitdauer solange wiederholt, bis der Mikroprozessor 12 einen solchen Verstellwinkel des Flügelrades 23 ge genüber dem Antriebsrad 17 außerhalb seiner Basisposition und damit die Einnahme der Entkoppelstellung des Verriegelungselementes 13 registriert hat.

Wird dann durch den Mikroprozessor 12 ein solcher Verstellwinkel des Flügel rades 23 außerhalb seiner Basisposition festgestellt, was nach Durchführung von mehreren Routinen oder auch, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, be reits nach Durchführung der ersten Routine der Fall sein kann, erfolgt ebenfalls der Abbruch der Routine und der Elektromagnet 11 des Hydraulikventils 10 wird unmittelbar danach mit einer durch Mikroprozessor 12 vorgegebenen so wie einer geregelten Winkelstellung des Flügelrades 23 gegenüber dem An triebsrad 17 entsprechenden Bestromung I im Bereich oberhalb der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils 10 notwendige Stärke und 100% der Maximalstärke angesteuert.

Einen andere Möglichkeit, ein auf das Verriegelungselement 13 wirkendes Ver spannmoment und damit ein Verklemmen des Verriegelungselementes 13 in seiner Koppelstellung zu vermeiden, ist in den Fig. 5 und 6 durch weitere entsprechende Kurvendiagramme dargestellt. Nach diesen Diagrammen wird der Elektromagnet 11 des Hydraulikventils 10 mit einer zweiten erfindungsge mäßen Regelstrategie derart betrieben, daß der Elektromagnet 11 zunächst für eine Zeitdauer t von 40 ms bis 80 ms mit einer Bestromung I zwischen 90% und 100% der Maximalstärke angesteuert wird, so daß zunächst auch nur die volumenminimierten A-Druckkammern 8 der hydraulischen Arbeitsräume 6 der Vorrichtung 1 und damit auch die Aufnahme 15 des Verriegelungselementes 13 mit einem hohen, der gestrichelten Druckverlaufskurve in Fig. 6 entsprechen den Druckmitteldruck P_A beaufschlagt werden. Nach Ablauf des Zeitlimits von 40 ms bis 80 ms wird dann durch den Mikroprozessor 12 überprüft, ob das Flü gelrad 23 gegenüber dem Antriebsrad 17 einen Verstellwinkel außerhalb sei ner Basisposition und damit das Verriegelungselement 13 seine Entkoppel stellung eingenommen hat. Wird dabei durch den Mikroprozessor 12 festge stellt, daß sich das Flügelrad 23 unverändert in seiner Basisposition befindet, erfolgt eine Ansteuerung des Elektromagneten 11 für 10 ms bis 40 ms mit einer Bestromung I zwischen 0% und 10% der Maximalstärke zur kurzzeitigen Be aufschlagung der B-Druckkammern 9 der hydraulischen Arbeitsräume 6 mit einem in Fig. 6 durch durchgehenden Kurvenverlauf dargestellten Druckmit teldruck P_B sowie eine Wiederholung des Entriegelungsversuchs durch erneute Ansteuerung des Elektromagneten 11 mit einer Bestromung I zwischen 90% und 100% der Maximalstärke für 40 ms bis 80 ms mit anschließender Über prüfung des Mikroprozessors 12, ob das Flügelrad 23 seine Basisposition ver lassen hat. Diese Wiederholung erfolgt dabei solange, bis der Mikroprozessor 12 einen Verstellwinkel des Flügelrades 23 gegenüber dem Antriebsrad 17 außerhalb seiner Basisposition und damit die Einnahme der Entkoppelstellung des Verriegelungselementes 13 registriert. Die Feststellung eines solchen Ver stellwinkels des Flügelrades 23 außerhalb seiner Basisposition, die bereits nach Durchführung von einer Routine oder auch, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt, erst nach Durchführung von 4 oder noch mehr Routinen getroffen werden kann, wird durch den Mikroprozessor 12 als erfolgreicher Entriege lungsversuch gewertet, so daß dieser dann unmittelbar danach den Elektroma gneten 11 mit einer sich aus den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ergebenden Bestromung I ansteuert, die im Bereich oberhalb der für die Mit tellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils 10 notwendigen Stärke und 100% der Maximalstärke liegt und einer geregelten Winkelstellung des Flügel rades 23 gegenüber dem Antriebsrad 17 entspricht.

Bezugszeichen

1

Vorrichtung

2

Zylinderkopf

3

Nockenwelle

4

kurbelwellenfestes Bauteil

5

nockenwellenfestes Bauteil

6

hydraulischer Arbeitsraum

7

Verstellelement

8

A-Druckkammer

9

B-Druckkammer

10

Hydraulikventil

11

Elektromagnet

12

Mikroprozessor

13

Verriegelungselement

14

Federelement

15

Aufnahme

16

Druckmittelzuführung

17

Antriebsrad

18

Umfangswand

19

Seitenwand

20

Seitenwand

21

Hohlraum

22

Begrenzungswände

23

Flügelrad

24

Radnabe

25

Flügel

26

Druckmittelpumpe

27

Druckmitteltank
t Zeitdauer/Zeit
P Druckmitteldruck
P_A

Druckmitteldruck in A- Druckkammer
P_B

Druckmitteldruck in B- Druckkammer

Claims

1. Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteu erzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Nockenwellen-Ver stelleinrichtung mit hydraulisch entriegelbarer Startverriegelung, welche im wesentlichen folgende Merkmale aufweist:

- die Vorrichtung (1) ist am antriebsseitigen Ende einer im Zylinderkopf (2) der Brennkraftmaschine gelagerten Nockenwelle (3) angeordnet und im wesent lichen als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet,
- die Vorrichtung (1) besteht aus einem mit einer Kurbelwelle der Brennkraft maschine in Antriebsverbindung stehenden kurbelwellenfesten Bauteil (4) und aus einem drehfest mit der Nockenwelle (3) verbundenen nockenwel lenfesten Bauteil (5),
- das kurbelwellenfeste Bauteil (4) steht mit dem nockenwellenfesten Bau teil (5) über mindestens einen innerhalb der Vorrichtung (1) gebildeten hydraulischen Arbeitsraum (6) in Kraftübertragungsverbindung,
- ein Verstellelement (7) innerhalb der Vorrichtung (1) unterteilt jeden hy draulischen Arbeitsraum (6) der Vorrichtung (1) in eine A-Druckkammer (8) und eine B-Druckkammer (9),
- bei wahlweiser oder gleichzeitiger Druckbeaufschlagung der A- und/oder B-Druckkammer (8, 9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) erfolgt eine Schwenkbewegung oder Fixierung des nockenwellenfesten Bauteils (5) gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4),
- die Druckbeaufschlagung der A- und/oder B-Druckkammer (8, 9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) wird durch den letztlich elektromagne tisch betätigten Ventilkolben eines Hydraulikventils (10) geregelt, dessen Elektromagnet (11) von einem Mikroprozessor (12) in Abhängigkeit ver schiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine angesteuert wird,
- der Ventilkolben des Hydraulikventils (10) ermöglicht bei unbestromten bzw. niedrig bestromten Elektromagneten (11) eine Druckbeaufschlagung der B-Druckkammer (9), bei hoch bzw. maximal bestromten Elektroma gneten (11) eine Druckbeaufschlagung der A-Druckkammer (8) und in ei ner Mittellage ein Halten des Druckmitteldrucks (P) in beiden Druckkam mern (8, 9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) der Vorrichtung (1),
- nach Abschaltung der Brennkraftmaschine ist das nockenwellenfeste Bauteil (5) unter Volumenminimierung der A-Druckkammer (8) jedes hy draulischen Arbeitsraumes (6) in einer für den Start der Brennkraftma schine bevorzugten Basisposition mit dem kurbelwellenfesten Bauteil (4) mechanisch koppelbar,
- die mechanische Koppelung erfolgt durch ein am nockenwellenfesten Bauteil (5) oder am kurbelwellenfesten Bauteil (4) angeordnetes Verrie gelungselement (13), welches durch ein Federelement (14) in eine Kop pelstellung innerhalb einer komplementären Aufnahme (15) im kurbelwel lenfesten Bauteil (4) oder im nockenwellenfesten Bauteil (5) bewegbar ist,
- die komplementäre Aufnahme (15) des Verriegelungselementes (13) ist mit der Druckmittelzuführung (16) zu zumindest einer volumenminimierten A-Druckkammer (8) eines hydraulischen Arbeitsraumes (6) der Vorrich tung (1) hydraulisch verbunden,
- beim Start der Brennkraftmaschine wird durch Druckbeaufschlagung der volumenminimierten A-Druckkammer (8) jedes hydraulischen Arbeitsrau mes (4) gleichzeitig die Aufnahme (15) des Verriegelungselementes (13) druckbeaufschlagt und dieses entgegen der Kraft seines Federelementes (14) in eine Entkoppelstellung bewegt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (11) des Hydraulikventils (10) beim Start der Brennkraftmaschine zur verklemmungsfreien Bewegung des Verriegelungselementes (13) in seine Entkoppelstellung mit folgender Regelstrategie betrieben wird:

a) Ansteuerung in mehreren hochfrequenten getakteten Intervallen zwischen hoher und niedriger Bestromung (I) in einer definierten Zeitdauer (t) oder Intervallanzahl derart, daß der Ventilkolben des Hydraulikventils (10) in einem Bereich um dessen Mittellage pulsiert und eine schnelle wechsel seitige Druckbeaufschlagung der A-und B-Druckkammer (8, 9) jedes hy draulischen Arbeitsraumes (6) der Vorrichtung (1) mit einem Druck (P) ermöglicht, mit dem das nockenwellenfeste Bauteil (5) hydraulisch in sei ner Basisposition gehalten wird,
b) nach Ablauf der definierten Zeitdauer (t) oder des letzten getakteten In tervalls Abbruch der Routine und erneute Ansteuerung oder Halten der hohen Bestromung (I) für eine weitere definierte Zeitdauer (t) mit gleich zeitiger Überprüfung durch den Mikroprozessor (12), ob das nockenwel lenfeste Bauteil (5) gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4) einen Verstellwinkel außerhalb seiner Basisposition und damit das Verriege lungselement (13) seine Entkoppelstellung eingenommen hat,
c) bei unveränderter Feststellung der Basisposition des nockenwellenfesten Bauteils (5) durch den Microprozessor (12) Wiederholung der Schritte a) und b) solange, bis der Microprozessor (12) einen Verstellwinkel des noc kenwellenfesten Bauteils (5) gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4) außerhalb seiner Basisposition und damit die Einnahme der Entkop pelstellung des Verriegelungselementes (13) registriert,
d) nach Feststellung eines Verstellwinkels des nockenwellenfesten Bauteils (5) außerhalb seiner Basisposition Ansteuerung mit einer durch den Mi kroprozessor (12) vorgegebenen Bestromung (I) oberhalb der für die Mit tellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils (10) notwendigen sowie ei ner geregelten Winkelstellung des nockenwellenfesten Bauteils (5) ge genüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4) entsprechenden Stärke.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohe und die niedrige Bestromung (I) des Elektromagneten (11) des Hydraulikventils (10) bevorzugt durch eine derart ausgelegte pulsweitenmodulierte Span nungssteuerung des Mikroprozessors (12) gesteuert wird, daß der Elektro magnet (11) innerhalb eines Intervalls einmal mit einem elektrischen Strom (I) zwischen 5% über der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulik ventils (10) notwendigen Stärke und 95% der Maximalstärke und einmal mit einem elektrischen Strom (I) zwischen 5% der Maximalstärke und 5% unter der für die Mittellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils (10) notwendi gen Stärke durchflossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zeit lich definierten Abbruchkriterium der Routine die Zeitdauer (t) eines getak teten Intervalls bevorzugt zwischen 4 ms und 10 ms beträgt und die zum Bewegen des Verriegelungselementes (13) in seine Entkoppelstellung not wendige Periodendauer aller Intervalle bis zum Abbruch der Routine bevor zugt auf eine Zeit (t) im Bereich von 10 ms bis 40 ms begrenzt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem men genmäßig definierten Abbruchkriterium der Routine die zum Bewegen des Verriegelungselementes (13) in seine Entkoppelstellung notwendige Anzahl der Intervalle bis zum Abbruch der Routine auf 2 bis 8 Wiederholungen be grenzt ist.

5. Verfahren zur Ansteuerung einer Vorrichtung zum Variieren der Ventilsteu erzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Nockenwellen- Verstelleinrichtung mit hydraulisch entriegelbarer Startverriegelung, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (11) des Hydraulikventils (10) beim Start der Brennkraftmaschine zur verklemmungsfreien Bewegung des Verriegelungselementes (13) in seine Entkoppelstellung mit folgender Regelstrategie betrieben wird:

a) Ansteuern mit hoher Bestromung (I) in einer definierten Zeitdauer (t) der art, daß zunächst nur die volumenminimierte A-Druckkammer (8) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) der Vorrichtung (1) und damit auch die Aufnahme (15) des Verriegelungselementes (13) mit einem hohen Druck mitteldruck (P_A) beaufschlagt wird,
b) nach Ablauf der definierten Zeitdauer (t) Überprüfung durch den Mikro prozessor (12), ob das nockenwellenfeste Bauteil (5) gegenüber dem kur belwellenfesten Bauteil (4) einen Verstellwinkel außerhalb seiner Basis position und damit das Verriegelungselement (13) seine Entkoppelstel lung eingenommen hat,
c) bei unveränderter Feststellung der Basisposition des nockenwellenfesten Bauteils (3) durch den Mikroprozessor (9) Ansteuerung mit niedriger Be stromung (I) für eine weitere Zeitdauer (t) zur kurzzeitigen Beaufschla gung der B-Druckkammer (9) jedes hydraulischen Arbeitsraumes (6) mit einem Druckmitteldruck (Pe) sowie Wiederholung der Schritte a) und b) solange, bis der Mikroprozessor (12) einen Verstellwinkel des nocken wellenfesten Bauteils (5) gegenüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4) außerhalb seiner Basisposition und damit die Einnahme der Entkoppel stellung des Verriegelungselementes (13) registriert,
d) nach Feststellung eines Verstellwinkels des nockenwellenfesten Bauteils (5) außerhalb seiner Basisposition Ansteuerung mit einer durch den Mi kroprozessor (12) vorgegebenen Bestromung (I) oberhalb der für die Mit tellage des Ventilkolbens des Hydraulikventils (10) notwendigen sowie ei ner geregelten Winkelstellung des nockenwellenfesten Bauteils (5) ge genüber dem kurbelwellenfesten Bauteil (4) entsprechenden Stärke.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestromung (I) des Elektromagneten (11) des Hydraulikventils (10) bevorzugt durch eine derart ausgelegte pulsweitenmodulierte Spannungssteuerung des Mikropro zessors (12) gesteuert wird, daß der Elektromagnet (11) bei hoher Bestromung (I) bevorzugt zwischen 90% und 100% und bei niedriger Bestromung (I) bevorzugt zwischen 0% und 10% des maximal möglichen elektrischen Stro mes (I) durchflossen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer (t) der hohen Bestromung (I) des Elektromagneten (11) bevorzugt zwischen 40 ms und 80 ms beträgt und die Zeitdauer (t) der niedrigen Bestromung (I) des Elektromagneten (11) bevorzugt auf einen Bereich von 10 ms bis 40 ms begrenzt ist.