DE4321976A1 - Verfahren zur Verdrehung einer Nockenwelle bei Brennkraftmaschinen - Google Patents
Verfahren zur Verdrehung einer Nockenwelle bei BrennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdrehung einer
Nockenwelle bei Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der
WO 91/01 435 bekannt, bei dem die Verdrehung der Nocken
welle gegenüber der Kurbelwelle in Form einer Messung der
Winkellage einer Bezugsmarke der Nockenwelle zu einer Be
zugsmarke der Kurbelwelle ermittelt wird. Diese Verdre
hung sei im folgenden als Ist-Position der Nockenwelle
bezeichnet. Von einem elektronischen Steuergerät wird ab
hängig von verschiedenen Eingangssignalen eine Soll-Posi
tion, d. h. eine gewünschte Verdrehung der Nockenwelle ge
genüber der Kurbelwelle, vorgegeben. Daraufhin wird die
Differenz der Ist-Position und der Soll-Position der
Nockenwelle berechnet und die Ist-Position der Soll-Posi
tion geregelt nachgeführt. Dieses bekannte Verfahren ent
hält kein Diagnose-Verfahren, um eventuell auftretende
Fehler zu erkennen.
Aus der DE 40 05 973 C2 ist beispielsweise ein Diagnose
verfahren zur Erkennung von Fehlern der Stellglieder, die
zur Verdrehung einer Nockenwelle eingesetzt werden, be
kannt. Bei diesem Diagnoseverfahren werden nach einer
Stellgliedansteuerung die erfaßten Ist-Werte von Be
triebsdaten der Brennkraftmaschine mit gespeicherten
Soll-Werten verglichen. Mit diesem Diagnoseverfahren wer
den jedoch Fehler erst erkannt, wenn bereits eine fehler
hafte Verdrehung eingestellt wurde.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System zur Verdrehung
der Nockenwelle derart zu verbessern, daß Fehler früh ge
nug erkannt werden, um gegebenenfalls durch Fehlerkorrek
tur eine negative Auswirkung auf das Betriebsverhalten
der Brennkraftmaschine zu verhindern sowie die
Funktionsfähigkeit und Sicherheit eines Systems zur Ver
drehung einer Nockenwelle zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Soll-Position auf eine vorgege
bene theoretische Grundposition bezogen, die einer Grund
verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle um
einen definierten Winkel entspricht. Die Grundverdrehung
ist beispielsweise eine durch einen mechanischen Anschlag
bestimmte und justierte Verdrehung. Im Optimalfall ist
die erfaßte Ist-Position bei der Grundverdrehung gleich
der vorgegebenen Grund-Position.
Die tatsächliche Ist-Position der Nockenwelle bei dieser
Grundverdrehung kann jedoch von der Grundposition abwei
chen, wenn elektrische oder mechanische Toleranzen mög
lich sind. Elektrische Toleranzen treten z. B. durch den
Temperaturgang der elektromechanischen Stellglieder,
durch die systembedingten Toleranzen des Prozessorsystems
sowie durch den Phasengang oder durch Bauteiltoleranzen
in der Sensorik auf. Mechanische Toleranzen ergeben sich
insbesondere durch eine nicht optimale Justierung oder
durch mechanische Alterungsprozesse.
Ist die Grundverdrehung bzw. die der vorgegebenen Grund
position zugeordnete Verdrehung der Nockenwelle einge
stellt, wird erfindungsgemäß die Ist-Position erfaßt und
mit der vorgegebenen Grund-Position verglichen. Weicht
die erfaßte Ist-Position von der vorgegebenen Grund-Posi
tion ab, wird die Soll-Position mit dem Wert dieser Ab
weichung beaufschlagt, wenn der Wert dieser Abweichung
zwischen einem ersten und einem zweiten definierten
Grenzwert liegt.
Der erste Grenzwert ergibt sich vorzugsweise aus empi
risch erfaßten möglichen elektrischen Toleranzen und ei
ner maximal zulässigen Toleranz bei der Montage bzw. der
Justierung der Grundverdrehung, wie z. B. des mechanischen
Anschlags. Der zweite Grenzwert wird vorzugsweise derart
definiert, daß mit Abweichungen bzw. Toleranzen bis zu
diesem Grenzwert noch eine sichere Funktionsfähigkeit des
Nockenwellenverstellsystems gewährleistet wird.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird einerseits
die Verfügbarkeit eines Nockenwellenverstellsystems er
höht, indem bei zunehmenden Toleranzen noch keine Ab
schaltung des Verstellsystems bewirkt wird, und anderer
seits die volle Funktionsfähigkeit auch bei zunehmenden
Toleranzen gewährleistet, indem zunehmende Abweichungen
korrigiert werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist der Ge
genstand des Patentanspruchs 2.
Bei einer Abweichung der bei der Grundverdrehung erfaßten
Ist-Position von der ihr zugeordneten vorgegebenen Grund-
Position unterhalb des ersten Grenzwertes wird keine Kor
rektur durchgeführt, wodurch bei kleinen bzw. kleinblei
benden Toleranzen das Verfahren vereinfacht wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist
der Gegenstand des Patentanspruchs 3.
Weicht die erfaßte Ist-Position bei der Grundverdrehung
von der ihr zugeordneten vorgegebenen Grund-Position um
einen Wert ab, der größer als der zweite definierte
Grenzwert ist, wird ein sicherer Zustand für die Funkti
onsfähigkeit der Brennkraftmaschine, wie z. B. ein Strom
losschalten des Nockenwellenverstellsystems, hergestellt.
Dadurch wird bei zu großen Toleranzen eine Zerstörung der
Brennkraftmaschine verhindert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist
der Patentanspruch 4.
Zwischen dem ersten und zweiten Grenzwert ist erfindungs
gemäß ein dritter Grenzwert definiert. Weicht die erfaßte
Ist-Position bei der Grundverdrehung von der vorgegebenen
Grundposition um einen Wert ab, der unterhalb dieses
dritten Grenzwertes liegt, wird das Nockenwellenverstell
system noch als in Ordnung angesehen. Erhöht sich diese
Abweichung über der Zeit und überschreitet der Wert der
Abweichung diesen dritten Grenzwert, wird davon ausgegan
gen, daß das Nockenwellenverstellsystem einem fortschrei
tenden Alterungsprozeß, insbesondere der Mechanik, unter
liegt und auch ein Überschreiten des zweiten Grenzwertes
zu erwarten ist. Diese Information wird direkt oder indi
rekt beispielsweise im Diagnosespeicher des Steuergerätes
abgespeichert und/oder dem Fahrer z. B. über eine Warnan
zeige mitgeteilt. Wird das Fahrzeug zur Kontrolle in die
Werkstatt gebracht, wird dem Werkstatt-Fachmann beim Aus
lesen des Steuergeräte-Diagnosespeichers eine Reparatur
empfehlung ausgegeben. Somit kann einem Totalausfall des
Nockenwellenverstellsystems bei fortschreitendem Alte
rungsprozeß vorgebeugt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist
der Gegenstand des Patentanspruchs 5.
Anstelle der Definition des dritten Grenzwertes oder zu
sätzlich wird die Änderung der Abweichung über der Zeit
beobachtet und daraus ein Gradient gebildet. Überschrei
tet dieser Gradient einen definierten Grenzwert, d. h.
wird ein unzulässig schneller Alterungsprozeß festge
stellt, wird ebenso eine Reparaturempfehlung im Steuerge
rät abgespeichert und/oder dem Fahrer angezeigt.
Anhand der Zeichnung, die die Sensorsignale der Nocken
wellen- und Kurbelwellengebersysteme zeigt, wird das er
findungsgemäße Verfahren dargestellt:
Bei diesen Ausführungsbeispielen ist die vorgegebene Grundposition eine Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle um beispielsweise 0°. Die der Grundposi tion zugeordnete Verdrehung sei hier durch einen mechani schen Anschlag vorgegeben. Im Idealfall ist also die er faßte Ist-Position der Nockenwelle am mechanischen An schlag eine Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kur belwelle um 0°.
Bei diesen Ausführungsbeispielen ist die vorgegebene Grundposition eine Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle um beispielsweise 0°. Die der Grundposi tion zugeordnete Verdrehung sei hier durch einen mechani schen Anschlag vorgegeben. Im Idealfall ist also die er faßte Ist-Position der Nockenwelle am mechanischen An schlag eine Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kur belwelle um 0°.
Der Kurbelwellen-Signalverlauf KW ergibt sich aus den Si
gnalen, die von einem Kurbelwellen-Geber durch Induktion
abgegeben werden. Dabei werden äquidistante Zähne einer
Scheibe, die mit der Kurbelwelle fest verbunden ist, in
duktiv erfaßt. Auf der sonst durchgehend mit äquidi
stanten Zähnen versehenen Scheibe fehlt ein Zahn. Hier
ist beispielsweise die steigende Flanke des dieser Lücke
folgenden Zahnes die Bezugsmarke BMKW der Kurbelwelle.
Die Zähne einer Scheibe, die fest mit der Nockenwelle
verbunden ist, werden durch einen Nockenwellen-Geber,
z. B. Hall- oder Induktiv-Geber, abgetastet. In diesem
Beispiel ist jedem Zylinder (hier Vierzylinder) ein un
terschiedlich breiter Zahn zugeordnet. Daraus ergeben
sich die Signalverläufe NW . . . in der Zeichnung. Die Be
zugsmarke BMNW der Nockenwelle ist hier die fallende
Flanke des Impulses, der durch den dem ersten Zylinder
zugeordneten Zahn Z1 erzeugt wird. Die Signalverläufe SV1
bis SV6 sind über die Winkelgrade (°) bzw. bei konstant
bleibender Drehzahl über der Zeit (t) aufgetragen. Die
Bezugsmarken BMNW der Nockenwelle in den Signalverläufen
SV2 bis SV6 sind jeweils bezogen auf die Bezugsmarken
BMKW der Kurbelwelle KW zu betrachten, wenn die Verdre
hung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle festge
stellt werden soll.
Mit dem Signalverlauf SV2 ist beispielsweise eine Verdre
hung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle von 0°
dargestellt. Dies entspricht auch der vorgegebenen Grund-
Position NWGP bei mechanischem Anschlag der Nockenwelle.
Bei optimalem System ohne Toleranzen wäre der tatsächli
che Signalverlauf NWIPmA bei mechanischem Anschlag gleich
dem Signalverlauf SV2. Das heißt, die Ist-Position W₀ der
Nockenwelle hier beim mechanischem Anschlag NWIPmA ist
gleich der vorgegebenen Grundposition NWGP.
Ist das System mit Toleranzen behaftet, stellt sich beim
mechanischen Anschlag beispielsweise ein Signalverlauf
SV3 für die Ist-Position NWIPmA der Nockenwelle ein. Die
hier erfaßte Ist-Position WISTmA der Nockenwelle bei
mechanischem Anschlag NWIPmA entspricht gleichzeitig der
Abweichung der erfaßten Ist-Position WISTmA von der vor
gegebenen Grund-Position W₀ der Nockenwelle. Diese Abwei
chung wird mit dWAB bezeichnet. Der Wert dieser Abwei
chung dWAB wird mit den im Steuergerät abgespeicherten
Grenzwerten dWTOL1 und dWTOL2 verglichen.
Ist der Wert der Abweichung dWAB größer als der erste
Grenzwert dWTOL1 aber kleiner als der zweite Grenzwert
dWTOL2, ergibt sich nach der Einstellung der Soll-Po
sition WSOLL, dargestellt im Signalverlauf SV2 und
beispielsweise aus einem Kennfeld des Steuergerätes
entnommen, der Signalverlauf SV4 der Ist-Position nach
der Verdrehung der Nockenwelle bzw. der eingestellten
Soll-Position. Die tatsächlich eingestellte Soll-Position
ergibt sich aus der vorgegebenen Soll-Position WSOLL ad
diert mit dem Wert der Abweichung dWAB. Nach dem Signal
verlauf SV4 findet demnach eine korrigierte Verdrehung
der Nockenwelle statt.
Im Signalverlauf SV5 ist dies Ist-Position NWIPnV nach der
Verdrehung bzw. die eingestellte Soll-Position der
Nockenwelle dargestellt, wenn der Wert der Abweichung
dWAB kleiner als der erste Grenzwert dWTOL1 ist. Da die
Abweichung dWAB sehr klein ist, wird sie vernachlässigt.
Es wird also die vorgegebene Soll-Position WSOLL auch
tatsächlich eingestellt; d. h. NWIPnV = WSOLL.
Der Signalverlauf SV6 der Ist-Position NWIPnV der Nocken
welle (nach der Verdrehung) ergibt sich, wenn die Abwei
chung dWAB größer als der zweite Grenzwert dWTOL2 ist.
Das heißt, die tatsächlich eingestellte Soll-Position ist
im Unterschied zur vorgegebenen Soll-Position WSOLL
gleich der Ist-Position der Nockenwelle bei mechanischem
Anschlag, WISTmA. In diesem Fall findet also keine Ver
drehung der Nockenwelle, NWIPnV = NWIPoV (IP= Ist-Position,
mV= nach Verdrehung, oV= ohne Verdrehung), trotz Vorgabe
einer Soll-Position WSOLL statt. Dies ist ein Beispiel
für die Herstellung eines sicheren Zustandes der Funkti
onsfähigkeit der Brennkraftmaschine.
Zu dem anhand der Zeichnung erklärten erfindungsgemäßen
Verfahren ist es weiterhin möglich (hier nicht darge
stellt), zwischen dem ersten Grenzwert dWTOL1 und dem
zweiten Grenzwert dWTOL2 einen weiteren Grenzwert zu de
finieren, wobei bei einer Abweichung dWAB, die größer als
dieser dritte Grenzwert ist, eine Reparaturempfehlungs
meldung an das Steuergerät oder an den Fahrer ausgegeben
wird. Auch eine Bewertung des mechanischen Verschleißes
über der Zeit durch die Beobachtung der Veränderung der
Abweichung dWAB ist möglich, wenn beispielsweise im
Steuergerät ein Betriebsstundenzähler vorhanden ist.
Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird die Genauig
keit eines Nockenwellenverstellsystems trotz zugelassener
Toleranzen sichergestellt und die Verfügbarkeit dieses
Systems durch Reparaturempfehlung vor Auftreten eines De
fekts erhöht.
Claims (5)
1. Verfahren zur Verdrehung einer Nockenwelle gegen
über der Kurbelwelle in Kraftfahrzeugen, bei dem
die Ist-Position der Nockenwelle erfaßt wird und
bei dem in Abhängigkeit von Betriebsparametern der
Brennkraftmaschine eine Soll-Position vorgegeben
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Posi
tion (WSOLL) auf eine vorgegebene Grund-Position
(W₀) bezogen ist, daß nach einer der Grund-Posi
tion (W₀) entsprechenden Verdrehung die Ist-Posi
tion (WISTmA) erfaßt und mit der Grund-Position
(W₀) verglichen wird und daß die Soll-Position
(WSOLL) mit dem Wert der Abweichung (dWAB) der
Ist-Position (WISTmA) von der Grund-Position (W₀)
beaufschlagt wird, wenn dieser Wert (dWAB) zwi
schen einem ersten (dWTOL1) und einem zweiten
(dWTOL2) definierten Grenzwert liegt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Abweichung (dWAB) um einen
Wert unterhalb des ersten Grenzwertes (dWTOL1)
vernachlässigt wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Abweichung (dWAB) um
einen Wert oberhalb des zweiten Grenzwertes
(dWTOL2) die Nockenwelle in eine Soll-Position
(WSOLL) verstellt wird, durch die die Funktionssi
cherheit der Brennkraftmaschine gewährleistet
bleibt.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Grenzwert
zwischen dem ersten (dWTOL1) und dem zweiten
(dWTOL2) Grenzwert definiert wird und daß bei der
Abweichung (dWAB) um einen Wert oberhalb des drit
ten Grenzwertes eine Reparaturempfehlung ausgelöst
wird.
5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient der Ände
rung der Abweichung (dWAB) über der Zeit gebildet
wird und daß eine Reparaturempfehlung ausgelöst
wird, wenn ein Gradienten-Grenzwert überschritten
wird.
Priority Applications (1)
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