DE10055770A1 - Verfahren für den Betrieb eines Ventils für eine hydraulische Verstelleinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb eines Ventils für eine hydraulische Verstelleinheit, die zwei relativ zueinander verstellbare Teileinheiten sowie einen Aktor zur Verstellung der Teileinheiten relativ zueinander umfasst, wobei die Verstellung in eine Richtung durch eine Druckbeaufschlagung des Aktors über einen ersten Druckkanal und die Verstellung in die andere Richtung durch eine Druckbeaufschlagung des Aktors über einen anderen Druckkanal erfolgt, und die eine Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung der beiden Teileinheiten relativ zueinander in zumindest einer Position umfasst, wobei eine Entriegelung der Verriegelungseinrichtung mittels Druckbeaufschlagung aus dem ersten Druckkanal erfolgt. DOLLAR A Zur Vermeidung einer Fehlfunktion wird vorgeschlagen, dass zur Verstellung der beiden Teileinheiten aus der verriegelten Lage das Hydraulikmittel im ersten Druckkanal zunächst mit einem Druck beaufschlagt wird, der kleiner ist als der Druck der normalen Druckanforderung und zur Entriegelung der Verriegelungseinrichtung ausreicht, und dass nach der Entriegelung zu einer normalen Druckregelung übergegangen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb eines Ventils für eine hydraulische Verstelleinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hydraulische Verstelleinheiten, bei denen zwei, zumindest in einer Position miteinander verriegelbare Teileinheiten gegeneinander über Druckbeauf­ schlagungen verstellt werden können, sind allgemein bekannt. Die vorliegen­ de Erfindung betrifft allgemein solche hydraulische Verstelleinheiten, wird jedoch anhand einer hydraulischen Nockenwellenverstelleinheit näher erläutert.

Bei einer Nockenwellenverstelleinheit wird ein äußerer Zahnradkranz gegenüber einer koaxial dazu angeordneten Welle oder Scheibe verstellt, wodurch die Relativlage einer Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle verändert werden kann. Dadurch lassen sich andere Restgas-Mengen erzielen, die sich bezüglich Verbrauch, Drehmoment, Emission und Leistung des Verbrennungsmotors auswirken.

Bei einer hydraulischen Nockenwellenverstelleinheit ist überdies eine Verriegelung in einer Ruheposition für den sicheren und von Nebengeräuschen freien Motorstart erforderlich. Eine hydraulische Nockenwellenverstelleinheit ist von der Firma Aisin bekannt, wobei die Verstelleinheit zwei relativ zueinander verstellbare Teileinheiten sowie einen Aktor zur Verstellung der Teileinheiten relativ zueinander umfasst. Die Verstellung der beiden Teileinheiten zueinander erfolgt durch eine Druckbeaufschlagung des Aktuators über zumindest zwei mit verschiedenen Drücken versorgbare Kanalsysteme, wobei beispielsweise Kanäle eines Kanalsystems jeweils auf einer bestimmten Seite eines Flügels Druck ausüben.

Die Verriegelungseinrichtung besteht bei einer konkreten Ausführungsform aus einem federbeaufschlagtem Pin, der in einer Teileinheit aufgenommen ist und in der Ruheposition in einer Ausnehmung der anderen Teileinheit einrastet. Durch die Druckbeaufschlagung des Pins über einen Kanal, der mit einem der beiden Druckkanalsysteme verbunden ist, kann er in seine Entriegelungsposition verschoben werden, so dass beide Teileinheiten frei gegeneinander verdrehbar sind. Bei dem bisherigen Verfahren zum Betrieb der Nockenwellenverstelleinheit wurde ein Magnetventil so angesteuert, dass sofort 100% des zur Verstellung der beiden Teileinheiten gegeneinander angeforderten Druckes bereitgestellt worden ist. Damit wurden die beiden Teileinheiten bereits vor der Entriegelung mit großer Kraft relativ zueinander beaufschlagt, was zu einer Verkantung des Verriegelungspins mit der Folge einer Fehlfunktion führen konnte. Der Verriegelungspin muss bei der gerade beschriebenen Ausführungsform einen Weg von etwa 5 mm zurücklegen, und es sollte sichergestellt werden, dass eine Entriegelung der Verriegelungseinrichtung vorliegt, bevor die beiden Teileinheiten mit großer Kraft gegeneinander beaufschlagt werden.

Dies ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Demgemäss liegt ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung darin, den Druck, mit dem nicht nur die beiden Teileinheiten aus einer Ruheposition zueinander verstellt werden, sondern auch die Verriegelungseinrichtung in ihre Entriegelungsstellung beaufschlagt wird, nicht gleich sprunghaft auf den maximal angeforderten Wert, sondern vielmehr langsam oder schrittweise zu erhöhen. Durch die langsame oder schrittweise Erhöhung des Ansteuerdrucks für die Entriegelung kann sichergestellt werden, dass die Verriegelungseinrichtung zunächst in die entriegelte Position gebracht wird und erst danach ein signifikantes Verstellen der beiden Teileinheiten zueinander durchgeführt wird. Der Druck wird daher zunächst kleiner gewählt, als es die normale Druckanforderung vorsieht und zwar so, dass er für eine Entriegelung der Verriegelungseinrichtung ausreichend ist. Nach einer vollständigen Entriegelung wird zur normalen Druckregelung der hydraulischen Verstelleinheit übergegangen.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird der Druck in einer ersten Phase auf einen Wert gesetzt, der im Wesentlichen zum Halten der beiden Teileinheiten in ihrer aktuellen Position zueinander notwendig ist. Dadurch wird die Verriegelungseinrichtung bereits in Entriegelungsrichtung vorgespannt oder aber betätigt, die beiden Einheiten jedoch nicht in Bezug zueinander in Bewegung gesetzt. Dann wird der Druck kontinuierlich derart erhöht, dass die Verriegelungseinrichtung sicher entriegelt ist. Um eine Bewegung der beiden Teileinheiten zueinander in der ersten Phase auch tatsächlich zu vermeiden, kann ein Haltedruck mit einem Sicherheitsabschlag gewählt werden.

Vorzugsweise wird zu einer normalen Druckregelung dann übergegangen, wenn ein Verstellmaß der beiden Teileinheiten zueinander erreicht ist, bei dem eine Verriegelung nicht mehr möglich ist.

Die hydraulische Verstelleinheit kann insbesondere mit einem Magnetventil angesteuert werden, welches pulsweitenmoduliert betrieben wird.

Wie oben bereits angegeben, eignet sich diese Vorrichtung insbesondere zum Einsatz bei einer hydraulischen Nockenwellenverstelleinheit. Eine solche Verstelleinheit umfasst üblicherweise einen äußeren Zahnkranz und eine andere, koaxial dazu angeordnete Verstelleinheit oder Welle, die mit Druckkanälen versehen ist. In diesem Fall kann auf eine normale Druckregelung dann vorzugsweise übergegangen werden, wenn eine Drehzahl erreicht ist, bei der die Verriegelungseinheit aufgrund der Fliehkräfte bereits selbst entriegelt.

Die vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer bekannten, hydraulischen Verstelleinheit,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer besonders einfachen Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung und

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Ansteuerung der hydraulischen Verstelleinheit zeigt.

In Fig. 1 ist ein Beispiel einer hydraulischen Verstelleinheit für eine hydraulische Nockenwellenverstellung dargestellt. Die Verstelleinheit 10 umfasst einen äußeren Zahnkranz 12, auf dem eine nicht dargestellte Kette abläuft und eine koaxial in einer Bohrung gelagerte Welle 14. Die Welle 14 ist beispielsweise die Nockenwelle. Der Zahnkranz 12 wird über eine nicht dargestellte Kette von der Kurbelwelle angetrieben. Durch eine Relativdrehung von Zahnkranz 12 und Welle 14, die nachfolgend als Teileinheiten bezeichnet werden, kann die Nockenwelle winkelmäßig gegenüber der Kurbelwelle verstellt werden. Auf diese Weise können andere Restgasmengen realisiert werden, was sich insgesamt - je nach Verstellung - auf den Verbrauch, das Drehmoment, die Emission oder die Leistung eines Verbrennungsmotors auswirkt.

In der Welle 14 sind verschiedene Ölkanäle ausgebildet, die sich in zwei Gruppen einteilen lassen, nämlich die Gruppe A und die Gruppe B. Im aussenliegenden Zahnkranz 12 sind vorliegend vier ringsegmentartige Ausnehmungen angeordnet, in denen in der Welle 14 gelagerte Flügel 16 aufgenommen sind. In der vorliegenden Darstellung sind die mit Bezugszeichen 16 bezeichneten Flügel in einer Endposition dargestellt. Eine andere Endposition ist durch die gestrichelt eingezeichneten Flügel angege­ ben, die mit dem Bezugszeichen 16' bezeichnet sind. Die verschiedenen Hydraulikführungskanäle münden jeweils in die äußeren Ausnehmungen ein und beaufschlagen die Flügel 16 von einer (Gruppe der Kanäle A) und von der anderen (Gruppe der Kanäle B) Seite. Wird somit das Hydraulikmittel in den Kanälen A mit einem höheren Druck beaufschlagt, so werden die Flügel 16 im Uhrzeigersinn gegenüber dem Zahnkranz 12 bewegt, liegt dagegen in den Kanälen B ein größerer Druck vor, so bewegen sich die Flügel im Gegenuhrzeigersinn gegenüber dem Zahnkranz 12. Auf diese Weise kann je nach eingestellten Druckverhältnissen in den Kanalsystemen A und B eine Relativverdrehung der beiden Teileinheiten 12 und 14 zueinander stattfinden.

Überdies ist eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen. Die Verriegelungs­ einrichtung umfasst einen im Zahnkranz 12 gelagerten, in Axialrichtung verschiebbaren und in Richtung der zweiten Teileinheit 14 mit der Feder 32 vorgespannten Verriegelungsstift 34. Der Verriegelungsstift 34 ist in der verriegelten Stellung in einer Ausnehmung der zweiten Teileinheit 14 aufgenommen, so dass beide Teileinheiten relativ zueinander drehfixiert sind.

Die Entriegelung des Verriegelungsstifts 34 wird nun dadurch herbeigeführt, dass ein Kanal aus der Gruppe der Kanäle A mit der Unterseite des Verriegelungspins 34 fluidverbunden ist. Durch eine Druckbeaufschlagung über den Kanal A wird der Verriegelungspin 34 damit von dem Hydraulikmittel in seine Entriegelungsstellung beaufschlagt. Bei entsprechend großem Druck, die von der Federstärke der Vorspannfeder 32 abhängt, findet eine Entriegelung statt, wodurch sich beide Teileinheiten, nämlich Zahnkranz 12 und Welle 14, frei gegeneinander verdrehen lassen.

Findet vor der Entriegelung eine maximale Druckbeaufschlagung in den mit A bezeichneten Kanälen statt, so führt dies zu einer sofortigen maximalen Beaufschlagung der beiden Teileinheiten 12 und 14, wodurch sich der Stift 34 verklemmen kann. Da es sich bei einer Nockenwellenverstelleinrichtung um ein abgasrelevantes System handelt, ist bei einer Fehlfunktion der Fahrer zu informieren, was einen Werkstattaufenthalt des Fahrzeugs zur Folge haben kann.

Um nun eine sichere Entriegelung des Verriegelungspin 34 zu gewährleisten, wird ein nicht dargestelltes Magnetventil, welches pulsweitenmoduliert betrieben wird, in ersten Phase derart angesteuert, dass im Kanalsystem A ein Druck erzeugt wird, der die beiden Teileinheiten, also den Zahnkranz 12 und Welle 14 gerade nicht in Bewegung versetzt (Schritt S60).

Wichtig dabei ist auch das Verhältnis der beiden Öldrücke in den Ölkanälen A und B. Um wirklich sicherzustellen, dass eine Bewegung gerade nicht erfolgt, wird das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation so eingestellt, dass ein Sicherheitsabschlag gegenüber dem tatsächlichen Haltedruck vorliegt. Ist dieser Haltedruck erreicht, so wird der Druck langsam kontinuierlich erhöht, so dass der Verriegelungspin 34 sicher entriegelt (Schritt S70). Nach dieser Entriegelung können die Teileinheiten (Zahnkranz und Welle) gegeneinander verstellt werden und es wird auf die normale Druckregelung umgeschaltet.

Dreht sich die in Fig. 1 dargestellte Einheit jedoch mit einer Drehzahl, bei der der Verriegelungspin 34 aufgrund der Fliehkräfte selbst in seine entriegelte Position gebracht ist, so kann sofort zur normalen Druckregelung übergegangen werden.

Ist der Verriegelungspin 34 in seiner entriegelten Position, so kann durch eine Wahl der Druckverhältnisse in den Kanälen A und B eine gewünschte Verschiebung der beiden verstellbaren Teileinheiten, Zahnkranz 12 und Welle 14 zueinander erreicht werden.

Durch eine geeignete Wahl des Tastverhältnisses über die Zeit kann ein entsprechender Anstieg des Öldrucks in den Kanälen A wie oben beschrieben erreicht werden. Damit ist eine sichere Entriegelung möglich, ohne dass es zu einer Verklemmung des Verriegelungspin 34 kommt.

In Fig. 3 ist ein geeignetes Tastverhältnis PWM in Prozent mit der Kurve 85 und der daraus resultierende Öldruck in den Kanälen A mit der Kurve 90 über der Zeit angegeben. Aus dieser Darstellung kann man entnehmen, wie der Öldruck in den Kanälen A schrittweise angehoben wird, so dass es nicht zu einer Verklemmung der beiden Teileinheiten, nämlich des Zahnkranzes 12 und der Welle 14 kommt.

Die obige Strategie ermöglicht immer einen sicheren Betrieb der hydraulischen Verstelleinheit und ist unabhängig vom Alterungszustand des Motors, der Ölqualität und der Öltemperatur. Durch die Einstellung in einer ersten Phase auf den Haltedruck wird das zum Verstellen aus der Verriegelungsposition heraus benötigte Tastverhältnis bei jedem Motorbetrieb neu adaptiert. Überdies ist die vorliegende Erfindung durch eine einfache Implementierung ohne aufwendige Hardwarekosten umzusetzen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betrieb eines Ventils für eine hydraulische Verstelleinheit (10), die
zwei relativ zueinander verstellbare Teileinheiten (12, 14) sowie einen Aktor (16) zur Verstellung der Teileinheiten (12, 14) relativ zueinander umfasst, wobei die Verstellung in eine Richtung durch eine Druckbeaufschlagung des Aktors (16) über einen ersten Druckkanal (A) und die Verstellung in die an­ dere Richtung durch eine Druckbeaufschlagung des Aktors (16) über einen anderen Druckkanal (B) erfolgt, und
die eine Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung der beiden Teileinheiten relativ zueinander in zumindest einer Position umfasst, wobei eine Entriege­ lung der Verriegelungseinrichtung mittels Druckbeaufschlagung aus dem er­ sten Druckkanal (A) erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Verstellung der beiden Teileinheiten (12, 14) aus der verriegelten Lage das Hydraulikmittel im ersten Druckkanal (A) zunächst mit einem Druck (p1, p2) beaufschlagt wird, der kleiner ist als der Druck der normalen Druckanforderung, jedoch zur Entriegelung der Verriegelungseinrichtung ausreicht, und
dass nach der Entriegelung zu einer normalen Druckregelung übergegangen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Druck in der ersten Phase auf einen ersten Wert (p1) gesetzt wird, der im wesentlichen zum Halten der beiden Teileinheiten in ihrer aktuellen Position zueinander (Haltedruck) notwendig ist, und
dass der Druck in einer zweiten Phase kontinuierlich erhöht wird, bis die Ver­ riegelungseinrichtung (34) vollständig entriegelt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der ersten Phase gleich dem Haltedruck abzüglich einem Sicherheitsabschlag gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur dritten Phase übergegangen wird, sobald ein Verstellmaß der bei­ den Teileinheiten zueinander erreicht ist, dass eine Verriegelung nicht mehr möglich ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetventil zur Druckregelung verwendet wird, welches pulswei­ tenmoduliert angesteuert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit eine hydraulische Nockenwellenverstelleinheit ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinheit (12) einen äußeren Zahnradkranz und die andere Verstelleinheit (14) eine koaxial dazu angeordnete, mit Druckkanälen verse­ hene Scheibe umfasst und dass sofort dann auf die normale Druckregelung übergegangen wird, wenn eine bestimmte Drehzahlschwelle überschritten wird, bei der die Verriegelungseinheit aufgrund der Fliehkräfte selbst entrie­ gelt.