DE69012997T2

DE69012997T2 - Vorrichtung zur kalibrierung der winkelverstellung einer nockenwelle in einem variablen ventilsteuerungssystem.

Info

Publication number: DE69012997T2
Application number: DE69012997T
Authority: DE
Inventors: Vuuren Nicolaas Willem Van; Russel Wakeman
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2010-07-14
Also published as: US4928640A; EP0483192A1; DE69012997D1; EP0483192B1; WO1991001434A1; CA2063815A1; JPH04506851A

Description

HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft allgemein ein variables Ventilzeitsteuersystem für eine Brennkraftmaschine, bei dem der Winkel einer Einlaß- und/oder Auslaß-Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verstellt wird, um Soll-Ventilöffnungs- und -schließzeiten während des Betriebszyklus zu erzielen. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung die Selbsteichung einer Nochenwellenwinkel-Rückkopplung, um Abweichungen zwischen dem von einem Rückkopplungsfühler gemessenen scheinbaren Nockenwellenwinkel und dem tatsächlichen Nockenwellenwinkel praktisch auszuschalten, welche aufgrund des die Nockenwelle mit der Kurbelwelle kuppelnden Mechanismus vorhanden sind.
Ein Beispiel eines variablen Ventilzeitsteuersystems, das den Winkel einer Nockenwelle oder von Nockenwellen relativ zu der Kurbelwelle verstellt, wird in der US-A-4,744,338 desselben Anmelders beschrieben. Die Nockenwellenverstellung erfolgt mittels eines mechanischen Verstellmechanismus, der von einer elektromechanischen Betätigungsvorrichtung betätigt wird. Die elektromechanische Betätigungsvorrichtung steht unter der Steuerung einer elektronischen Steuereinheit (ECU). Wenn ein solches System für einen Betrieb mit geschlossener Regelschleife ausgelegt ist, wird ein Rückkopplungsfühler zwischen der Nockenwelle und der elektronischen Steuereinheit eingesetzt, um der elektronischen Steuereinheit ein den Nockenwellenwinkel darstellendes Rückkopplungssignal zuzuführen.
Die US-A-4,754,727 offenbart eine Vorrichtung zum Ändern der Maschinenventil-Zeitsteuerung unter Verwendung eines Rückkopplungsfühlers, berücksichtigt jedoch nicht die Möglichkeit einer Abweichung zwischen dem Rückkopplungssignal und dem Ist-Winkel. Aufgrund von Fühler-Lagerungsfehlern, Maschinentoleranzen, Abweichungen von Maschine zu Maschine usw. ist die Nockenwinkel-Rückkopplung mit einer gewissen Unsicherheit behaftet, und dies lädt sich durch die Regelung mit geschlossener Regelschleife nicht ausschalten. Eine individuelle Eichung jedes Fühlers ist eine mögliche Lösung; sie ist jedoch zeitraubend und teuer bei einer praktischen Anwendung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung, die wesentlich weniger zeitraubend und weniger teuer ist. Die Erfindung sieht vor, daß die elektronische Steuereinheit selbst die Eichung vornimmt, mit dem daraus resultierenden weiteren Vorteil, daß diese Eichung während der gesamten Lebensdauer des Systems durchgeführt wird, so daß die Auswirkungen irgendwelcher Anderungen in der Fühler-Winkel-Beziehung, die nach der ursprünglichen Eichung auftreten, ebenfalls aus dem System genommen werden.
Wenn die elektronische Steuereinheit eine Regelung auf Mikroprozessorbasis enthält, lädt sich die Erfindung ohne weiteres einbauen, und zwar in erster Linie in der Software, obgleich es auch einen mechanischen Aspekt gibt, der in den Verstellmechanismus eingebaut werden muß. Bei einem System der in dem obigen Patent erwähnten Gattung muß der Mechanismus so modifiziert werden, daß ein kurzer Ruheabschnitt in den Verstellnocken des Mechanismus eingebaut wird. Dieser Ruheabschnitt wird an einer speziellen Stelle des Nockenprofils angeordnet, derart, daß, wenn dieser Ruheabschnitt auf das dem Nocken zugeordnete Nockenfolgeglied einwirkt, der Nockenwellenwinkel eine bekannte Beziehung zu der Kurbelwelle einnimmt. Während der Ruheabschnitt auf das Nockenfolgeglied einwirkt, kommt es zu keiner Änderung des Nockenwellenwinkels, und somit tritt keine Änderung im Ausgang des Fühlers ein. Die elektronische Steuereinheit stellt diese fehlende Winkeländerung fest und kann daher feststellen, wann der Ruheabschnitt auf das Nockenfolgeglied einwirkt. Da der Nockenwellenwinkel, der gerade vorhanden ist, wenn der Ruheabschnitt auf das Nockenfolgeglied einwirkt, bekannt ist, kennt die elektronische Steuereinheit den augenblicklichen bzw. tatsächlichen Nockenwellenwinkel zu der gleichen Zeit, zu der sie das Fühler-Rückkopplungssignal empfängt, das angenommenerweise exakt den tatsächlichen Nockenwellenwinkel darstellt. Wenn das Fühler-Rückkopplungssignal nicht dem Wert entsprecht, den es zu diesem Zeitpunkt haben sollte, weiß die elektronische Steuereinheit, daß die Fühler-Rückkopplung nicht richtig geeicht ist. Die elektronische Steuereinheit berechnet den Betrag der Abweichung dadurch, daß sie die Ist-Fühlermessung von dem Sollbetrag abzieht, und das Ergebnis dieser Rechnung ist ein Differenzbetrag, der zu dem Rückkopplungssignal des Fühlers algebraisch addiert wird, um eine korrekt geeichte Rückkopplungsmessung zu erzeugen. Diese Selbsteichungsroutine wird so programmiert, daß sie zu bestimmten Zeiten während des Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgt, so daß die Genauigkeit der Rückkopplungsmessung beibehalten wird. Eine Möglichkeit, das Auftreten der Selbsteichungsroutine zu programmieren, besteht darin, die Routine immer dann einzuleiten, wenn ein Leerlauf der Brennkraftmaschine (geschlossenes Drosselventil) festgestellt wird. Wenn die Dauer eines Leerlaufs ausreichend lang ist, wird die Routine zu Ende geführt. Der Differenzbetrag wird in dem dem Mikroprozessor zugeordneten Speicher gespeichert, wird jedoch nach Beendigung der Selbsteichungsroutine nur dann erneuert, wenn es zu einer Änderung des Differenzbetrages gekommen ist.
Die oben stehenden Merkmale, Vorzüge und vorteilhaften Auswirkungen der Erfindung zusammen mit weiteren gehen aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden sollten. Die Zeichnungen offenbaren Grundsätze der Erfindung gemäß der besten Ausführungsform, die zur Zeit für ein bevorzugtes Beispiel der Erfindung in Betracht gezogen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines variablen Ventilzeitsteuersystems mit dem Selbsteichungsmerkmal der Erfindung;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Schritte bei dem Selbsteichungsverfahren widergibt;
Fig. 3 ist ein Erläuterungsdiagramm, das zum Verständnis der Erfindung von Nutzen ist.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Das in Fig. 1 offenbarte System 10 entspricht allgemein dem im Patent 4,744,338 enthaltenen. Es besitzt eine elektronische Steuereinheit 12, einen Motor 14, einen Nockenwellen- Verstellmechanismus 16 und einen Winkelfühler 18, die sämtlich einer Nockenwelle 20 einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Die Nockenwelle steuert Ventile, die den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Wie bekannt ist, steuert eine Auslaßnockenwelle die Auslaßventile, und eine Einlaßnockenwelle steuert die Einlaßventile. Wenngleich nur eine einzige gesteuerte Nockenwelle dargestellt ist, versteht es sich jedoch, daß mehr als eine Nockenwelle durch einen einzigen Verstellmechanismus gesteuert werden kann.
Die elektronische Steuereinheit 12 empfängt, wie gezeigt, mehrere Eingangssignale. Eines dieser Signale ist ein Drosselventil-Schließsignal, und ein anderes ist ein Rückkopplungssignal von dem Fühler 18. Die elektronische Steuereinheit liefert ein Ausgangssignal, das eine bestimmte Betriebsweise des Motors 14 steuert, die eine entsprechende Winkelstellung der Nockenwelle 20 zur Folge haben soll. Das Ansprechverhalten der Nockenwelle wird durch den Fühler 18 erfaßt, so daß der Winkel der Nockenwelle in einer geschlossenen Regelschleife geregelt wird.
Der Nockenwellen-Verstellmechanismus 16 enthält einen Nokken 22, der von dem Motor 14 so positioniert wird, daß der gewünschte Winkel der Nockenwelle 20 eingestellt wird. Das Nockenprofil ist so ausgelegt, daß ein Inkrement der Nokkendrehung eine gewisse Änderung des Nockenwellenwinkels erzeugt, mit Ausnahme an einem Ruheabschnitt 24, der bewußt in das Profil an einer bestimmten Stelle eingebaut ist. Wenn der Ruheabschnitt 24 auf das zugehörige Nockenfolge glied einwirkt, wird die Nockenwelle 20 durch den Mechanismus 16 bei einem speziellen bekannten Winkelgrad betrieben. Gleichzeitig sollte das Rückkopplungssignal des Fühlers 18 den exakt gleichen Winkelgrad, innerhalb einer bestimmten Toleranz des Rückkopplungssystems, wiedergeben. Wenn der Fühler nicht den korrekten Nockenwellenwinkel anzeigt, ist eine Eichung erforderlich. Die Eichung wird in der folgenden Weise durchgeführt.
Während der Verstellmechanismus 16 den Nocken 22 zu einer Einstellung bringt, bei der der Ruheabschnitt 24 auf das zugehörige Nockenfolgeglied einwirkt, ändert sich das Signal des Fühlers 18 solange nicht, wie der Ruheabschnitt auf das Folgeglied einwirkt. Dies erfolgt natürlich deshalb, weil die Wirkung des Ruheabschnittes auf das Folgeglied keine Änderung des Winkels der Nockenwelle 20 herbeiführt, obgleich eine Winkeländerung von der elektronischen Steuereinheit 12 befohlen wurde. Diese fehlende Änderung im Signal des Fühlers 18 wird von der elektronischen Steuereinheit 12 festgestellt, so daß die elektronische Steuereinheit "weiß", daß der Nocken 22 durch einen Bereich läuft, in dem der Ruheabschnitt 24 auf das Folgeglied einwirkt. Da die elektronische Steuereinheit außerdem den tatsächlichen Winkel der Nockenwelle 20 zu diesem Zeitpunkt aufgrund der mechanischen Kopplung der Nockenwelle mit der Kurbelwelle über den Verstellmechanismus 16 "kennt", kann die elektronische Steuereinheit feststellen, ob das Signal des Fühlers 18 dem derzeitigen wahren Winkel der Nockenwelle entspricht. Wenn sie, innerhalb der Rückkopplungstoleranz, gleich sind, ist der Fühler korrekt geeicht. Wenn sie es jedoch nicht sind, wird ein Differenzbetrag zu dem Rückkopplungssignal addiert, wodurch das Rückkopplungssignal korrigiert wird, ehe es von dem geschlossenen Regelkreis verarbeitet werden kann. Der Differenzbetrag wird dadurch berechnet, daß die Rückkopplungsmessung von dem tatsächlichen Winkel, der bei diesem Zustand des Verstellmechanismus 16 bekannt ist, abgezogen wird und der Differenzbetrag zu dem Rückkopplungssignal addiert wird. Das Diagramm der Fig. 3 veranschaulicht dies.
In dieser Figur ist der tatsächliche Bereich des Winkels gleich dem scheinbaren Bereich, wie er von dem Fühler 18 geliefert wird; der scheinbare Bereich ist jedoch nach rechts versetzt. Der Ruheabschnitt 24 befindet sich an einer festen, bekannten Stelle in dem tatsächlichen Winkelbereich. In dem scheinbaren Winkelbereich erscheint der Ruheabschnitt jedoch an einer anderen - und falschen - Stelle in diesem Bereich. Diese Stelle ist umsoviel falsch, wie der scheinbare Bereich gegenüber dem tatsächlichen Bereich versetzt ist. Damit der Ruheabschnitt an der richtigen Stelle in dem scheinbaren Bereich erscheint, muß der Differenzbetrag zu dem Fühlersignal addiert werden. Wenn der scheinbare Bereich gegenüber dem tatsächlichen Bereich nach links versetzt wäre, müßte in gleicher Weise der Differenzbetrag von dem Fühlersignal abgezogen werden. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, wird der Differenzbetrag dem Fühler-Rückkopplungssignal zugeordnet, ehe das Fühlersignal von dem geschlossenen Regelkreis verarbeitet wird und somit wird der Fehler aus dem System genommen.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die allgemeinen Schritte 26,28 und 30 darstellt, die beim Durchführen der Selbsteichung ausgeführt werden.

Claims

1. Veränderliches Zeitsteuersystem (10) für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, bei dem eine Nockenwelle (20), die Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnete Ventile betätigt, relativ zu der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels eines geschlossenen Regelkreises (12,14, 16, 18) winkelverstellbar ist, der einen Fühler (18) enthält, welcher den Winkel der Nockenwelle relativ zu dem Winkel der Kurbelwelle erfaßt, gekennzeichnet durch Selbsteichungsmittel (26,28,30), die ein selbsttätiges Eichen des Systems ermöglichen, derart, daß Abweichungen zwischen dem tatsächlichen Nockenwellenwinkel relativ zur Kurbelwelle und dem von dem Fühler erfalten scheinbaren Nockenwellenwinkel im wesentlichen ausgeschaltet werden, wobei die Selbsteichungsmittel aus Mitteln bestehen, die einen Betriebsbereich (24) für das System bei einer bekannten Winkelbeziehung zur Nockenwelle definieren, bei der eine bestimmte befohlene Verstellung des Nockenwellenwinkels keine entsprechende Verstellung des Nockenwellenwinkels und somit keine entsprechende Änderung des vom Fühler angezeigten Nockenwellenwinkels erzeugt, Mittel (26) zum Befehl einer Verstellung des Nockenwellenwinkels, um das System in den besagten Betriebsbereich zu versetzen, Mittel (18) zum Feststellen eines fehlenden Ansprechens der Nockenwelle, um anzuzeigen, daß das System in dem betreffenden Bereich arbeitet, Vergleichsmittel (28), die auf eine solche Anzeige dieser Mittel zum Feststellen ansprechen, um den vom Fühler gerade angezeigten Winkel der Nockenwelle mit dem bekannten Winkel des betreffenden Betriebsbereichs zu vergleichen, und Modifizierungsmittel (30) zum Ändern des vom Fühler angezeigten Nockenwellenwinkels um den Vergleichsbetrag, um dadurch den Fühler zu eichen.

2. Veränderliches Ventilzeitsteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsmittel aus Mitteln bestehen, die den Unterschied zwischen dem in dem betreffenden Betriebsbereich vorhandenen bekannten Nockenwellenwinkel und dem von dem Fühler gerade angezeigten Nokkenwellenwinkel bestimmen und diesen Unterschied zu dem von dem Fühler gerade angezeigten Nockenwellenwinkel addieren, um dadurch den Fühler zu eichen.

3. Veränderliches Ventilzeitsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Regelkreis einen Nocken zum Verstellen des Winkels der Nockenwelle enthält und daß die den Betriebsbereich definierenden Mittel aus einem Ruheabschnitt (24) in dem Nocken bestehen.

4. Veränderliches Ventilzeitsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Auslösen der Selbsteichung Mittel aufweisen, die die Selbsteichung in Abhängigkeit von einem bestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine auslösen.

5. Veränderliches Ventilzeitsteuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Auslösen der Selbsteichung Mittel aufweisen, die die Selbsteichung in Abhängigkeit von einem geschlossenen Drosselventil der Brennkraftmaschine auslösen.

6. Veränderliches Ventilzeitsteuerverfahren für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, bei dem eine Nockenwelle (20), die Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnete Ventile betätigt, relativ zu der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels eines geschlossenen Regelkreises (12,14, 16,18) winkelverstellbar ist, der einen Fühler (18) enthält, welcher den Winkel der Nockenwelle relativ zu dem Winkel der Kurbelwelle erfaßt, gekennzeichnet durch ein Selbsteichungsverfahren (26,28,30), das ein selbsttätiges Eichen des Systems ermöglicht, derart, daß Abweichungen zwischen dem tatsächlichen Nockenwellenwinkel relativ zur Kurbelwelle und dem vom Fühler erfaßten scheinbaren Nockenwellenwinkel im wesentlichen ausgeschaltet werden, wobei das Selbsteichungsverfahren darin besteht, daß ein Betriebsbereich (24) für das System bei einer bekannten Winkelbeziehung zur Nockenwelle definiert wird, bei der eine bestimmte befohlene Verstellung des Nockenwellenwinkels keine entsprechende Verstellung des Nockenwellenwinkels und somit keine entsprechende Änderung des vom Fühler angezeigten Nockenwellenwinkels erzeugt, daß eine Verstellung des Nockenwellenwinkels befohlen (26) wird, um das System in den besagten Betriebsbereich zu versetzen, daß ein fehlendes Ansprechen der Nockenwelle festgestellt (18) wird, um anzuzeigen, daß das System in dem betreffenden Bereich arbeitet, daß auf das Feststellen eines fehlenden Ansprechens der Nockenwelle in diesem Betriebsbereich angesprochen wird, indem der vom Fühler gerade angezeigte Winkel der Nockenwelle mit dem bekannten Winkel des betreffenden Betriebsbereichs verglichen (28) wird, und daß der vom Fühler angezeigte Nockenwellenwinkel um den Vergleichsbetrag geändert (30) wird, um dadurch den Fühler zu eichen.

7. Veränderliches Ventilzeitsteuerverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsschritt daraus besteht, daß der Unterschied zwischen dem in dem betreffenden Betriebsbereich vorhandenen bekannten Nockenwinkel und dem von dem Fühler gerade angezeigten Nockenwinkel bestimmt wird und dieser Unterschied zu dem von dem Fühler gerade angezeigten Nockenwinkel addiert wird, um dadurch den Fühler zu eichen.

8. Veränderliches Ventilzeitsteuerverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbsteichung in Abhängigkeit von einem bestimmten Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausgelöst wird.

9. Veränderliches Ventilzeitsteuerverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbsteichung in Abhängigkeit von einem geschlossenen Drosselventil der Brennkraftmaschine ausgelöst wird