DE4232836C1 - Verfahren zur Regelung der stufenlosen Verstellung der Nockenspreizung - Google Patents

Verfahren zur Regelung der stufenlosen Verstellung der Nockenspreizung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der stufenlosen Verstellung der Nockenspreizung bei einer Brennkraftmaschine mittels eines Stellgliedes gemäß Patentanspruch 1.
Eine derartige Regelung ist durch die DE-OS 40 06 950 be­ kannt. Hier werden die Steuerzeiten der Ventile einer Brennkraftmaschine verschoben, um bei höheren Drehzahlen eine bessere Zylinderfüllung durch einen späteren Einlaß­ schluß und bei niedrigen Drehzahlen einen besseren Luft­ aufwand durch einen früheren Einlaßschluß zu erreichen.
Ein Maß für die Verschiebung ist die sogenannte Nocken­ spreizung, die die Zeitspanne zwischen dem oberen Tot­ punkt beim Ladungswechsel und dem größten Ventilhub des Einlaßventils ist. Die DE-OS 40 06 950 geht von einer va­ riablen Nockenspreizung aus, um die Verstellung der Nocken­ welle stufenlos vorzunehmen. Dieses sogenannte Vanos- Prinzip (variable Nockenspreizung) ermöglicht je nach Last und Drehzahl eine individuelle Einstellung der Nockenspreizung.
Das durch die DE-OS 40 06 950 bekannte Verfahren sieht einen Vergleich der Kurbelwellenlage mit der Nockenwel­ lenlage vor, wobei der Vergleich in drehzahlabhängigen Abtastzeiten erfolgt. Der Vergleichswert wird in digita­ ler Form dem Eingang eines Differenzbildners zugeführt. Der Sollwert der Nockenspreizung wird aus einem Sprei­ zungskennfeld ausgelesen und einem zweiten Eingang eines Differenzbildners zugeführt. Das Ausgangssignal des Dif­ ferenzbildners wird einem digitalen Regelglied zugeführt, dessen Regelparameter drehzahlabhängig adaptiert werden und über einen D/A-Wandler in ein analoges Stellsignal umgewandelt werden, das beispielsweise einem Magnetventil zur Beeinflussung der Nockenspreizung zugeführt wird.
Um ein gleiches Zeitverhalten des Regelsystems zu erhal­ ten, ist es jedoch wünschenswert, daß die unterschiedli­ chen erforderlichen Kräfte bei der Verstellung der Venti­ le in Richtung früh oder spät bei der Regelung der Nockenspreizung eine Berücksichtigung finden. Diese un­ terschiedlichen Kräfte rühren daher, daß bei der unverän­ derlichen Drehrichtung des Motors für die Verstellung der Nockenspreizung in Richtung früh mehr Kraft aufgewendet werden muß als in Richtung spät. Wenn diese Tatsache keine Berücksichtigung bei der Regelung findet, wird die Regelgüte negativ beeinflußt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei der Regelung zur Verstellung der Nockenspreizung innerhalb des Verstellbereichs unterschiedlich großen Kräfte bei der Verstellung von Nockenspreizung zu berücksichtigen, um eine hohe Regelgüte zu erhalten.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß u. a. die Richtung der benötigten Verstellung ermittelt wird. Je nachdem, ob der Sollwert größer ist als der Ist­ wert oder umgekehrt, kann durch Auswertung eines daraus resultierenden negativen oder positiven Betrags die Ver­ stellrichtung bestimmt werden.
Die Abtastung wird in einem festen Zeitraster vorgenom­ men. Innerhalb dieses Zeitrasters wird ein Stellglied, beispielsweise ein Magnetventil, mit einem variablen Tastverhältnis angesteuert, wodurch die Verstellgeschwin­ digkeit beeinflußt wird. Mit dem variablen Tastverhältnis wird das Stellglied solange angesteuert, bis im idealen Fall der Sollwert gleich dem Istwert ist. Der Sollwert wird zumindest einem Kennfeld entnommen. Vorteilhafter­ weise sind jedoch mehrere Kennfelder vorgesehen, die in einem Rechner als Vorsteuertabellen abgelegt sind, in de­ nen der Sollwert der Nockenspreizung in Abhängigkeit ver­ schiedener betriebsabhängiger Eingangsgrößen festgelegt ist. So können verschiedene Kennfelder für den Betriebs­ zustand "Katheizen" vorgesehen sein, wo die Motordreh­ zahl, die angesaugte Luftmasse, die Kühlwassertemperatur und die Totzeit berücksichtigt sein können. Nach Beendi­ gung des Betriebszustandes "Katheizen" sind andere Kenn­ felder vorgesehen, wo die Motordrehzahl, die angesaugte Luftmasse und die Kühlwassertemperatur berücksichtigt sein können.
Aus all diesen Kennfeldern wird der Sollwert der Nocken­ spreizung ermittelt, so daß je nach der Verstellrichtung ein bestimmtes Tastverhältnis ermittelt wird, durch das die Verstellgeschwindigkeit der Nockenspreizung beein­ flußt wird. Damit kann auch die Verstellgeschwindigkeit der Nockenspreizung in Richtung früh oder spät bestimmt werden, wobei die Verstellgeschwindigkeit in Richtung früh kleiner als in Richtung spät sein soll.
Wenn die Abweichung des Sollwertes gegenüber dem Istwert innerhalb einer vorgegebenen Toleranz, beispielsweise 1%, liegt, ist es zweckmäßig, das Stellglied mit einem neutralen Tastverhältnis anzusteuern. Durch die Ansteue­ rung mit einem neutralen Tastverhältnis wird die Verstel­ lung des Stellgliedes beendet und damit auch die Rege­ lung. Dies hat den Vorteil, daß eine andauernde Belastung des Rechners vermieden wird, so daß auftretende mögliche oszillierende Schwingungen nicht auftreten können.
Durch die Erfindung ist eine große Regelgüte erreichbar, da durch das veränderliche Tastverhältnis das Zeitverhal­ ten des Regelkreises optimal einstellbar ist. Dadurch sind verschiedene Regelgüten anwendbar, d. h. es sind ent­ weder asymptotische Annäherungen an den Istwert oder Überschwingungen mit gedämpften Ausklingen je nach tech­ nischer Anforderung möglich. Wegen des Vorhandenseins mehrerer Kennfelder kann je nach dem Betriebszustand des Motors der beste Sollwert der Nockenspreizung bestimmt werden. Weiterhin sind die Motorbetriebszustände "Beschleunigen" und "Schubbetrieb", also der sogenannte instationäre Zustand, durch die Wahl des Tastverhältnis­ ses gesondert behandelbar.
Im folgenden sei die Erfindung anhand von zwei Figuren erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Flußdiagramm einer Regelung für die variable Nockenspreizung und
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Abtastvorganges.
Über einen nicht gezeigten Rechner wird eine Vanos-Ein­ heit (VE) angesteuert, so daß die Routine zu einer Ent­ scheidungseinheit ATB gelangt, wo bestimmt wird, ob die Abtastbedingungen er­ füllt sind. Sind diese nicht erfüllt, wenn beispielsweise der Motor steht, gerade ein Starten eingeleitet wird oder wenn ein Fehler beim Winkelimpulsgeber (Sensor) festge­ stellt wird, kehrt die Routine zum Ausgangspunkt zurück.
Sind die Abtastbedingungen erfüllt, so gelangt die Rou­ tine zur Einheit Soll-Ist, wo der Sollwert mit dem Ist­ wert verglichen wird. Wird keine Abweichung festgestellt, so kehrt die Routine zum Ausgangspunkt zurück. Wird dage­ gen eine Abweichung festgestellt, gelangt die Routine zu einer Einheit MV, in der ein Stellglied in einem festen Zeitraster mit einem variablen Tastverhältnis angesteuert wird, und zwar solange, bis der Sollwert erreicht ist. Danach gelangt die Routine zu einem Zähler Z, durch den die Routine wieder zur Entscheidungseinheit für die Ab­ tastbedingungen zurückgesetzt wird.
Bei der in Fig. 2 gezeigten graphischen Darstellung ist der Kurbelwellenwinkel in Abhängigkeit von der Zeit dar­ gestellt. Der Sollwert ist durch eine fette Kurve darge­ stellt, während der Istwert durch eine dünne Kurve darge­ stellt ist.
Im Zeitpunkt t0 bis t1 ist eine kleine Abweichung des Sollwertes vom Istwert erkennbar, die innerhalb der Tole­ ranz liegt und daher nicht ausgeregelt wird. Im Zeitpunkt t1 springt der Sollwert von S1 auf einen Wert S2. In die­ sem Zeitpunkt beginnt die Abtastung, wobei die Zeit je­ weils zwischen t1, t2, t3, . . . konstant ist, d. h., es ist ein festes Zeitraster vorhanden. Mit einem variablen Tastverhältnis wird nun jeweils zu den Zeitpunkten t1, t2, t3, . . . ein Stellglied angesteuert, bis der Istwert unter Berücksichtigung der Toleranz gleich dem neuen Sollwert ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Regelung der stufenlosen Verstellung der Nockenspreizung bei einer Brennkraftmaschine mit­ tels eines Stellgliedes, wobei
  • - zunächst die augenblickliche Lage der Nockenwelle (Istwert) durch eine Sensor ermittelt wird,
  • - die gewünschte Größe der Nockenspreizung (Sollwert) aus zumindest einem in einem Rechner abgelegten Kenn­ feld ermittelt wird,
  • - die Richtung der benötigten Verstellung ermittelt wird,
  • - entsprechend der Größe der Abweichung (Istwert-Soll­ wert) ein Stellglied eine bestimmte Zeit mit einem va­ riablen Tastverhältnis, durch das die Verstellgeschwin­ digkeit beeinflußt wird, angesteuert wird, wobei die Abtastung in einem festen Zeitraster vorgenommen wird,
  • - danach das Stellglied zwecks Auswertung der aktuel­ len Nockenwellenlage eine bestimmte Zeit lang mit einem Neutralverhältnis angesteuert wird, und
  • - anschließend die Ermittlung der Abweichung des Soll­ wertes vom Istwert wieder von vorne beginnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert zumindest einem Kennfeld entnommen wird, das in einem Rechner abgelegt ist, in dem der Sollwert der Nockenspreizung in Abhängigkeit verschie­ dener betriebsabhängiger Eingangsgrößen (N, Last) sowie verschiedener Motorbetriebszustände festgelegt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je nach der Verstellgeschwindigkeit der Nocken­ spreizung in Richtung früher Ventileinlaß oder später Ventileinlaß das Tastverhältnis verschieden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellgeschwindigkeit in Richtung früh klei­ ner ist als in Richtung spät.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebszustand "Katheizen" der Sollwert aus zumindest einem Kennfeld ermittelt wird, in dem die Nockenspreizung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, der angesaugten Luftmasse sowie der Kühlwassertemperatur festgelegt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im normalen Betriebszustand der Sollwert der Nockenspreizung zumindest anhand eines Kennfeldes ermittelt wird, in dem die Nockenspreizung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, der angesaugten Luftmasse und der Kühlwassertemperatur abgelegt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feststellung einer geringen Abweichung des Istwertes vom Sollwert innerhalb einer vorgegebenen Toleranz das Stellglied mit einem neutralen Tastverhältnis angesteuert wird.
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