DE4340614A1

DE4340614A1 - Vorrichtung zur Verdrehung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE4340614A1
Application number: DE19934340614
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schulte; Rainer Mertl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2013-11-30
Also published as: DE4340614C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ver drehung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Kraftfahrzeugen mit einem durch ein vorgegebenes elektri sches Ansteuersignal regelbaren Stellglied nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der WO- 91/01435 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist eine verstellbare Einlaßnockenwelle und eine verstellbare Auslaßnockenwelle vorgesehen, die beide mit je einem Nockenwellengebersystem versehen sind. Jedes Nockenwel lengebersystem besteht aus einem Nockenwellengeberrad, das für jeden Zylinder eine Nocke aufweist, und aus einem Sensor, der die jeweilige momentane Ist-Position der Nockenwelle durch das mittels des Nockenwellengeberrades erzeugte Signal erfaßt und an ein erstes Steuergerät wei terleitet. Darüber hinaus ist ein zweites Steuergerät vorgesehen, das mit einem Kurbelwellengebersystem verbun den ist und das die momentane Kurbelwellenposition und die in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftma schine bestimmten Soll-Position der Nockenwellen an das erste Steuergerät übergibt. Das erste Steuergerät berech net die Differenz zwischen der Ist-Position und der Soll position einer Nockenwelle und gibt in Abhängigkeit von der Differenz für jede Nockenwelle ein elektrisches An steuersignal an ein regelbares Stellglied zur Verdrehung jeder Nockenwelle vor. Bei dieser bekannten Vorrichtung hängt das vorgegebene elektrische Ansteuersignal zur Ver drehung der Nockenwelle demnach lediglich von der Diffe renz zwischen der Ist-Position und der Soll-Position ei ner Nockenwelle und der momentanen Ist-Position der Kur belwelle ab. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden Um weltgrößen oder Betriebsgrößen vernachlässigt, die bei spielsweise bei gleichem vorgegebenen elektrischen An steuersignal eine unterschiedlich starke Verdrehung einer Nockenwelle verursachen. Eine derartige Betriebs- bzw. Umweltgröße ist beispielsweise der Öldruck eines Hydrauliksystems zur Verdrehung einer Nockenwelle.

Um die Einflüsse z. B. des Öldrucks vernachlässigen zu können, ist es beispielsweise bekannt, für die Verdrehung einer Nockenwelle ein eigenes von der Brennkraftmaschi nendrehzahl unabhängiges Hochdrucksystem zu verwenden. Eine derartige Vorrichtung zur Verdrehung einer Nocken welle ist jedoch aufwendig und kostenintensiv.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Ver drehung einer Nockenwelle eingangs genannter Art derart zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln das vorgegebene elektrische Ansteuersignal zur tatsächlich gewünschten Verdrehung einer Nockenwelle führt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorzugsweise wird zur Verdrehung einer Nockenwelle das ohnehin vorhandene Niederdruck-Hydrauliksystem der Brenn kraftmaschine verwendet. Erfindungsgemäß wird das vorge gebene elektrische Ansteuersignal zum einen aus der Dif ferenz zwischen der Ist-Position und der Soll-Position einer Nockenwelle und zum anderen in Abhängigkeit der Hydraulik- bzw. Öltemperatur und der Drehzahl der Brenn kraftmaschine bestimmt. Dazu ist im Steuergerät eine Zu ordnungseinheit vorgesehen, durch die jeder Differenz zwischen der Ist-Position und der Soll-Position einer Nockenwelle ein Grund-Ansteuersignal zugeordnet ist. Aus dem Grund-Ansteuersignal und aus einem von der Öltempera tur und der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängigen Korrekturwert wird anschließend das vorgegebene Ansteuer signal berechnet.

Durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere durch die Abhängigkeit des vorgegebenen Ansteuersignals von der Öltemperatur und der Brennkraftmaschinendrehzahl, ist eine positionsgenaue Verdrehung einer Nockenwelle auch bei nicht konstanter Förderleistung des Hydrauliksy stems zur Verdrehung einer Nockenwelle erreichbar. Daher kann ein aufwendiges Hochdruck-Hydrauliksystem zur Ver drehung einer Nockenwelle eingespart werden, da Ungenau igkeiten bei der Verwendung des kostengünstigeren Nieder druck-Hydrauliksystems der Brennkraftmaschine automatisch kompensiert werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist der Ge genstand des Patentanspruchs 2.

Erfindungsgemäß wird das vorgegebene Ansteuersignal aus dem Grund-Ansteuersignal und aus einem Adaptionswert be rechnet, der durch das Verhältnis des Grund-Ansteuersig nals, das durch die Zuordnungseinheit einem bestimmten Verdrehweg zugeordnet ist, zu dem vorgegebenen Ansteuer signal, das zur tatsächlichen Verdrehung um demselben Verdrehweg führt, gebildet wird.

Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung wird nicht nur der Einfluß der Öltemperatur und der Drehzahl der Brenn- Kraftmaschine auf den tatsächlichen Verdrehweg einer Nockenwelle bei der Vorgabe eines elektrischen Ansteuer signals berücksichtigt, sondern auch motorindividuelle mechanische Fertigungstoleranzen und/oder sich über der Zeit ändernde Alterungsprozeßtoleranzen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des Patentanspruchs 3.

Sowohl die Korrektur in Abhängigkeit von der Öltemperatur und der Brennkraftmaschinendrehzahl als auch die Adaption entsprechend der Differenz zwischen einem theoretischen und tatsächlichen Verdrehweg bei gleichem Ansteuersignal wird in Abhängigkeit von der Richtung der Verdrehung be stimmt.

Dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Verdrehung einer Nockenwelle gegen die Richtung der Rotation der Nockenwelle einen höheren Kraftaufwand bzw. einen größeren Druck benötigt als die Verdrehung einer Nockenwelle in Richtung der Rotation der Nockenwelle. Mit dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung entspricht der durch das Ansteuersignal verursachte Ver drehweg noch genauer dem tatsächlich gewünschten Verdreh weg.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des Patentanspruchs 4.

Erfindungsgemäß wird das vorgegebene Ansteuersignal bzw. der Korrektur- und/oder der Adaptionswert des Ansteuersignals in Abhängigkeit von der Anzahl der zu re gelnden Stellglieder zur Verdrehung einer Nockenwelle be stimmt.

Wird beispielsweise nur eine Nockenwelle mit nur einem Ventil als regelbares Stellglied verdreht, wird bei un verändert konstanter Förderleistung der motoreigenen Öl versorgung ein größerer Verdrehwinkel bei gleichem An steuersignal erzielt als bei gleichzeitiger Ansteuerung mehrerer Nockenwellen-Stellglieder. Somit wird eine noch genauere Einstellung des tatsächlich gewünschten Verdreh wegs erreicht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt. Sie zeigt eine erfindungsgemäße Vor richtung mit einer Zuordnungseinheit zur Bestimmung des Grund-Ansteuersignals mit einer Korrektureinheit zur Be stimmung des Korrekturwertes und einer Adaptionseinheit zur Bestimmung des Adaptionswertes.

Die Ist-Position w_istt und die Soll-Position w_soll einer Nockenwelle werden als Eingangssignale einer Ver gleichseinheit 5 zugeführt. Der Ausgang der Ver gleichseinheit 5 ist mit dem Eingang einer Zuordnungsein heit 1 verbunden. Ein erster Ausgang der Zuordnungsein heit 1 führt zu einer Multiplizierstelle, ein zweiter Ausgang der Zuordnungseinheit 1 ist mit einem Eingang ei ner Adaptionseinheit 3 verbunden. Die Adaptionseinheit 3 enthält als weitere Eingangssignale die Öltemperatur T_Öl und die Brennkraftmaschinendrehzahl n. Ein Ausgang der Adaptionseinheit 3 führt an eine zweite Multiplizier stelle, deren Ausgang mit der ersten Multiplizierstelle verbunden ist. Weiterhin führt an die zweite Multipli zierstelle der Ausgang einer Korrektureinheit 2. Die Kor rektureinheit 2 erhält als Eingangssignale ebenfalls die Öltemperatur T_Öl und die Brennkraftmaschinendrehzahl n.

Der Ausgang der ersten Multiplizierstelle führt das vor gegebene elektrische Ansteuersignal in Form einer Ansteu erzeit t_a eines Stellgliedes 4 zur Verdrehung einer hier nicht dargestellten rotierenden Nockenwelle.

Die Vergleichseinheit 5 bildet die Differenz zwischen der Ist-Position w_ist und der Soll-Position w_soll einer Nockenwelle. Diese Differenz (w_ist - w_soll) wird der Zuordnungseinheit 1 übermittelt. In der Zuordnungseinheit 1 wird der Differenz (w_ist - w_soll) ein Grund-Ansteuersig nal in Form einer Grund-Ansteuerzeit t_v zugeordnet. Die Grund-Ansteuerzeit t_v ist das Ausgangssignal des ersten Ausgangs, der zur ersten Multiplizierstelle führt. Dar über hinaus ist in der Zuordnungseinheit 1 ein bestimmter Verdrehweg Delta w₀ abgespeichert, der entsprechend einer Differenz zwischen der Ist- und der Soll-Position eine Grundansteuerzeit t_v0 zugeordnet wird. Diese dem bestimm ten Verdrehweg Delta w₀ zugeordnete Grund-Ansteuerzeit t_v0 ist das Signal bzw. der Wert der über den zweiten Ausgang der Zuordnungseinheit 1 an einen Eingang der Adaptionseinheit 3 übermittelt wird. Die Adaptionseinheit 3 berechnet einen Adaptionswert in Form eines Adaptions faktor F_k2 aus dem Verhältnis dieser dem bestimmten Ver drehweg Delta w₀ zugeordneten Grund-Ansteuerzeit t_v0 zu einer gemessenen Ansteuerzeit t_a0, die zur tatsächlichen Verdrehung um den bestimmten Verdrehweg Delta w₀ führt. Dazu wird beispielsweise in einer Zeitspanne, in der eine kontinuierliche Verstellung erfolgt, die Verdrehung der Nockenwelle um den Verdrehweg Delta w₀ ausgehend von ei ner Ist-Position w_ist vorgegeben und die Zeit t_a0 gemes sen, die zur Verdrehung dieses Verdrehwegs Delta w₀ tatsächlich benötigt wird. Dazu ist ein hier nicht darge stellter Sensor vorgesehen, mit dem die jeweilige Ist-Po sition der Nockenwelle erfaßt wird. Darüber hinaus kann in der Adaptionseinheit 3 der so gewonnene Adaptionsfak tor F_k2(F_k2=t_v0/t_a0) in Abhängigkeit von der Öl temperatur T_Öl und der Brennkraftmaschinendrehzahl n kor rigiert werden, indem er z. B. zusätzlich mit einem von diesen Größen T_Öl, n abhängigen korrigierenden Faktor K multipliziert wird (F_k2=t_v0/t_a0 _*K).

Der Adaptionsfaktor F_k2 wird an der zweiten Multiplizier stelle mit dem Korrekturwert in Form eines Korrekturfak tors F_k1 multipliziert. Der Korrekturfaktor F_k1 wird in Abhängigkeit von der Öltemperatur T_Öl und der Brennkraft maschinendrehzahl n bestimmt. An der Multiplizierstelle wird zur Gewinnung der vorgegebenen Ansteuerzeit t_a die aus der Zuordnungseinheit 1 theoretisch ermittelte Grund- Ansteuerzeit t_v mit dem Korrekturfaktor F_k1 und dem Adap tionsfaktor F_k2 multipliziert.

In Abhängigkeit von der Ansteuerzeit t_a des Stellgliedes 4 ergibt sich ein Verdrehweg bei der Verdrehung einer ro tierenden Nockenwelle, der einer gewünschten Verdrehung entsprechend eines Sollwertes w_soll sehr nahe kommt. Er findungsgemäß ist somit unter Einsatz ohnehin erfaßter Betriebsgrößen eine sehr genaue und sehr schnelle Rege lung auf eine gewünschten Soll-Position einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle oder einer anderen Nockenwelle erreichbar.

Claims

1. Vorrichtung zur Verdrehung einer Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle in Kraftfahrzeugen mit einem durch ein vorgegebenes elektrisches Ansteu ersignal regelbaren Stellglied, mit einem Nocken wellengebersystem, durch das die momentane Ist-Po sition der Nockenwelle erfaßt wird und mit einem Steuergerät, das in Abhängigkeit von Be triebsgrößen der Brennkraftmaschine eine Soll-Po sition vorgibt und das die Differenz zwischen der Ist-Position und der Soll-Position berechnet, da durch gekennzeichnet, daß im Steuergerät eine Zu ordnungseinheit (1) vorgesehen ist, durch die je der Differenz zwischen der Ist-Position (w_ist) und der Soll-Position (w_soll) ein Grund-Ansteuersignal (t_v) zugeordnet ist und daß das vorgegebene An steuersignal (t_a) aus dem Grund-Ansteuersignal (t_v) und aus einem von der Öltemperatur (T_Öl) und der Drehzahl (n) der Brennkraftmaschine abhängigen Korrekturwert (F_k1, F_k2) berechnet wird.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das vorgegebene Ansteuersignal (t_a) aus dem Grund-Ansteuersignal (t_v) und aus ei nem Adaptionswert (F_k2) berechnet wird, der durch das Verhältnis des Grund-Ansteuersignals (t_v0), das durch die Zuordnungseinheit (1) einem bestimm ten Verdrehweg (Delta w₀) zugeordnet ist, zu einem gemessenen Ansteuersignal (t_a0), das zur tatsäch lichen Verdrehung um denselben Verdrehweg (Delta w₀) führt, gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert (F_k1) und/oder der Adaptionswert (F_k2) in Abhängigkeit von der Richtung der Verdrehung bestimmt wer den/wird.

4. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert (F_k1) und/oder der Adaptionswert (F_k2) in Abhän gigkeit von der Anzahl der zu regelnden Stellglie der bestimmt werden/wird.