-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum
Bestimmen der Verlängerung eines flexiblen Antriebselements
in einem Synchronantrieb. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung
ein System und ein Verfahren zum Bestimmen der Verlängerung
eines flexiblen Antriebselements, welches einen flexiblen Riemen
oder eine Kette in einem Synchronantrieb umfaßt, welche
bei Verschleiß und Alterung auftritt, um es zu erfassen,
wenn sich ein flexibles Antriebselement dem Ende seiner sicheren
Lebensdauer nähert.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Synchronantriebe
werden in einer breiten Vielfalt von Vorrichtungen verwendet und
werden gewöhnlich in Verbrennungsmotoren verwendet, um
die Ventileinstellungs-Nockenwelle(n) von der Kurbelwelle her derart
anzutreiben, daß sich die Nockenwelle(n) einmal pro zwei
Umdrehungen der Kurbelwelle dreht (drehen). Derartige Synchronantriebe umfassen
eine Rolle, wie etwa ein Zahnrad oder ein Kettenrad, an der Kurbelwelle
und eine Rolle, wie etwa ein Zahnrad oder ein Kettenrad, an der
(den) Nockenwelle(n), welche durch ein flexibles Antriebselement,
typischerweise einen Riemen oder eine Kette, in Gleichlauf verbunden
sind. Andere durch Rollen betriebene Vorrichtungen können
gleichfalls durch den Synchronantrieb betrieben werden, und der
Synchronantrieb kann ferner weitere Komponenten umfassen, wie etwa
eine Spannvorrichtung, welche geeignet wirkt, um Änderungen
der Spannung des flexiblen Antriebselements zu vermindern, welche
bei Betrieb des Antriebs auftreten, und/oder die Verlängerung
des flexiblen Antriebselements, welche bei Verwendung und Verschleiß auftritt,
auszugleichen.
-
Das
Versagen des Synchronantriebs in Verbrennungsmotoren verhindert
den Betrieb des Motors und kann bei vielen Motorgestaltungen zu
einer ernstlichen Motorbeschädigung führen, wenn
Kolben Ventile berühren etc. Die häufigste Störungsform
eines Synchronantriebs ist das Versagen des flexiblen Antriebselements
aufgrund von Verschleiß und/oder Alterung, und Motorhersteller
legen typischerweise die Ersetzung des flexiblen Antriebselements
in vorbestimmten Intervallen fest, um derartige Störungen zu
vermeiden.
-
Die
Wahrscheinlichkeit der Störung eines flexiblen Antriebselements
hängt jedoch generell nicht direkt mit der Kilometerzahl
des Fahrzeugs oder den Betriebsstunden des Motors zusammen, und
es gibt keinen Indikator für den aktuellen Zustand der
flexiblen Antriebsgliedseinrichtung, welcher für Wartungspersonal
einfach zugänglich wäre. Somit müssen derartige
vom Hersteller vorgeschlagene vorbestimmte Intervalle generell auf
Szenarien des schlimmsten Falls basieren und sind typischerweise übermäßig
pessimistisch. Dies führt häufig zu der unnötigen
Ersetzung des flexiblen Antriebselements, mit den entsprechenden
Kosten.
-
Es
ist bekannt, daß ein Indikator für den Zustand
eines flexiblen Antriebselements der Betrag ist, um welchen sich
dieses gegenüber der ursprünglichen Herstellungslänge
verlängert (das bedeutet, gedehnt) hat, es jedoch aus einer
Vielfalt von Gründen in den meisten Fällen unpraktisch
war, den Betrag der Verlängerung des flexiblen Antriebselements
an Ort und Stelle zu bestimmen. Typischerweise ist das flexible
Antriebselement nicht einfach ohne kostenintensiven Ausbau mindestens
eines Abschnitts des Verbrennungsmotors zugänglich.
-
Die
veröffentlichte deutsche Patentanmeldung
DE 101 55 199A1 für
Hansel offenbart ein System und ein Verfahren zur Bestimmung des
Betrags der Verlängerung eines flexiblen Antriebselements
in einem Synchronantrieb an Ort und Stelle durch Messen der Phasendifferenz
der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle. Obgleich das
bei Hansel dargelegte System in der Lage sein mag, unter idealen
Umständen gewisse Hinweise auf eine Verlängerung
des flexiblen Antriebselements zu liefern, überlagern unter den
meisten Umständen Torsionsschwingungen (die Beschleunigungen
und Verzögerungen des flexiblen Antriebselements infolge
des Zündungsstoßes der Kolben und der veränderlichen
Lasten des Ventilgestänges etc.) die Phasendifferenz, welche
ein Ergebnis der Verlängerung der flexiblen Antriebsgliedseinrichtung
darstellt. Diese Torsionsschwingungen führen zu stark schwankenden
Spannungsniveaus in dem flexiblen Antriebselement und können
zu momentanen Phasendifferenzen zwischen der Nockenwelle und der
Kurbelwelle führen, welche die Phasendifferenzen, welche
von der Verlängerung der flexiblen Antriebsgliedseinrichtung
aufgrund von Verschleiß und/oder Alterung herrühren, übertreffen.
-
Die
veröffentlichte deutsche Patentanmeldung
DE 10 2005 008 580 A1 für
Spicer
et al., welche dem Rechtehalter der vorliegenden Erfindung übertragen
ist, offenbart ein Spannvorrichtungssystem für einen Synchronantrieb,
wobei die Spannvorrichtung einen Sensor umfaßt, welcher
ein Signal ausgibt, welches die Position der Spannvorrichtungsrolle
auf dem Exzenterkreis davon anzeigt und somit einen Hinweis auf
die Spannung des flexiblen Antriebselements und/oder die Länge
des flexiblen Antriebselements liefert. Obgleich das Spannvorrichtungssystem,
welches in dieser Patentanmeldung dargelegt ist, einen Hinweis auf
die Länge des flexiblen Antriebselements liefern kann,
ist das Spannvorrichtungssystem notwendigerweise auf der schlaffen
Seite des flexiblen Antriebselements angeordnet. Aufgrund der Tatsache,
daß dieses auf der schlaffen Seite angeordnet ist, kann
die naturgemäße Dämpfung flexibler Antriebselemente,
welche Gummiriemen und in geringerem Umfang Ketten sind, in einigen
Fällen die Gesamtauflösung, welche das Spannvorrichtungssystem
erreichen kann, vermindern.
-
Obgleich
Referenzschriften, wie etwa die veröffentlichte PCT-Patentanmeldung
WO 2006/045181 für
Cleland
et al. Verfahren zum Messen von Änderungen der
Spannung eines flexiblen Antriebselements, um eine Motorresonanz
oder andere unerwünschte Betriebszustände zu erfassen, an
Ort und Stelle darlegen, wurde bei derartigen Systemen kein Verfahren
oder System offenbart, wodurch das Ausmaß der Verlängerung
des flexiblen Antriebselements zuverlässig oder sehr genau
an Ort und Stelle bestimmt werden könnte.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges System
und ein neuartiges Verfahren zum Bestimmen der Verlängerung
eines flexiblen Antriebselements in einem Synchronantrieb zu schaffen,
welche mindestens einen Nachteil des Stands der Technik ausräumen
bzw. abschwächen.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Bestimmen
des Zustands eines flexiblen Antriebselements anhand der relativen
Winkelposition einer ersten Rolle bezüglich einer zweiten
Rolle, welche durch das flexible Antriebselement mit der ersten
Rolle verbunden ist, geschaffen, wobei das System umfaßt:
einen ersten Sensor zum Bestimmen der Winkelposition der ersten
Rolle; einen zweiten Sensor zum Bestimmen der Winkelposition der
zweiten Rolle; eine Verarbeitungseinrichtung, welche auf ein Signal
von dem ersten Sensor reagiert, um Winkelpositionsbestimmungen von
dem zweiten Sensor in ausgewählten Intervallen über
mindestens eine Umdrehung der zweiten Rolle hinweg zu erhalten,
wobei die Verarbeitungseinrichtung die erhaltenen Winkelpositionsbestimmungen
mit entsprechenden Werten einer gespeicherten Gruppe bestimmter
Winkelpositionsbestimmungen vergleicht, um einen Arbeitszustand
des flexiblen Antriebselements zu bestimmen.
-
Vorzugsweise
wird die Verlängerung des flexiblen Antriebselements anhand
einer vorbestimmten Nennlänge verwendet, um den Arbeitszustand des
flexiblen Antriebselements zu bestimmen. Günstiger ist
es, die Geschwindigkeit, mit welcher die Verlängerung des
flexiblen Antriebselements gegenüber der vordefinierten
Nennlänge erfolgt, in Abhängigkeit von der Zeit
zu verwenden, um den Arbeitszustand des flexiblen Antriebselements
zu bestimmen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Bestimmen der
relativen Winkelposition einer Nockenwelle bezüglich einer
Kurbelwelle in einem Verbrennungsmotor, wobei die Kurbelwelle durch
ein flexibles Antriebselement mit der Nockenwelle verbunden ist,
geschaffen, wobei das System umfaßt: einen ersten Sensor
zum Bestimmen der Winkelposition der Kurbelwelle; einen zweiten
Sensor zum Bestimmen der Winkelposition der Nockenwelle; eine Verarbeitungseinrichtung,
welche auf ein Signal von dem ersten Sensor reagiert, um Winkelpositionsbestimmungen der
Nockenwelle von dem zweiten Sensor in ausgewählten Intervallen über
mindestens eine Umdrehung der Nockenwelle hinweg zu erhalten, wobei
die Verarbeitungseinrichtung die erhaltenen Winkelpositionsbestimmungen
der Nockenwelle mit entsprechenden Werten einer gespeicherten Gruppe
bestimmter Winkelpositionsbestimmungen vergleicht, um eine Arbeitslänge
der flexiblen Antriebsgliedseinrichtung zu bestimmen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Bestimmen der Länge eines flexiblen Antriebselements, welches
eine Nockenwelle in Gleichlauf mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors
verbindet, geschaffen, umfassend die Schritte: Vornehmen einer Anfangsbestimmung der
Länge des flexiblen Antriebselements durch Bestimmen der
relativen Winkelpositionen der Kurbelwelle und der Nockenwelle bei
mindestens zwei Winkelpositionen der Kurbelwelle in einer vollständigen
Umdrehung der Nockenwelle und Speichern mindestens eines Werts,
welcher die Anfangsbestimmung definiert; Vornehmen einer Bestimmung
der gegenwärtigen Länge des flexiblen Antriebselements
zu ausgewählten Zeitpunkten während des Betriebs
des Motors durch Bestimmen der relativen Winkelpositionen der Kurbelwelle
und der Nockenwelle bei den gleichen mindestens zwei Winkelpositionen
der Nockenwelle, welche verwendet wurden, um die Anfangsbestimmung
zu bestimmen, und Generieren des mindestens einen Werts, welcher
die Bestimmung der gegenwärtigen Länge definiert;
Vergleichen des mindestens einen Werts, welcher die Bestimmung der
gegenwärtigen Länge definiert, mit dem mindestens
einen gespeicherten Wert, welcher die Anfangslänge definiert,
um zu bestimmen, ob die Differenz zwischen dem mindestens einen
Wert, welcher die Bestimmung der gegenwärtigen Länge
definiert, und dem mindestens einen gespeicherten Wert, welcher
die Anfangslänge definiert, einen vorbestimmten Wert, welcher
eine zulässige Verlängerung repräsentiert, überschreitet;
und Ausgeben eines Signals, wenn der vorbestimmte Wert überschritten
wird.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft ein System und ein Verfahren zum Bestimmen
von Änderungen der Winkelposition einer ersten Rolle bezüglich
einer zweiten Rolle, wenn die erste und die zweite Rolle durch ein
flexibles Antriebselement, wie etwa einen Zahnriemen oder eine Kette,
in Gleichlauf verbunden sind. Anhand dieser bestimmten Änderungen
der Winkelposition können durch das System und das Verfahren Änderungen
der Länge des flexiblen Antriebselements und somit der
Zustand des flexiblen Antriebselements bestimmt werden und ein geeignetes
Signal ausgegeben werden, wenn der Zustand des flexiblen Antriebselements
einen vorbestimmten Wert überschreitet. Ferner kann durch
das System und das Verfahren eine Vielfalt weiterer unerwünschter
Zustände beim Betrieb eines Motors erfaßt werden
und/oder kann die Information über die relative Winkelposition
verwendet werden, um den Betrieb des Motors zu ändern,
um die Arbeitsleistung des Motors zu verbessern und/oder die Emissionen
zu vermindern, welche beim Betrieb des Motors erzeugt werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Nunmehr
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung lediglich
beispielhaft unter Verweis auf die beigefügten Figuren
beschrieben, wobei:
-
1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Synchronantriebssystems darstellt; und
-
2 ein
Kurvendiagramm der Winkelverschiebung der Abtriebsrolle des Synchronantriebs von 1 bezüglich
der Antriebsrolle des Synchronantriebs von 1 darstellt.
-
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Ein
Synchronantrieb für einen Verbrennungsmotor oder ähnliches
ist schematisch bei 20 in 1 dargestellt.
Der Synchronantrieb 20 umfaßt eine Antriebsrolle 24,
welche beispielsweise an der Kurbelwelle eines Motors angebracht
sein kann, und eine Abtriebsrolle 28, welche beispielsweise
an einer Nockenwelle des Motors angebracht sein kann. Die Antriebsrolle 24 und
die Abtriebsrolle 28 sind durch ein flexibles Antriebselement 32,
welches typischerweise in der Form eines Zahnriemens oder einer
Kette vorliegt, in Gleichlauf verbunden.
-
Die
Antriebsrolle 24 und die Abtriebsrolle 28 sind
typischerweise mit Zähnen oder Vertiefungen zum Eingriff
mit kom plementären Strukturen, wie etwa Rippen oder Gelenkzylinder
an dem flexiblen Element 32 versehen, um zu gewährleisten,
daß eine Drehung der Abtriebsrolle 28 in Gleichlauf
mit der der Antriebsrolle 24 erfolgt. Wie dargestellt,
weist die Abtriebsrolle 28 an der Motor-Nockenwelle den
doppelten Durchmesser (und die doppelte Anzahl von Zähnen)
wie die Antriebsrolle 24 an der Motor-Kurbelwelle auf,
und somit führt die Abtriebsrolle 28 jeweils eine
vollständige Umdrehung pro zwei Umdrehungen der Antriebsrolle 24 aus.
-
Viele
Synchronantriebe 20 umfassen weitere Komponenten, wie etwa
eine Spannvorrichtung 36, welche elastisch gegen das flexible
Antriebselement 32 gespannt wird, um die Spannung in dem
flexiblen Antriebselement 32 aufrechtzuerhalten und um
die Stärke der Torsionsschwingungen in dem flexiblen Antriebselement 32 zu
vermindern.
-
Um
den Betrieb des Motors zu steuern, für welchen der Synchronantrieb 20 arbeitet,
ist ein Sensor 40 typischerweise nahe bei der Motor-Kurbelwelle
neben der Antriebsrolle 24 angeordnet, und der Sensor 40 liefert
ein Signal, welches der Motorsteuereinheit (ECU) die Winkelposition
der Motor-Kurbelwelle anzeigt, typischerweise relativ zu einer Position eines
oberen Umkehrpunkts (TDC's), welche diese Positionsinformation zur
Kraftstoffeinspritzung und zu Zündpunkteinstellungszwecken
verwendet.
-
Typischerweise
umfaßt der Sensor 40 mindestens einen Hall-Effekt-
oder einen anderen Sensor, welcher auf die Bewegung von Zähnen
an einem verzahnten Rad an der Kurbelwelle an dem Sensor 40 vorbei
reagiert, um eine Folge elektrischer Impulse zu erzeugen, welche
die ECU als Eingabe in deren Steuerungsalgorithmen verwendet.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Sensor 44 verwendet,
um die Position der Abtriebsrolle 28 zu bestimmen. Obgleich
der Sensor 44 nicht in der Lage zu sein braucht, die Winkelposition der
Abtriebsrolle 28 mit einem hohen Maß an absoluter
Genauigkeit zu bestimmen, ist es erwünscht, daß der
systematische Fehler in den Ausgangssignalen aus dem Sensor 44 für
jede Umdrehung der Abtriebsrolle 28 einheitlich ist, da
die vorliegende Erfindung die Änderung innerhalb einer
gegenwärtigen Gruppe erhaltener Daten für eine
Umdrehung und eine Einmessungsdatengruppe für eine Umdrehung
prüft, um das Ausmaß der Änderung der
Winkelposition der Abtriebsrolle 28 bezüglich
der Winkelposition der Antriebsrolle 24 zu bestimmen.
-
Anders
ausgedrückt, kann der Sensor 44 beispielsweise
ein Ausgangssignal erzeugen, welches anzeigt, daß die Abtriebsrolle 28 über
einen Teil einer Umdrehung der Abtriebsrolle 28 hinweg
bezüglich der tatsächlichen Winkelposition davon
vorläuft und für den Rest der Umdrehung der Abtriebsrolle 28 bezüglich
der tatsächlichen Winkelposition davon nachläuft,
ohne die Genauigkeit der Bestimmung der Verlängerung des
flexiblen Antriebselements 32 zu beeinträchtigen,
vorausgesetzt lediglich, daß die Vorlaufs- und Nachlaufsfehler
in dem Ausgangssignal bei den verschiedenen Umdrehungen der Abtriebsrolle 28 im
wesentlichen konstant sind.
-
Demgemäß kann
der Sensor
44 ein beliebiger geeigneter Sensor sein, wie
etwa ein Hall-Effekt-Sensor ähnlich dem des Sensors
40,
und ein verzahntes Rad mit der Abtriebsrolle
28 verbunden sein,
obwohl es gegenwärtig bevorzugt ist, daß der Sensor
44 dem
Absolut-Winkelpositions-Sensor ähnlich ist, welcher in
der veröffentlichen PCT-Patentanmeldung
WO/2006/045186 und/oder in der
veröffentlichten PCT-Patentanmeldung
WO/2006/045184 dargelegt ist,
welche jeweils dem Rechtehalter der vorliegenden Erfindung übertragen
sind, und der Inhalt dieser veröffentlichten Patentanmeldungen
sei durch Verweis in der vorliegenden Schrift aufgenommen. Wie unten
beschrieben, ermöglicht die Verwendung eines derartigen
Absolut-Winkelpositions-Sensors, mit der vorliegenden Erfindung
eine Vielfalt weiterer nützlicher Bestimmungen vorzunehmen.
-
Obgleich
der Sensor 44 für die vorliegende Erfindung notwendig
ist, ist zu bedenken, daß der Sensor 44 auch für
eine Vielfalt weiterer herkömmlicher Motorsteuerungszwecke
verwendet werden kann, wie etwa Liefern eines notwendigen Eingangssignals
für ein Steuersystem zur veränderlichen Ventileinstellung
(VVT-System) etc., und somit die zusätzlichen Kosten des
Bereitstellens des Sensors 44 in Fällen, wo ein
derartiger Sensor für andere Zwecke, wie etwa eine VVT-Steuerung,
vorgesehen werden muß, vernachlässigbar sein oder
null betragen können. Ähnlich ist ein Sensor 40 generell
für die meisten Motoren vorgesehen, und somit können
die zusätzlichen Kosten des Bereitstellens des Sensors 40 vernachlässigbar
sein oder null betragen.
-
Wie
bekannt ist, verlängert sich das flexible Antriebselement 32,
wenn dieses altert und/oder verschleißt. Eines der Ergebnisse
dieser Verlängerung ist, daß sich der Abstand
zwischen den Rippen (in dem Fall eines flexiblen Riemens) bzw. Gelenkzylinder
(in dem Fall einer Kette) vergrößert und sich
somit die Winkelposition der Abtriebsrolle 28 bezüglich der
Winkelposition der Antriebsrolle 24 ändert, wenn sich
das flexible Element 32 verlängert. Insbesondere
läuft, wenn sich der Abstand zwischen den Rippen bzw. Gelenkzylinder
des flexiblen Antriebselements 32 vergrößert,
die Winkelposition der Abtriebsrolle 28 bezüglich
der Winkelposition, welche diese aufwies, bevor die Verlängerung
erfolgte, nach.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird eine Bestimmung der Winkelposition
der Abtriebsrolle 28 bezüglich der Winkelposition
der Antriebsrolle 24 in Intervallen (n) über mindestens eine
Umdrehung der Abtriebsrolle 28 (und somit während
mindestens zwei Drehungen der Antriebsrolle 24) hinweg
durchgeführt. Wenn der Sensor 40 ein Hall-Effekt-Sensor ist,
können diese Intervalle (n) den Impulsen der Impulsfolge
entsprechen, welche durch den Sensor ausgegeben wird. Bei einem
typischen Sensor erzeugt, wenn der Sensor 40 ein Hall-Effekt-Sensor
ist, welcher ein verzahntes Rad erfaßt, der Sensor 40 vierundsechzig
Impulse (wobei sich vierundsechzig Zähne an dem verzahnten
Rad, welches an der Kurbelwelle angebracht ist, befinden, welche
der Sensor abtastet) während einer vollständigen
Drehung der Antriebsrolle 24 und einhundertachtundzwanzig
Impulse während der zwei vollständigen Umdrehungen der
Antriebsrolle 24, welche erforderlich sind, um eine vollständige
Umdrehung der Abtriebsrolle 28 durchzuführen.
-
Wenn
der Sensor 40 einhundertachtundzwanzig Impulse pro vollständiger
Umdrehung der Abtriebsrolle 28 ausgibt, so können
bei der vorliegenden Erfindung entsprechende einhundertachtundzwanzig
Intervalle (n = 128) verwendet werden oder kann ein Intervall durch
eine größere Anzahl von Impulsen definiert werden,
beispielsweise ein Intervall pro zwei Impulsen für n =
64, oder pro jeweils vier Impulsen für n = 32, etc.
-
Wenn
der Sensor
40 ein Absolutpositionssensor ist, wie etwa
der, welcher der veröffentlichten PCT-Patentanmeldung
WO/2006/045186 und/oder in
der veröffentlichten PCT-Patentanmeldung
WO/2006/045184 beschrieben ist,
so können die Intervalle durch Positionen der Antriebsrolle
24 definiert
werden. Beispielsweise wird, wenn es erwünscht ist, n =
16 Intervalle zu erhalten, jedes Intervall durch die Bewegung der
Abtriebsrolle
24 um zweiundzwanzigeinhalb Grad einer Umdrehung
definiert. Ähnlich wird, wenn es erwünscht ist,
n = 128 Intervalle zu erhalten, jedes Intervall durch die Bewegung
der Abtriebsrolle um zwei Komma acht eins zwei fünf Grad
einer Umdrehung definiert.
-
Wie
für Fachkundige ersichtlich sein sollte, ist es bei der
vorliegenden Erfindung nicht wesentlich, daß die Intervalle
in gleichmäßigem Abstand über eine Umdrehung
der Abtriebsrolle 28 verteilt sind, vorausgesetzt lediglich,
daß die verwendeten Intervalle bei den verschiedenen Umdrehungen
der Abtriebsrolle 28 einheitlich sind. Beispielsweise kann,
wenn das erste Intervall (n = 1) bei drei Grad einer Umdrehung der
Abtriebsrolle 28 von einer beliebigen Markierungsposition
aus auftritt, das zweite Intervall bei fünf Grad einer
Umdrehung der Abtriebsrolle 28 von dem ersten Intervall
aus auftreten etc., wobei dies lediglich der Bedingung unterliegt,
daß bei jeder Umdrehung der Abtriebsrolle 28 das
Intervall n = 1 bei drei Grad einer Umdrehung von der Markierungsposition
aus auftritt und das zweite Intervall bei fünf Grad einer
Umdrehung von dem ersten Intervall aus auftritt, etc.
-
Wie
für Fachkundige ersichtlich, kann eine geeignete Anzahl
von Intervallen ausgewählt werden, abhängig von
der Größenordnung der bedeutenden Torsionsschwingungen
in dem Synchronantrieb 20. Bei einem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wurde festgelegt, daß ein Minimum von n = 8 Intervallen
für jede Umdrehung der Abtriebsrolle 28 durchgeführt
wird, obwohl höhere Werte n der Intervalle generell bevorzugt
sind, um die Genauigkeit der erhaltenen Ergebnisse zu steigern.
Bei einem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung
erfolgt eine Bestimmung der Winkelposition der Abtriebsrolle 28 bei
jeder der einhundertachtundzwanzig Impulspositionen der Antriebsrolle 24,
und somit n = 128.
-
Wenn
der Sensor 40 eine Impulsfolge von Impulsen als dessen
Ausgangssignal erzeugt, können diese Impulse wie Taktgebersignale
für die ECU 46 verwendet werden, welche das Ausgangssignal des
Sensors 44 verarbeitet, um die Winkelposition der Abtriebsrolle 28 bei
jedem Impuls n von Interesse zu bestimmen, und somit bestimmt, wenn
n = 128, die ECU 46 die relative Winkelposition der Abtriebsrolle 28 einhundertachtundzwanzigmal
pro Umdrehung.
-
Wenn
der Sensor 44 einen Absolutpositionssensor umfaßt,
wird jede Bestimmung durch Abtasten des Ausgangssignals des Sensors 44 bei
dem geeigneten Intervall n gemäß Anzeige durch
den Sensor 40 und Umwandeln der abgetasteten Ausgangsspannung
bzw. -spannungen aus dem Sensor 44 in eine Winkelposition
für die Abtriebsrolle 28 erreicht. Da die Winkelposition
der Abtriebsrolle 24 anhand des Ausgangssignals von dem
Sensor 40 bekannt ist, kann die relative Winkelposition
der Abtriebsrolle 28 bezüglich der Antriebsrolle 24 einfach bestimmt
werden durch: relative Winkelposition (n) = Antriebsrollenposition (n) – Abtriebsrollenposition
(n)
-
Es
ist zu bedenken, daß die ECU 46 für den Motor,
woran der Synchronantrieb 20 installiert ist, die Signale
verarbeiten kann, welche von dem Sensor 40 und von dem
Sensor 44 erhalten werden, wie oben beschrieben. Vorausgesetzt,
daß die ECU 46 die notwendige Verarbeitungskapazität
aufweist und einen ausreichenden Speicher aufweist, um die unten
erörterten Werte zu speichern, kann die ECU aktualisiert
werden, um das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchzuführen,
wodurch die Notwendigkeit einer zusätzlichen Mikroprozessorvorrichtung
vermieden wird. Ferner ist jedoch zu bedenken, daß eine
derartige zusätzliche Mikroprozessorvorrichtung verwendet
werden kann, wenn dies erwünscht oder erforderlich ist,
und die Konstruktion bzw. Auswahl einer derartigen Vorrichtung für
Fachkundige ersichtlich ist. In der Erörterung der vorliegenden
Schrift wird davon ausgegangen, daß die ECU 46 eine
ausreichende Verarbeitungskapazität aufweist und geeignet
program miert wurde, um die notwendigen Schritte der vorliegenden
Erfindung durchzuführen.
-
Wie
ersichtlich, rühren Änderungen der relativen Winkelposition
zwischen der Antriebsrolle 24 und der Abtriebsrolle 28 bei
einem Intervall (n) bei einer Umdrehung der Abtriebsrolle 28 und
der relativen Winkelposition zwischen der Antriebsrolle 24 und
der Abtriebsrolle 28 bei einer weiteren Umdrehung der Abtriebsrolle 28 von Änderungen
der Länge 48 der Spannseite des flexiblen Antriebselements 32 her.
-
Diese Änderungen
der Länge 48 treten sowohl als Ergebnis einer
Verlängerung des flexiblen Elements 32 auf, wenn
dieses mit der Zeit altert und/oder verschleißt, als auch
als Ergebnis von Torsionsschwingungen, welche durch das flexible
Antriebselement 32 zu der Antriebsrolle 24, der
Abtriebsrolle 28 und anderen Vorrichtungen, welche durch
den Synchronantrieb 20 verbunden sind, hin- und davon fortlaufend übertragen
werden.
-
Es
ist anzunehmen, daß das oben beschriebene Hansel-System
des Stands der Technik aus einer Vielfalt von Gründen keine
befriedigenden oder zuverlässigen Ergebnisse erbrachte,
jedoch am deutlichsten deshalb, weil dieses nicht zwischen einer
Gesamtverlängerung des flexiblen Antriebselements 32 aufgrund
von Verschleiß und/oder Alterung und den vorübergehenden
Verlängerungen aufgrund von Spannungsänderungen
in dem flexiblen Antriebselement 32 aufgrund von Torsionsschwingungen unterscheiden
konnte.
-
Demgegenüber
kann, wie unten genauer beschrieben, die vorliegende Erfindung diese
Unterscheidung treffen und ist somit in der Lage, die Strecke der
Verlängerung des flexiblen Antriebselements 32 aufgrund
von Verschleiß und/oder Alterung zu bestimmen. Wie gleichfalls
unten beschrieben, kann die vorlie gende Erfindung eine Vielfalt
weiterer nützlicher Informationen liefern.
-
Es
ist eine einfache Aufgabe für den Entwickler des Synchronantriebs 20,
die relative Winkelposition durch Berücksichtigen der geometrischen
Verhältnisse der Positionen der Antriebsrolle 24 und
der Abtriebsrolle 28 an einen Betrag der Verlängerung des
flexiblen Antriebselements 32 anzugleichen. Es ist zu bedenken,
daß der Entwickler typischerweise eine maximale relative
Winkelpositionsdifferenz, welche toleriert werden kann, aus einer
maximalen Verlängerungsspielmessung für das flexible
Antriebselement 32 ableitet und daß diese abgeleitete
maximale relative Winkelpositionsdifferenz als Prüfwert
für die ECU 46 verwendet wird, um geeignete Ausgangssignale
zu erzeugen, wie etwa Hinweissignale für „Motor bald
warten" etc.
-
Wenn
ein neues flexibles Antriebselement 32 an dem flexiblen
Antriebsglied 20 angebracht wird, wie beim Anfangsaufbau
des Motors, oder wenn die Ersetzung des flexiblen Antriebselements 32 aus
irgendeinem Grund angeordnet wurde, wird eine Referenz- bzw. Einmessungsdatengruppe
erhalten, um den Synchronantrieb 20 einzumessen. Insbesondere wird
für jedes Intervall (n) mindestens einer Umdrehung der
Abtriebsrolle 28 die relative Winkelposition der Abtriebsrolle 28 bezüglich
der Antriebsrolle 24 bestimmt.
-
Wie
oben erwähnt, können die Wirkungen von Torsionsschwingungen
auf das flexible Antriebselement 32 die Bestimmung der
Länge des flexiblen Antriebselements 32 durch
Spannen und/oder Entspannen des flexiblen Antriebselements 32 auf
einer zeitweiligen Basis behindern. Demgemäß wurde
bei der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß es günstig
ist, die relative Winkelposition zwischen der Abtriebsrolle 28 und
der Antriebsrolle 24 über n Intervalle in Verlauf über
eine Umdrehung der Ab triebsrolle 28 hinweg zu bestimmen,
um die Wirkungen derartiger vorübergehender Änderungen
zu vermindern. Es ist ferner zu bedenken, daß, wenn dies
erwünscht ist, die vorliegende Erfindung die relative Winkelposition zwischen
der Abtriebsrolle 28 und der Antriebsrolle 24 über
n Intervalle in Verlauf über mehr als eine einzige Umdrehung
der Abtriebsrolle 28 hinweg bestimmt. Beispielsweise kann
die Bestimmung der relativen Winkelposition zwischen der Abtriebsrolle 28 und
der Antriebsrolle 24 für jedes von n Intervallen über
drei oder vier Umdrehungen der Abtriebsrolle 28 hinweg
durchgeführt werden, wenn die resultierende erhöhte
Genauigkeit erwünscht ist, obgleich festgestellt wurde,
daß annehmbare Ergebnisse bei Betrachtung einer einzigen
Umdrehung erzielt werden können.
-
Um
die Überlagerungswirkungen von Torsionsschwingungen zu
vermindern, filtert die vorliegende Erfindung die n Bestimmungen
der relativen Winkelposition der Abtriebsrolle 28 bezüglich
der Antriebsrolle 24. Bei dem einfachsten Ausführungsbeispiel
werden die Werte für jede bestimmte relative Winkelposition
lediglich aufsummiert, um einen einzigen Wert zu erzeugen, welcher
zu Vergleichszwecken verwendet werden kann, wie unten beschrieben.
Wie für Fachkundige ersichtlich sein sollte, kann jedoch
eine breite Vielfalt anderer Filterungsschritte verwendet werden,
wobei dies eine Berechnung von Mittelwerten, Mittelungsgrößen
etc. umfaßt, wenn dies erwünscht ist.
-
Die
Einmessungsdatengruppe wird bei einem Betrieb des Motors innerhalb
einer bekannten ausgewählten Gruppe von Motorbetriebsbedingungen
erhalten, wie etwa bei einer Arbeitsdrehzahl von sechshundert U/min,
wobei sich der Motor auf normaler Betriebstemperatur befindet, keine
Ventilphaseneinstellung erfolgt (für VVT-Systeme) und sich der
Motor in einem lastfreien Zustand befindet.
-
Wenn
eine Einmessungsdatengruppe, welche ein einziger Wert sein kann
oder welche die Werte für jedes Intervall n umfassen kann,
erhalten wurde etc., kann die vorliegende Erfindung verwendet werden,
um Verlängerungen des flexiblen Antriebselements 32 zu
erfassen.
-
Ein
Beispiel der Einmessungsdatengruppenwerte, welche in dieser Weise
erhalten werden, ist als Kurve 100 in 2 dargestellt,
wobei n = 128 und die Werte bezüglich einer relativen Winkelposition
von null Grad normalisiert wurden. Diese Werte repräsentieren
die Winkelposition der Abtriebsrolle 28 bezüglich
der Winkelposition der Antriebsrolle 24 und können
vorlaufen (gekennzeichnet durch negative Werte gemäß der
Konvention, welche bei diesem Beispiel verwendet wird) oder nachlaufen
(gekennzeichnet durch positive Werte gemäß der
Konvention, welche bei diesem Beispiel verwendet wird).
-
Die
flache Vollinie 102, welche mit der Kurve 100 verbunden
ist, repräsentiert einen gefilterten Einmessungswert, welcher
aus den Einmessungsdaten der Kurve 100 abgeleitet ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wert
der Linie 102 durch Mitteln der einhundertachtundzwanzig
erhaltenen Datenwerte, welche bei der Einmessung erhalten wurden,
bestimmt, und ist, wie zu ersehen ist, der Wert 102 für
die Kurve 100 auf 0,0 Grad festgelegt (als Ergebnis der
Normalisierung). Wenn die Gruppe von Einmessungswerten erhalten
wurde (ob mehrere individuelle Werte oder ein einziger abgeleiteter Wert),
werden diese in der ECU 46 oder in einer anderen geeigneten
Speichervorrichtung für den Motor gespeichert.
-
Es
ist zu bedenken, daß die Einmessungsprozedur, wenn notwendig,
durch Versetzen der ECU 46 in einen Einmessungsmodus durch
ein geeignetes Abtastungswerkzeug, wie etwa eines derjenigen, welche
durch Wartungspersonal verwendet werden, oder durch ein beliebiges
anderes Hilfsmittel, welches für Fachkundige zu ersehen
ist, durchgeführt werden kann.
-
Bei
normaler Verwendung des Motors, woran sich der Synchronantrieb 20 befindet,
prüft die ECU 46 die Verlängerung des
flexiblen Antriebselements 32 periodisch. Genauer wartet
die ECU 46 mit Intervallen, welche durch den Hersteller
des Motors vorab ausgewählt sind, auf das nächste
Auftreten eines Zustands (bzw. führt diesen herbei), wobei
der Motor unter ähnlichen ausgewählten Bedingungen betrieben
wird wie denen, wobei die Gruppe von Einmessungswerten erhalten
wurde.
-
Unter
Verwendung des oben angegebenen Beispiels bedeutet dies, daß die
ECU 46 auf das nächstemal wartet, wenn der Motor
bei etwa 600 U/min bei normaler Betriebstemperatur und in einem lastfreien
Zustand, wie etwa bei Leerlaufs- oder Parkschaltung des Getriebes,
läuft. Alternativ kann die ECU 46 die erwünschten
Betriebsbedingungen beispielsweise durch Lösen einer Klimaanlagenkupplung,
um die Last von dem Motor zu nehmen, wenn der Motor ansonsten unter
den ausgewählten Bedingungen laufen würde, und/oder Ändern
der Motorleerlaufsgeschwindigkeit durch Verstellen der Drosselklappe
vorbeugend herbeizuführen. Wenn die ECU 46 die
Daten, welche diese benötigt, unter den ausgewählten
Betriebsbedingungen gewonnen hat, kann die ECU 46 die Klimaanlagenkupplung
wieder in Eingriff bringen etc.
-
Wie
für Fachkundige ersichtlich, kann die ECU 46 geeignet
programmiert werden, um eine Vielfalt weiterer Funktionen zu steuern,
um zu bewirken, daß der Motor unter den ausgewählten
Bedingungen betrieben wird.
-
Wenn
die ECU 46 bestimmt, daß der Motor bei den ausgewählten
Bedingungen läuft, wird eine Gruppe von Daten über
die relative Winkelposition für mindestens eine Umdrehung
der Ab triebsrolle 48 erhalten. Genauer wird für
jedes Intervall n eine Bestimmung der Winkelposition der Abtriebsrolle 28 anhand
des Ausgangssignals des Sensors 44 vorgenommen. Die erhaltenen
Werte werden sodann mit dem gleichen Filterungsverfahren (wenn überhaupt) gefiltert,
welches verwendet wurde, um die Einmessungsdatengruppenwerte zu
erhalten, und werden mit den Einmessungsdatengruppenwerten verglichen,
welche zuvor erhalten wurden.
-
Eine
Gruppe von Winkelpositionswerten, welche in dieser Weise bei einer
bestimmten Gruppe von Betriebsbedingungen erhalten wurden, ist als Kurve 104 in 2 dargestellt,
und die Linie 106 repräsentiert einen einzigen
gefilterten Wert, welcher aus der Kurve 104 abgeleitet
ist. Wie aus den Kurven 100 und 104 (und/oder
aus den einzigen Werten 102 und 106) zu ersehen,
lief zu der Zeit, als die Daten der Kurve 104 erhalten
wurden, die Abtriebsrolle 28 bezüglich der Antriebsrolle 24 um
etwa eins Komma vier Grad nach (gekennzeichnet durch einen positiven
Wert), wobei dies beispielsweise einer Verlängerung des
flexiblen Antriebselements 32 von einem Millimeter entsprechen
kann. Die Kurve 108 in 2 repräsentiert
eine Gruppe von Winkelpositionswerten, welche zu einer Zeit nach
der der Kurve 104 erhalten wurden, und die Linie 110 repräsentiert
einen einzigen gefilterten Wert, welcher aus der Kurve 108 abgeleitet
ist. Wie zu ersehen ist, läuft die Abtriebsrolle 28 bezüglich
der Antriebsrolle 24 diesmal um etwa zwei Komma vier Grad
nach, wobei dies beispielsweise einer Verlängerung der
flexiblen Antriebsgliedseinrichtung 32 von eineinhalb Millimetern entsprechen
kann.
-
Wie
für Fachkundige ersichtlich, ist die tatsächliche
Zeitsteuerung, wann die vorliegende Erfindung die Verlängerung
des flexiblen Antriebselements 32 überprüft,
nicht speziell beschränkt und kann auf vielfältige
Weise definiert werden. Beispielsweise kann der Motorhersteller
die Zeitpunkte dadurch definieren, daß diese nach einer
ausgewählten Anzahl von Motorstartereignissen eintreten
(das bedeutet, nach jeweils fünfundzwanzig Starts des Motors),
nach einer bestimmten Kilometerzahl oder einer bestimmten Anzahl
von Betriebsstunden (das bedeutet, jeweils nach tausend Meilen (sechzehnhundert
Kilometern) oder nach fünfzig Stunden Motorbetriebszeit),
etc. Bei jedem dieser Beispiele erfolgt die Bestimmung der Winkelposition
der Abtriebsrolle beim nächstenmal, wenn der Motor mit
den erwünschten Betriebsparametern (das bedeutet, mit denen,
welche beim Erhalten der Einmessungsdaten verwendet wurden) betrieben
wird. Ferner ist zu bedenken, und dies ist gegenwärtig
bevorzugt, daß die Zeitsteuerung durch die jeweiligen Zeitpunkte,
wo der Motor mit den erwünschten Betriebsparametern betrieben
wird, festgelegt werden kann.
-
Wenn
die ECU 46 bestimmt, daß die relative Winkelposition
(und/oder deren entsprechende Verlängerung) der Abtriebsrolle 28 einen
maximalen Wert überschreitet, welcher durch den Hersteller
des Motors festgelegt ist, gibt die ECU 46 ein geeignetes Signal 60 aus.
Das Signal 60 kann einfach ein elektrisches Signal sein,
welches bewirkt, daß eine Anzeige von „MOTOR BALD
WARTEN" auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs aufleuchtet, und/oder
kann ein Signal sein, welches den Betriebsmodus des Motors ändert,
um eine Störung des flexiblen Antriebselements 32 zu
verhindern, bis der Synchronantrieb 20 gewartet worden
ist. Insbesondere in diesem letzteren Fall kann die ECU 46 auf
das Signal 60 reagieren, um die Motorbetriebsgeschwindigkeit,
die Motorausgangsleistung etc. zu beschränken, bis ein
erfaßtes verschlechtertes flexibles Antriebselement 32 ersetzt
worden ist.
-
Obwohl,
wie oben erwähnt, die Verlängerung des flexiblen
Antriebselements 32 bezüglich einer Nenn-Herstellungslänge
einen begründeten Hinweis auf den Zustand des flexiblen
Antriebselements 32 liefern kann, ist anzunehmen, daß die
vor liegende Erfindung andere und/oder bessere Hinweise auf den Zustand
des flexiblen Antriebselements 32 liefern kann. Beispielsweise
ist, wie ersichtlich, die Gesamtamplitude der Kurve 108 größer
als die der Kurve 104, und diese vergrößerte
Amplitude kann einen weiteren Hinweis auf den Zustand der flexiblen
Antriebsgliedseinrichtung 32 liefern. Demgemäß kann die
ECU 46 zusätzlich zu dem Vergleichen einer bestimmten
Winkelposition der Abtriebsrolle 28 mit einer Einmessungsdatengruppe
oder stattdessen die Amplitude der erhaltenen Winkelpositionen vergleichen
und kann das Signal 60 ausgeben, wenn die Amplitude einen
festgelegten Wert überschreitet.
-
Günstiger
ist es, wenn die ECU 46 sowohl das Ausmaß des
Winkelpositionsnachlaufs als auch die Amplitude der Änderungen
der Winkelposition mit vorbestimmten Werten vergleicht und das Signal 60 ausgibt,
wenn diese Werte jeweils überschritten werden.
-
Ein
weiterer Test des Zustands des flexiblen Antriebselements 32 ist
eine Betrachtung der Geschwindigkeit, mit welcher sich das flexible
Antriebselement 32 verlängert, und es ist anzunehmen,
daß dieser Test einen besseren Hinweis auf den Zustand des
flexiblen Antriebselements 32 liefern kann. Insbesondere,
wenn das flexible Antriebselement 32 altert und/oder verschleißt
und das Ende seiner sicheren Lebensdauer erreicht, neigt dieses
dazu, sich mit einer schnelleren Geschwindigkeit zu verlängern
als der, mit welcher sich dieses zu früheren Zeitpunkten seiner
Lebensdauer verlängert hatte. Demgemäß kann
die ECU 46 Daten speichern, welche die Geschwindigkeit
anzeigen, mit welcher sich das flexible Antriebselement 32 verlängert,
und kann ein Signal 60 ausgeben, wenn diese Geschwindigkeit
einen Wert überschreitet, welcher durch den Hersteller
des Motors vordefiniert wurde. In einem derartigen Fall kann die
ECU 46 verschiedene Werte speichern, wie etwa die gefilterten
einzigen Werte (106 bzw. 110), welche eine bestimmte Winkelposition
und eine maßgebliche jeweilige Datierungskennung, welche
anzeigt, wann der jeweilige Wert erhalten wurde, repräsentieren.
-
Wenn
die ECU 46 als nächstes einen gefilterten einzigen
Wert einer vorbestimmten Winkelposition erhält, kann dieser
Wert mit den gespeicherten Werten und deren jeweiligen Datierungskennungen (welche
in Motorbetriebsstunden, Zeit, Motorstartvorgängen oder
jedem anderen maßgeblichen Zeitmaßstab ausgedrückt
werden können) verglichen werden, und wenn die ECU 46 bestimmt,
daß ein vorgegebener Betrag einer Verlängerung
innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne aufgetreten ist, so kann die
ECU das Signal 60 erzeugen, um anzuzeigen, daß das
flexible Antriebselement 32 einer Ersetzung bedarf.
-
Zusätzlich
zum Bestimmen des Zustands des flexiblen Antriebselements 32 durch
Bestimmen des Betrags der Verlängerung und/oder der Geschwindigkeit,
mit welcher die Verlängerung erfolgt, kann die vorliegende
Erfindung ferner einen direkteren Hinweis auf den Zustand von Riemen
liefern, welche als flexibles Antriebselement 32 verwendet
werden. Insbesondere können, wenn sich ein flexibler Riemen
mit der Zeit verschlechtert, kleine Stücke der Rippen des
Riemens von dem Riemen abbrechen und/oder können Drillfäden
in dem Riemen zerfransen und ausfasern. In beiden Fällen
ist es üblich, daß Rippenmaterial und/oder Fadenmaterialien
zwischen die innere Oberfläche des flexiblen Antriebselements 32 und
die Oberfläche einer oder beider Rollen aus der Gruppe
der Antriebsrolle 24 und der Abtriebsrolle 28 gelangt.
Wenn derartige Fremdobjekte zwischen der inneren Oberfläche
des flexiblen Antriebselements 32 und der Antriebsrolle 24 oder
der Abtriebsrolle 28 hindurchtreten, wird der Durchmesser
der jeweiligen Rolle im Effekt vergrößert, wobei
dies zu einer zeitweiligen scheinbaren Verkürzung des flexiblen
Antriebselements 32 führt.
-
Demgemäß kann
die ECU 46 die bestimmte Winkelposition der Abtriebsrolle 28 entweder
in festgelegten Intervallen oder auf einer laufenden Basis vergleichen,
um Änderungen zu erfassen, welche eine Verkürzung
des flexiblen Antriebselements 32 anzeigen. Wenn eine Verkürzung
von mehr als einem vorgegebenen Betrag und/oder über längere
Zeit als eine vorgegebene Zeitperiode erfaßt wird, so kann die
ECU das Signal 60 oder ein ähnliches Signal ausgeben,
um zu bestimmen, daß ein unerwünschter Zustand
vorliegt und daß der Synchronantrieb 20 eine Wartung
benötigt.
-
Ferner
kann, wenn flexible Riemen altern und/oder verschleißen,
sich das Gummimaterial, woraus diese hergestellt sind, versteifen,
und diese Versteifung kann ein weiterer Indikator sein, daß sich
der Riemen dem Ende seiner sicheren Lebensdauer nähert
bzw. dort angelangt ist. Diese Versteifung kann durch die ECU 46 anhand
einer Prüfung der Amplitude und/oder anderer Datenmerkmale
von Datenwerten in den Kurven 104 und 108 oder ähnlichem
erfaßt werden.
-
Wie
für Fachkundige nunmehr ersichtlich sein sollte, weiß die
ECU 46 bei der vorliegenden Erfindung zusätzlich
dazu, daß diese Informationen über den Zustand
des flexiblen Antriebselements 32 liefert, ferner die Winkelposition
der Abtriebsrolle 28 bezüglich der Antriebsrolle 24 mit
einem höheren Maß an Genauigkeit als bei vielen
Motoren des Stands der Technik. Demgemäß kann
die ECU 46 in Anbetracht dieser genaueren Informationen
die Kraftstoffeinspritzeinstellung, die Zündpunkteinstellung
und/oder die veränderliche Ventileinstellung einstellen,
um den Motorbetrieb zu verbessern, Verbrennungsvorgänge
zu verbessern und/oder Emissionen zu vermindern.
-
In
einem derartigen Fall kann die Bestimmung der Winkelposition der
Abtriebsrolle 28 zu Motorsteuerungszwecken auf einer laufenden
Basis durchgeführt werden, doch werden diese Da ten lediglich
zum Bestimmen der Verlängerung des flexiblen Antriebselements 32 berücksichtigt,
wie oben beschrieben, wenn der Motor bei den festgelegten Parametern
läuft, welche verwendet wurden, um die Einmessungsdaten
zu erhalten.
-
Wie
ferner für Fachkundige ersichtlich sein sollte, kann die
vorliegende Erfindung als zusätzlicher Vorteil verwendet
werden, um den Betrieb des Synchronantriebs 20 und/oder
anderer Motorkomponenten zu überwachen. Beispielsweise
kann die Amplitude von ungefilterten Gruppen von Winkelpositionen
der Abtriebsrolle 28 durch die ECU 46 berücksichtigt
werden, um die Stärke der Torsionsschwingungen zu bestimmen,
welche in dem Motor auftreten. Wenn die bestimmten Niveaus der Torsionsschwingungen
einen unerwünschten Betriebszustand anzeigen, wie etwa
einen Motorresonanzzustand, kann die ECU 46 den Betriebsmodus
des Motors, von Motor-Untersystemen oder Zubehörseinrichtungen ändern,
um die Resonanz zu vermeiden.
-
Ähnlich
kann eine Störung der Spannvorrichtung 36 oder
einer Laufrolle oder einer anderen Komponente des Synchronantriebs 20 gleichfalls
durch die ECU 46 erfaßt werden, welche die Amplitude, Frequenz
oder andere statistische Kenngrößen der Winkelpositionsdaten
prüft, welche für die Abtriebsrolle 28 erhalten
wurden. Beispielsweise kann eine statistische Analyse, wie etwa
durch Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen, Mittelwerte, Standardabweichungen
etc., wie dies für Fachkundige zu ersehen ist, verwendet
werden, um nützliche Informationen über den Betrieb
und den Zustand des Synchronantriebs 20 und des Motors,
worin dieser eingebaut ist, zu erhalten.
-
Ferner
ist es in dem Fall, daß die Spannvorrichtung 36 oder
eine andere Komponente des Synchronantriebs 20 versagt
oder fehlerhaft arbeitet, möglich, daß in der
flexiblen Antriebsgliedseinrichtung 32 ein „Zahnsprung"
erfolgen kann, wobei sich das flexible Antriebselement 32 lediglich
bezüglich einer Rolle aus der Gruppe der Abtriebsrolle 28 und der
Antriebsrolle 24 dreht. Beispielsweise ist es nicht unbekannt,
daß ein Riemen bei einem Kaltstart eines Motors über
eine oder mehrere Vertiefungen an der Abtriebsrolle 28 oder
der Antriebsrolle 24 hinweg durchschlupft, wenn die Spannvorrichtung
nicht fehlerfrei arbeitet. In einem derartigen Fall erfaßt
die vorliegende Erfindung einen derartigen Zahnsprung als plötzliche,
relativ große Zunahme der Verlängerung des flexiblen
Antriebselements 32. Demgemäß kann die
ECU 46 bei jedem Motoranlassen entsprechend arbeiten, um
einen Betrag der Verlängerung des flexiblen Antriebselements 32 zu
bestimmen, und kann, wenn der bestimmte Betrag der Verlängerung
einen gespeicherten „Zahnsprungs"-Wert überschreitet,
ein geeignetes Ausgangssignal 60 geliefert werden und kann
beispielsweise den Motor anhalten oder die Betriebsbedingungen des
Motors beschränken, bis der Synchronantrieb 20 gewartet
ist. Unter derartigen Umständen überschreitet
das Ausmaß der Verlängerung das Maß,
welches durch Torsionsschwingungen überlagert werden kann,
und somit ist es nicht notwendig, auf das nächste Eintreten
eines Zustands, wobei der Motor unter den gleichen Bedingungen läuft
wie denen, wobei die Einmessungsdatengruppe erhalten wurde, zu warten.
-
Ähnlich
kann die ECU 46 den Zahnsprungswert oder einen ähnlichen
Wert als maximalen Verlängerungswert und einen weiteren
vorab ausgewählten Wert als minimalen Verlängerungswert
für einen Test zur Vermeidung einer fehlerhaften Montage des
flexiblen Antriebselements 32 verwenden. Insbesondere bestimmt,
wenn das flexible Antriebselement 32 fehlerhaft montiert
ist, wobei die relativen Winkelpositionen der Abtriebsrolle 28 und/oder
der Antriebsrolle 24 um einen oder mehrere Zähne fehlangeordnet
sind, die ECU 46, daß die Länge des flexiblen
Antriebselements 32 entweder den Zahnsprungsprüfwert überschreitet
oder weniger als den minimalen Längenprüfwert beträgt,
und kann ein geeignetes Signal 60 ausgeben, um das Wartungspersonal
anzuweisen, die Montage zu korrigieren.
-
Obwohl
in weiten Teilen der obigen Erörterung der Sensor 40 ein
herkömmlicher Hall-Effekt-Sensor ist, kann, wenn sowohl
der Sensor 40 als auch der Sensor 44 Absolutpositionssensoren
sind, die vorliegende Erfindung ferner einen weiteren Vorteil im
Hinblick darauf ermöglichen, daß die relativen Winkelpositionen
der Antriebsrolle 24 und der Abtriebsrolle 28 bestimmt
werden können, wenn sich der Motor in einem Stillstandszustand
befindet, da, anders als Hall-Effekt-Sensoren, diese Absolutpositionssensoren
keine Bewegung der gemessenen Komponenten erfordern, um bedeutsame
Winkelpositionsinformationen zu liefern. Somit kann eine bewegungslose
Verlängerungsmessung des flexiblen Antriebselements 32 durchgeführt
werden, wobei keine zeitweiligen Fehler aufgrund von Torsionsschwingungen
auftreten. Ferner können die oben erwähnten Zahnsprungs-
und/oder Fehlmontagetests durchgeführt werden, bevor der
Motor in Drehung versetzt wird, was ansonsten zu Beschädigungen
an Motorkomponenten führen würde, wenn ein Zahnsprungszustand
aufgetreten ist.
-
Obgleich
in weiten Teilen der obigen Erörterung davon ausgegangen
wurde, daß der Sensor 40 ein Hall-Effekt-Sensor
ist und der Sensor 44 ein Absolutpositionssensor ist, ist
die vorliegende Erfindung nicht derart beschränkt, und
der Sensor 44 kann ein Hall-Effekt-Sensor oder ähnliches
sein, während der Sensor 40 ein Hall-Effekt-Sensor
oder ein Absolutpositionssensor sein kann, vorausgesetzt lediglich,
daß das verzahnte Rad, welches mit dem Sensor 44 verbunden
ist, in einem derartigen Szenario genügend Zähne
aufweist, um die erforderliche Auflösung (Anzahl n der
Intervalle) zu liefern, und daß der systematische Fehler
der Sensoren genügend einheitlich ist, um ausreichend genaue
Winkelpositionsbestimmungen zu erhalten.
-
Obgleich
die obige Erörterung lediglich einen einzigen Sensor 44 betraf,
ist ferner zu bedenken, daß bei Motoren mit zwei Nockenwellen
jede Nockenwelle einen jeweiligen Sensor 44 umfassen kann,
um eine Bestimmung der jeweiligen Winkelposition der jeweiligen
Abtriebsrolle 28 davon bezüglich der Antriebsrolle 24 und/oder
der jeweiligen anderen Abtriebsrolle 28 zu ermöglichen.
In einem derartigen Fall kann die ECU 46 die Änderung
der Länge 48 zwischen einer Nockenwelle und der
Kurbelwelle bestimmen und kann ferner die Änderung der
Länge der flexiblen Antriebsgliedseinrichtung 32 zwischen
den Abtriebsrollen der zwei Nockenwellen bestimmen.
-
Durch
Bestimmen der Änderungen dieser zwei Längen gewinnt
die ECU 46 zusätzliche Daten über den
Zustand der flexiblen Antriebsgliedseinrichtung 32, und
mit den Daten der bestimmten Winkelpositionen für jede
Nockenwelle kann die ECU 46 ferner die Motor-Zündpunkteinstellung,
Kraftstoffeinspritzeinstellung und/oder veränderliche Ventileinstellung
entsprechend ändern, um die Motorbetriebsvorgänge
zu verbessern. Der Sensor 44 kann alternativ an einer beliebigen
Rolle in dem Synchronantrieb 20 angebracht sein, wie etwa
an einer Abtriebsrolle für eine Wasserpumpe etc.
-
Ferner
ist zu bedenken, daß die vorliegende Erfindung eine Vielzahl
weiterer nützlicher Informationen liefern kann, wenn dies
erwünscht ist. Beispielsweise kann eine Analyse der Winkelpositionsdaten, welche
durch die ECU 46 erhalten wurden, mögliche Störungen
bzw. eine fehlerharte Arbeitsweise von Motorkomponenten, wie etwa
der Spannvorrichtung 36, einer Kühlmittel-Umwälzpumpe,
Automatikgetrieben, Ventilgestängekomponenten, wie etwa
verklemmte Ventile oder ermüdete Ventilfedern etc., erfassen.
Ferner kann die ECU 46 eine Exzentrizität der
Antriebsrolle 24 oder der Abtriebsrolle 28 aufgrund
von Verschleiß oder mangelhafter Herstellung erfassen.
-
Durch
die vorliegende Erfindung werden ein System und ein Verfahren zum
Bestimmen von Änderungen der Winkelposition einer Abtriebsrolle
bezüglich einer Antriebsrolle, wenn die Abtriebs- und die
Antriebsrolle durch ein flexibles Antriebselement, wie etwa einen
Zahnriemen oder eine Kette, in Gleichlauf verbunden sind, geschaffen.
Anhand dieser bestimmten Änderungen der Winkelposition
können das System und das Verfahren den Zustand des flexiblen
Antriebselements bestimmen und können ein geeignetes Signal
ausgeben, wenn der Zustand des flexiblen Antriebselements einen
vordefinierten Wert überschritten hat. Ferner können
das System und das Verfahren eine Vielfalt weiterer unerwünschter
Zustände beim Betrieb eines Motors erfassen und/oder kann
die Information über die relative Winkelposition verwendet
werden, um den Betrieb des Motors zu ändern, um die Arbeitsleistung
des Motors zu steigern und/oder die Emissionen zu vermindern, welche
bei Betrieb des Motors erzeugt werden.
-
Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen lediglich
Beispiele der vorliegenden Erfindung darstellen, und durch Fachkundige
können Änderungen und Abwandlungen daran vorgenommen
werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, welcher
ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche
definiert ist.
-
Zusammenfassung:
-
Es
werden ein System und ein Verfahren zum Bestimmen von Änderungen
der Winkelposition einer Abtriebsrolle bezüglich einer
Antriebsrolle, wenn die Abtriebs- und die Antriebsrolle durch ein
flexibles Antriebselement, wie etwa einen Zahnriemen oder eine Kette,
in Gleichlauf verbunden sind, geschaffen. Anhand dieser bestimmten Änderungen der
Winkelpositionen kann durch das System und das Verfahren der Zustand
des flexiblen Antriebselements bestimmt werden und ein geeignetes
Signal ausgegeben werden, wenn der Zustand des flexiblen Antriebselements
einen vordefinierten Wert überschritten hat. Ferner kann
durch das System und das Verfahren eine Vielfalt weiterer unerwünschter
Zustände beim Betrieb eines Motors und/oder kann die Information über
die relative Winkelposition verwendet werden, um den Betrieb des
Motors zu ändern, um die Arbeitsleistung des Motors zu
verbessern und/oder die Emissionen zu vermindern, welche beim Betrieb
des Motors erzeugt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10155199
A1 [0006]
- - DE 102005008580 A1 [0007]
- - WO 2006/045181 [0008]
- - WO 2006/045186 [0025, 0030]
- - WO 2006/045184 [0025, 0030]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Spicer et
al. [0007]
- - Cleland et al. [0008]