WO2007138057A1 - Verfahren zur steuerung des gaswechsels einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur steuerung des gaswechsels einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2007138057A1
WO2007138057A1 PCT/EP2007/055203 EP2007055203W WO2007138057A1 WO 2007138057 A1 WO2007138057 A1 WO 2007138057A1 EP 2007055203 W EP2007055203 W EP 2007055203W WO 2007138057 A1 WO2007138057 A1 WO 2007138057A1
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valve
gas exchange
control
control valve
opening
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PCT/EP2007/055203
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English (en)
French (fr)
Inventor
Juergen Schiemann
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling the gas exchange of an internal combustion engine with at least one hydraulically operated gas exchange valve, which an electrically controllable and controlled opening high-pressure side control valve and an electrically controllable and controlled closing spa horrseiti- ges control valve are assigned, and a control device for performing the method.
  • a hydraulic valve actuator takes place as a function of various operating parameters of the internal combustion engine by means of a generally controlled by software electronic control unit.
  • the control specifications of a gas exchange valve for example, for stroke and timing - taking into account system state variables such as supply voltage, combustion chamber pressure, Hydraulic pressure and temperature corresponding
  • system state variables such as supply voltage, combustion chamber pressure, Hydraulic pressure and temperature corresponding
  • a control signal is required for controlling a high-pressure back control valve (MVL) which determines the opening process of an EHVS actuator and for controlling a low-pressure-side control valve (MV2) responsible for the closing operation.
  • VTL high-pressure back control valve
  • MV2 low-pressure-side control valve
  • the control valves MVl and MV2 are designed in the known EHVS actuator as electromagnetically driven 2/2-way valves.
  • the solenoid valve MVl is in the non-driven, i. de-energized state closed, the MV2 solenoid valve opens without current.
  • Control methods known from the prior art for an EHVS actuator lead to a typical course of movement of a gas exchange valve actuated therewith, as shown by way of example in FIG. 2.
  • a course of movement 33 of a gas exchange valve is characterized by a single-stage opening process which is brought about by a single opening of the high-pressure-side control valve MV1.
  • the control valve MVl is driven with a single drive pulse, as shown in Fig. 2.
  • the so-called control duration tml the amount of inflowing oil for the desired stroke h of the gas exchange valve is metered.
  • the course of movement 33 known from the prior art and shown in FIG. 2 is characterized by the triggering of the low-pressure-side control valve MV2 likewise only once by means of a single control pulse, the end of the control pulse initiating the closing operation.
  • control methods described so far do not yet contain any specific concepts for individual adjustment or shaping of the opening and closing course of a gas exchange valve adjusted by means of EHVS.
  • a valve actuator according to US 2004 0107 924 A1 has a hydraulically assisted electromagnetically driven control valve, which is designed according to the principle of known high pressure injectors, on the high pressure side and a proportionally controllable and normally closed control valve on the low pressure side.
  • a hydraulically assisted electromagnetically driven control valve which is designed according to the principle of known high pressure injectors, on the high pressure side and a proportionally controllable and normally closed control valve on the low pressure side.
  • a disadvantage of this solution is, inter alia, that are affected by the comparatively slow adjustment of the system pressure all connected to a common high-pressure accumulator hydraulic actuator simultaneously. A targeted optimization of individual actuating operations is thus hardly possible or only in certain operating states.
  • both the opening and the closing speed are influenced in the same direction, i. a possibly desired separate optimization of the opening and closing edges is not possible.
  • the present invention therefore has the task of a solution for individual needs-based adjustment resp. indicate flexible shaping of the course of movement when opening and / or closing a operated by an EHVS actuator gas exchange valve, which can be implemented with minimal effort in a corresponding control system.
  • the gas exchange valve by opening the navald rear control valve with closed Klantzseiti- gene control valve applied with hydraulic pressure and thereby opened and relieved by opening the low-pressure side control valve with the high-pressure side control valve closed by a pressurization and thereby closed, and the gas exchange valve is opened in several partial strokes by the high-pressure-side control valve is controlled several times in succession with the low-pressure side control valve, and / or the gas exchange valve is closed in several partial strokes by the low-pressure side control valve is controlled several times in succession with the high-pressure side control valve closed.
  • the gas exchange valve is in particular an inlet or outlet valve. It is preferably opened or closed discontinuously with interruption of the opening movement in several stages.
  • partial strokes comprise at least two partial strokes.
  • the high-pressure side control valve and the low-pressure side control valve are preferably electrically actuated. It is preferably provided that the high-back control valve closes activated and the low-pressure side control valve opens controlled.
  • a multiple successive activation of the high-pressure-side control valve or the low-pressure-side control valve is realized as at least one-time interruption of a control of this control valve.
  • a partial lift when opening the gas exchange valve control specifications for the beginning of the parking operation and for be assigned to the Hubinkrement or the resulting stroke of the gas exchange valve is provided.
  • the gas exchange valve is closed in several partial strokes by the low-pressure-side control valve is controlled several times in succession or with at least one Anberichtbrechung when the high pressure side control valve is closed.
  • Associated control specifications for a shaping of the closure curve according to the invention have, for example, specifications for the beginning or end of a partial stroke during closing and for an associated stroke decrement or a reduced stroke set thereby, alternatively for the time and duration of the single or multiple temporary opening of the control valve MV2.
  • the central advantage of these solutions according to the invention lies in the combination of flexibility (the parameters for the multiple opening of a control valve MVl or MV2 or the lift increments or decimals as well as the relative position and possibly the number of partial strokes can be selected within wide limits; there is little or no dependence on the system pressure), simplicity (the corresponding control functions can be easily implemented as an extension of the already known functions and require hardly any additional resources) and effectiveness (the point-specific requirements of course shaping are fully met).
  • the gas exchange valve can be opened in a further embodiment or advantageous use of the method in the region of a top dead center of the reciprocating gradually according to a limit curve of the valve lift to avoid collision of the components safely.
  • At least one inlet valve and at least one outlet valve are present as gas exchange valves and the opening times of the inlet valve and outlet valve overlap, wherein this overlap can be optimized by means of the progression according to the invention.
  • the invention further relates to a control device for carrying out the method mentioned above.
  • the control unit is preferably equipped with means for controlling a gas exchange valve in partial strokes.
  • control functions included in the control unit which determine the required technical control variables based on corresponding desired values and bring about the generation of the electrical control.
  • control unit comprises means for multiple control of a high-pressure side control valve MVl and / or a low-pressure side control valve MV2.
  • the invention further relates to a method for gas exchange of an internal combustion engine with at least one hydraulically actuated gas exchange valve, wherein the gas exchange valve is opened and / or closed in several partial strokes.
  • the hydraulically actuated gas exchange valve by means of a sharkd rear-side control valve and a low-pressure side control valve pressurized with hydraulic pressure and so can be opened and closed.
  • the harnessed back control valve and the low-pressure side control valve are electrically controlled.
  • the opening of the high-back control valve causes a closing of the gas exchange valve with the low-pressure side control valve opening the gas exchange valve and the opening of the low-pressure side control valve with the high-pressure side control valve closed.
  • the gas exchange valve is opened in several partial strokes by the high-pressure side control valve is energized several times in succession with closed low-pressure side control valve.
  • the gas exchange valve is closed in several partial strokes by the low-pressure side control valve is energized several times in succession with the high pressure side control valve closed.
  • the gas exchange valve in the region of the top dead center of the reciprocating piston is opened stepwise according to a limit curve of the valve lifts.
  • At least one inlet valve and at least one outlet valve are present as gas exchange valves and that the opening times of the inlet valve and outlet valve overlap.
  • the partial strokes are executed as Hubinkremente and a Hubinkrement an opening period and an opening time of the high-pressure side control valve is assigned.
  • the invention further relates to a corresponding control device for carrying out the aforementioned method.
  • FIG. 2 shows a course of movement of a gas exchange valve operated according to the prior art by means of a hydraulic actuator
  • FIG. 3 shows an exemplary course of motion with the invention according to the development of the opening of a hydraulically actuated gas exchange valve
  • FIG. 4 shows a first exemplary embodiment of a control method according to the invention with stepped opening of the inlet valve (full-load optimization / collision avoidance),
  • FIG. 5 shows a second exemplary embodiment of a control method according to the invention with stepped opening of the inlet valve (mixture formation optimization at a part-load operating point, especially during warm-up),
  • FIG. 6 is a block diagram describing an exemplary realization of the control functions of the hydraulic actuator with the invention according to the development of the opening process
  • FIG. 7 is a block diagram describing an implementation of the block "control hub" in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a block diagram describing an implementation of the block "control hub" in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a block diagram describing a realization of the block "open angle control" in FIG. 6;
  • FIG. 9 is a block diagram describing a realization of the block "Control Angle Close” in FIG. 6, and FIG
  • Fig. 10 is a block diagram describing an extension of the block "Control Angle Close” in Fig. 6 to illustrate closing in partial strokes.
  • FIG. 1 schematically shows a known exemplary embodiment of an electrohydraulic valve control (EHVS), on the basis of which the control method according to the invention is to be described.
  • EHVS electrohydraulic valve control
  • FIG. 1 schematically shows a known exemplary embodiment of an electrohydraulic valve control (EHVS), on the basis of which the control method according to the invention is to be described.
  • EHVS electrohydraulic valve control
  • the invention is not limited to this exemplary application.
  • the actuator 30 shown in FIG. 1 serves as an example for actuating a gas exchange valve 1 of an internal combustion engine.
  • the gas exchange valve 1 can be embodied as an inlet valve EV or as an outlet valve AV. When closed, it rests on a valve seat 2.
  • a pair of interconnected gas exchange valves are actuated together by means of a single hydraulic actuator, in particular synchronously opened and closed. If in the following of a gas exchange valve 1 is mentioned, can always be meant a double valve in the sense of this extended arrangement.
  • the gas exchange valve 1 is actuated by a hydraulic working cylinder 3, which represents the central mechanical-hydraulic component of an electro-hydraulic actuator 30.
  • the actuator 30 shown by way of example in FIG. 1 comprises a high-pressure-side control valve MVl (first control valve) and a low-pressure side control valve MV2 (second control valve), hydraulic lines 11 and 19a and 19b, a valve brake 29 and an optional check valve RVl ,
  • MVl first control valve
  • MV2 second control valve
  • hydraulic lines 11 and 19a and 19b hydraulic lines 11 and 19a and 19b
  • a valve brake 29 and an optional check valve RVl
  • the components mentioned are integrated in typical designs of a controller 30 in a structural unit.
  • the control valves MVl and MV2 are electrically controlled, ie by energizing, for example, a coil - in the case of an electromagnetic drive - open or closed. They can each have electrical output stages, so that the electrical drive signals can have a low electrical output.
  • the working cylinder 3 is formed as a differential cylinder with a piston 5 which has a greater upper unt effective area A if and a smaller lower effective area A.
  • the upper effective area A Whether delimits a first working chamber 7 and the lower effective area A unt a second working space 9 of the working cylinder 3.
  • the two working chambers 7 and 9 are of a feed line 11, which is composed of the sections IIa, IIb and 11c with pressurized standing hydraulic fluid, such as hydraulic oil supplied.
  • the working cylinder 3 is hydraulically connected to the high-pressure accumulator 13, which is fed by a high-pressure pump 17, via the feed line 11 and the non-return valve RV 1 built therein.
  • the first control valve MVl In the section IIb of the feed line 11, which connects the second working space 9 and the first working space 7, the first control valve MVl is arranged. In the switching state shown in Fig. 1, it is closed and de-energized.
  • the hydraulic fluid in the first working space 7 can be discharged via a return line 19 pressurized in the section 19c or pressurized with a low level of pressure which is composed of the sections 19a, 19b and 19c.
  • the second control valve MV2 is arranged, which is shown open in Fig. 1.
  • the second control valve MV2 is advantageously opened normally.
  • a closing spring 27 may be provided, which brings the gas exchange valve 1 in the closed position, that is in abutment with the valve seat 2, in an unpressurized working cylinder 3 or holds it in this position.
  • the closing spring 27 can also be designed such that it applies the closing force alone and receives a correspondingly high amount of potential energy during the opening process.
  • the hydraulic connection 11c and the function accounts for the second working chamber 9, that is, the impingement of the lower effective area A unt of the piston 5 with the pressure of the high pressure accumulator 13.
  • the hydraulic working cylinder 3 is thus formed in this case as a single-acting working cylinders .
  • the spring 27 is progressive designed, that is with an over the travel of the piston 5 increasing spring force.
  • the piston 5 can be executed in two parts (not shown), wherein a first stage, which moves only on a first path section when opening the gas exchange valve 1, an additional effective area for the pressure in the first working space 7 provides.
  • a first stage which moves only on a first path section when opening the gas exchange valve 1
  • an additional effective area for the pressure in the first working space 7 provides.
  • the hydraulic actuator so the upper effective area A Ob and thus the opening force of the actuator 30 during a first path section when opening the gas exchange valve 1 is increased, with the advantage that the gas exchange valve 1 can be opened against higher gas forces and faster.
  • a hydraulic braking device 29 is provided between the first working chamber 7 and the second control valve MV2.
  • This hydraulic braking device 29 operates as follows: When the piston 5 moves upwards and as a result the volume of the first working space 7 is reduced, the hydraulic fluid flows out of the first working space 7 through the portion 19a of the return line 19 until the Upper edge of the piston 5, the portion 19a of the return line 19 closes. Thereafter, the hydraulic fluid from the first working chamber 7 only via the hydraulic braking device 29, which consists essentially of a throttle, flow. As a result of their increased flow resistance in comparison to section 19a of the return line, the piston 5 is braked before the gas exchange valve 1 rests on the valve seat 2.
  • a temperature sensor Trail and a pressure sensor prail are arranged, which are connected via signal lines to a control unit 31.
  • the high pressure pump 17, the first control valve MVl and the second control valve MV2 are also connected via signal lines to the control unit 31 and are controlled by the latter.
  • the control unit 31 can, for example, also process a transmitter signal for the angular position of a crankshaft and / or further transmitter signals (not shown).
  • the signal lines are shown in FIG. 1 as dashed lines.
  • the hydraulic brake device 29 can be designed as an active brake device and can be controlled by the control device 31 as required via a signal line (not shown in FIG. 1).
  • the pressure p ra , i of the high-pressure accumulator 13 can also be regulated as a function of the desired adjusting movement or opening force of the gas exchange valve 1 by means of a corresponding activation of the high-pressure pump 17.
  • the second control valve MV2 is activated and thereby closed.
  • the first control valve MVl is activated and thus opened.
  • a pressure equalization takes place between the first working space 7 and the second working space 9.
  • the gas exchange valve 1 opens, because the acted upon by the first working chamber 7 with pressure face A Whether the piston 5 is greater than the second working chamber acted upon by the pressure ring 9 with area A of the piston unt. 5
  • the control of the first control valve MVl is in two ways of great importance: First, the start of the opening movement of the gas exchange valve 1 is set with the start of control of the first control valve MVl, and secondly has the Duration of activation - hereinafter referred to as activation time tml - significant influence on the stroke of the gas exchange valve 1.
  • the control duration tml determines how long the first control valve MVl remains open, resulting in the amount of the high-pressure accumulator 13 in the first working space 7 flowing oil , which in turn directly determines the valve lift.
  • the desired valve lift of the gas exchange valve 1 is established.
  • the method according to the invention described below is not limited to the system embodiment described above in the sense of an example.
  • piezo valves may be used instead of magnetic switching valves and / or proportional instead of switching valves.
  • Multi-way valves are also possible instead of 2/2-way valves.
  • the first control valve MVl or a combined control valve can also be actuated by means of hydraulic pressure force, with further control valves, for example electro-hydraulic servo valves, being used.
  • the inventive method of the stroke control is used to determine the control of a servo valve, which serves to close the control valve MVl and thus for metering the inflowing during the adjustment hydraulic oil, so that a desired adjustment of the piston 5 and a desired stroke of the Gas exchange valve 1 is brought about.
  • the pressure supply can also be fixed instead of adjustable.
  • the check valve RVl may also be missing. In the hydraulic circuit more can not be shown here
  • Components be present, for example, a connection of the first working space 7 of the working cylinder 3 with the high-pressure accumulator 13 via a further check valve.
  • the scope of the sensors may be limited or extended compared to the example shown in FIG.
  • there may be a plurality of pressure sensors which may preferably be distributed at different points of the high-pressure accumulator 13, but also directly at the beginning of the individual working cylinders 3.
  • a detection of the oil temperature can also - alternatively or in addition to that in FIG 1 indicated location - 7 and 9 individual working cylinder 3 are provided on the high-pressure side entrance or in the work spaces.
  • additional temperature sensors may be provided on structural materials, such as cylinder head, cylinder, actuator or solenoid valve housings, or coil temperature of solenoid valves, and / or an oil viscosity sensing sensor.
  • a stroke sensor may also be provided (not shown in FIG. 1) which determines the travel or stroke of an electrohydraulic actuator 30 or its associated piston 5. Corresponding information obtained with the sensors mentioned can be included in the method according to the invention for improving the control accuracy.
  • this integrated unit may also include a stroke sensor and / or further sensors and / or corresponding parts of the control electronics, which is represented in FIG. 1 by the control unit 31.
  • control unit 31 consist of several separate parts or electronic modules (not shown), which are interconnected by electrical lines or communication channels and - grown - in whole or in part - to individual actuators 30 or attached to this actuator 30.
  • control variables ie, the control start wbml and the control duration tml of the control valve MVl and the control start wbm2 and the control end wem2 of the control valve MV2 are determined, wherein the variables wbml, wbm2 and wem2 are suitably defined as the crank angle.
  • Fig. 3 shows a course shaping according to the invention of the opening and closing operation of a gas exchange valve, wherein the opening operation is realized by way of example by means of two mutually remote Operahübe 35a and 35b.
  • the increments hsoll l and hsoll_2 as well as the control times or start angles wob_l and wob_2 of the partial strokes can be set according to corresponding specifications which can be selected or adjusted within wide limits.
  • the respectively required amount of oil, which flows in the high side at the rear, is metered by the pulse durations tml_l and tml_2 of the two separate drive pulses 36a and 36b of the control valve MV1.
  • the position of the pulses corresponds to the desired angles or times for the beginning of the respective partial stroke.
  • the beginning of the first partial stroke is the opening time wob of the gas exchange valve.
  • the control valve MV2 is activated during the entire period of the opening process of the gas exchange valve and a short holding phase and thus closed. With the end wem2 this first drive phase of the control valve MV2, the closing operation is initiated.
  • FIG. 4 shows a first control strategy which makes use of the inventive history forming in an intake valve to optimize the engine operation to a high-speed, high-performance (full-load) operating point.
  • At least one exhaust valve closes in the region of top dead center OT (charge exchange TDC) of the reciprocating piston and at least one inlet valve (curve 35) opens there.
  • TDC charge exchange TDC
  • Line 37 marks, for example, a critical limit curve of the valve strokes ("piston curve"), exceeding which means the collision case.
  • the first partial lift 35a permits a desired valve overlap of the outlet valve AV and inlet valve EV (flushing or reloading effect for filling increase), without it being possible for the inlet valve EV to collide with the reciprocating piston.
  • FIG. 5 shows a second control strategy, which advantageously uses the possibility of contouring for optimizing the mixture formation.
  • a suction-pipe-injected gasoline engine at a part-load operating point where low strokes of intake and exhaust valves are advantageous, which are adjusted by means of the hydraulic valve control in this example. Due to the low valve lifts there is no risk of collision with the reciprocating piston. Furthermore, especially the phase of warm-up is considered, in which the thermal energy for mixture preparation before resp. is insufficient during the suction process. There is a danger of the formation of larger drops in the intake stream and / or a wall film in the cylinder, the one as the other reduces the combustion and exhaust gas quality and increases fuel consumption. This problem can be solved by means of mechanical atomization of the fuel droplets due to a high shear gradient (velocity gradient across the flow) in the valve gap of the inlet valve (EV).
  • a high shear gradient velocity gradient across the flow
  • valve lift curves controlled according to the prior art as shown in FIG. 2, these prerequisites can be brought about by opening the EV at least slightly, rather distinctly late, which initially results in a negative pressure in the cylinder causes. This results in the desired increase in flow rates at the start of aspiration.
  • the disadvantage is an increased charge exchange costs, which is also only partly and often insufficiently converted into a better mixture preparation, since the gas exchange valve in a train and thus relatively fast to the final stroke (eg 2 mm) is opened. Therefore, the shear rate is high enough for nebulization of the drops for a very short time, often too short, ie shorter than the first phase of suction, in which the majority of the fuel enters the combustion chamber.
  • FIG. 5 shows an improved implementation of atomization by means of optimized progressive shaping of the opening process of the EV and thus appropriate shaping of the intake flow.
  • a first partial stroke in which the inlet valve initially opens to a very low lifting level (for example 0.5 to 1 mm).
  • a second partial stroke to the optimum stroke level of, for example, 2 mm for the desired filling takes place only when the metered quantity of fuel has essentially been sucked in. Due to the initially very small stroke, a sufficiently high shear gradient for atomizing the drops is achieved without the flow velocity having to be additionally increased by negative pressure generated or increased by means of late opening.
  • the inlet side opens in the TDC range, whereby even a flow-dynamic advantageous valve overlap outlet - inlet is shown. If opened later, this may not be possible without the stepped stroke, e.g. when the exhaust side of the engine is not variably controlled.
  • Such a control method with progressive shaping of the intake flow in a suction-pipe-injected gasoline engine can advantageously be developed by a coordinated course shaping of intake flow and fuel metering (injection), the latter being not or only partially preceded.
  • FIG. 6 shows a block diagram which represents an exemplary realization of the control of a hydraulic actuator with inventive contouring of the opening process.
  • For the closing process here are initially considered no partial strokes.
  • a Extension of the block diagram for the latter case will be explained with reference to FIG. 10.
  • default values are formed, generally depending on the operating point and control strategy, as in the examples of FIGS. 4 and 5, which specify the desired valve lift curve.
  • FIG. 6 this is shown by way of example for an opening course in two partial strokes, wherein the partial strokes are determined by stroke increments hsoll l and hsoll_2 with associated angles wob_l and wob_2 for the beginning of the respective partial stroke.
  • the closing process is controlled without shaping and is thus determined solely by the desired value wse of the closing angle.
  • control hub and “control angle open” and “control angle closed” shown in FIGS. 7 to 9.
  • This conversion depends on the hydraulic state variables pöl, Töl and possibly various other factors (gas power, speed), as described in the published patent applications DE 10 2005 002 385 Al and DE 10 2005 002 384 Al and the patent application DE 10 2006 016 145 Al.
  • the lift increments hsoll l and hsoll_2 are converted in this embodiment of the invention into opening periods or activation periods tml 1 and tml 2 of the control valve MV 1.
  • the open angles wob_l and wob_2 are converted into starting angles wbml and wbm2 for the two drive pulses of the control valve MVl, which respectively express the pulse durations tml_l. have tml_2.
  • the control of the control valve MVl is already completely specified.
  • the actuation variable wbm2 (starting angle control MV2) is determined from the open angle wob_l according to a time limit by which the control of the control valve MV2 is to begin before the first opening of the control valve MV1, which is one of the rotational speed (nmot). dependent conversion means.
  • angle end control MV2 From the crank angle wse the driving end wem2 (angle end control MV2) is calculated, for which a method or. a control function of the closing angle Control can be used in accordance with the priority older postpublished document DE 10 2006 016 145 A1 of the applicant.
  • control variables which with respect to the partial strokes comprise a corresponding number (one and more) of values for the control of the control valves MV1 or MV2 (pulses 1, 2,...), Are given as "orders" to a pulse generation unit which the pulse signals, based here on timer and angle clock generated.
  • crank angle angle clock
  • output-side refinement of the "tooth increments” typically 6 °
  • FIGS. 7 to 9 show the next refinement level of the implementation of the control blocks shown in FIG. 6, the task of which has already been briefly described above.
  • FIG. 8 shows a structure analogous to FIG. 7 for the calculation of the values wbml_l, wbml_2, etc.
  • calibratable delay times e.g. stored in maps over pöl and Töl, to convert wob_l into wbml_l, etc., taking into account the actual speed nmot to convert the time into angular differences. If necessary, existing differences between the first and the subsequent partial strokes can again be distinguished by means of the Boolean variable already described.
  • FIG. 9 shows a block diagram for calculating the drive quantity wem2. This is the crankshaft angle at which the (first) drive of the second control valve MV2 is stopped.
  • the parameter wem2 is determined so that the control specification wse (angle closing end) of the gas exchange valve (1) is optimally set in the non-stepped closing operation considered here.
  • FIG. 10 illustrates by way of example a control function for a multi-stage closing operation as an extension of the exemplary control of FIG. 6.
  • the function module "control closing (partial strokes)” replaces the module “control angle closing” in FIG. 6, the remaining functional modules of FIG 6 remain unchanged and are not shown again in FIG.
  • Output variables of the functional module are the control variable wem2 for the end of the first control pulse of the control valve MV2 and the control variables wbm2_ls and wem2_ls, which define the beginning or end of the second control pulse of the control valve MV2. These control variables are converted by the subsequent pulse generation unit into corresponding control signals of the control valve MV2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Gaswechsels einer Brennkraft- maschine mit mindestens einem hydraulisch betätigten Gaswechselventil (1), dem ein elektrisch ansteuerbares und angesteuert öffnendes hochdruckseitiges Steuerventil (MV1) und ein elektrisch ansteuerbares und angesteuert schließendes niederdruckseitiges Steuerventil (MV2) zugeordnet sind. Es ist vorgesehen, dass das Gaswechselventil (1) durch Öffnen des hochdruckseitigen Steuerventils (MV1) bei geschlossenem niederdruckseitigen Steuerventil (MV2) mit Hydraulikdruck beaufschlagt und dadurch geöffnet sowie durch Öffnen des niederdruckseitigen Steuerventils (MV2) bei geschlossenem hochdruckseitigen Steuerventil (MV1) von einer Druckbeaufschlagung entlastet und dadurch geschlossen wird, und dass das Gaswechselventil (1) in mehreren Teilhüben geöffnet wird, indem das hochdruckseitige Steuerventil (MV1) bei geschlossenem niederdruckseitigen Steuerventil (MV2) mehrfach nacheinander angesteuert wird, und/oder in mehreren Teilhüben geschlossen wird, indem das niederdruckseitige Steuerventil (MV2) bei geschlossenem hochdruckseitigen Steuerventil (MV1) mehrfach nacheinander angesteuert wird.

Description

Verfahren zur Steuerung des Gaswechsels einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Gaswechsels einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem hydraulisch betätigten Gaswechselventil, dem ein elektrisch ansteuerbares und angesteuert öffnendes hochdruckseitiges Steuerventil und ein elektrisch ansteuerbares und angesteuert schließendes niederdruckseiti- ges Steuerventil zugeordnet sind, sowie ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2004 040 210 Al ist eine nockenwellenfreie elektrohydraulische Ventilsteuerung EHVS bekannt, die dazu ausgebildet ist, Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mittels hydraulischer Druckkraft zu verstellen, d.h. hydraulisch zu öffnen und zu schließen.
Bei einem solchen EHVS-System können Hub und Steuerzeiten sowie Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit von Gaswechselventilen prinzipiell frei programmiert werden. Dies ermöglicht eine flexible Steuerung des Gaswechsels der Brennkraftmaschine, womit das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine sowie deren spezifischer Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen verbessert werden können.
Die Ansteuerung eines hydraulischen Ventilstellers erfolgt in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine mittels eines im Allgemeinen durch Software gesteuerten elektronischen Steuergeräts. Dabei werden aus Steuerungsvorgaben eines Gaswechselventils - bspw. für Hub und Steuerzeiten - unter Berücksichti- gung von System-Zustandsgrößen wie z.B. Versorgungsspannung, Brennraumdruck, Hydraulikdruck und Temperatur entsprechende Stelleransteuersignale erzeugt. Bei dem genannten EHVS-System wird jeweils ein Ansteuersignal zur Ansteuerung eines den Öffnungsvorgang eines EHVS-Stellers bestimmenden hochd rückseitigen Steuerventils (MVl) sowie zur Ansteuerung eines für den Schließvorgang zuständigen niederdruck- seitigen Steuerventils (MV2) benötigt.
Die Steuerventile MVl und MV2 sind bei dem bekannten EHVS-Steller als elektromagnetisch angetriebene 2/2-Schaltventile gestaltet. Das Magnetventil MVl ist im nicht angesteuerten, d.h. stromlosen Zustand geschlossen, das Magnetventil MV2 stromlos of- fen.
Nach dem Stand der Technik bekannte Steuerungsverfahren für einen EHVS-Steller führen zu einem typischen Bewegungsverlauf eines damit betätigten Gaswechselventils, wie er beispielhaft in Fig. 2 gezeigt ist. Ein solcher Bewegungsverlauf 33 eines Gas- wechselventils ist gekennzeichnet durch einen einstufigen Öffnungsvorgang, der durch ein einmaliges Öffnen des hochdruckseitigen Steuerventils MVl bewirkt wird. Dazu wird das Steuerventil MVl mit einem einzelnen Ansteuerpuls angesteuert, wie in Fig. 2 dargestellt. Durch die Länge des Pulses, die so genannte Ansteuerdauer tml, wird die Menge des zufließenden Öls für den gewünschten Hub h des Gaswechselventils dosiert.
Des Weiteren ist der nach dem Stand der Technik bekannte und in Fig. 2 gezeigte Bewegungsverlauf 33 charakterisiert durch das ebenfalls nur einmalige Ansteuern des nie- derdruckseitigen Steuerventils MV2 mittels eines einzelnen Ansteuerpulses, wobei das Ende des Ansteuerpulses den Schließvorgang einleitet.
Hingegen beinhalten die bislang beschriebenen Steuerungsverfahren noch keine spezifischen Konzepte zur bedarfgerechten individuellen Einstellung bzw. Formung des Öff- nungs- und Schließverlaufs eines mittels EHVS verstellten Gaswechselventils.
Aus der Anmeldeschrift US 2004 0107 924 Al ist ein anderer elektrohydraulischer Ventilsteller bekannt, der in wesentlichen Merkmalen von dem genannten EHVS-Steller abweicht. Ein Ventilsteller nach der US 2004 0107 924 Al weist ein hydraulisch unterstütztes elektromagnetisch angetriebenes Steuerventil, das nach dem Prinzip bekannter Hochd ruck- Injektoren gestaltet ist, auf der Hochdruckseite sowie ein proportional steu- erbares und stromlos geschlossenes Steuerventil auf der Niederdruckseite auf. Für ei- nen solchen Steller wird in der zitierten Schrift ein Öffnungsvorgang in zwei Stufen beschrieben und des Weiteren auf die Möglichkeit hingewiesen, dass die Schließgeschwindigkeit eines solchen Stellers mittels des proportionalen niederdruckseitigen Steuerventils individuell eingestellt werden kann.
Bei einem aus der DE 10 2004 040 210 Al bekannten EHVS-Steller ist dem gegenüber eine individuelle Einstellung bzw. Regelung der Geschwindigkeit beim Öffnen oder Schließen konstruktionsbedingt nicht möglich. Daher ist nach dem Stand der Technik lediglich die Veränderung des Systemdrucks als globaler Parameter bekannt, um die Stellgeschwindigkeit eines EHVS-Stellers zu steuern.
Nachteilig an dieser Lösung ist unter Anderem, dass durch die vergleichsweise langsame Verstellung des Systemdrucks alle an einem gemeinsamen Hochdruckspeicher angeschlossenen hydraulischen Steller gleichzeitig betroffen sind. Eine gezielte Optimie- rung einzelner Stellvorgänge ist damit kaum oder nur in bestimmten Betriebszuständen möglich.
Darüber hinaus ist nachteilig, dass sowohl die Öffnungs- als auch die Schließgeschwindigkeit gleichsinnig beeinflusst werden, d.h. eine unter Umständen gewünschte separate Optimierung der Öffnung- und Schließflanken ist so nicht möglich. Eine für manche Betriebspunkte typische Anforderung eines eher langsamen Öffnens, aber möglichst schnellen Schließens eines Gaswechselventils ist so nicht erfüllbar.
Als besonders nachteilig erweist sich jedoch die Verkopplung von Kraft und Geschwin- digkeit beim Verstellen der Einflussgröße "Systemdruck". Gerade solche Betriebspunkte, z.B. mit hoher Drehzahl und Motorleistung, bei denen eine große Kraft des hydraulischen Stellers insbesondere zum Öffnen der Auslassventile gegen den Druck im Brennraum und oft gleichzeitig auch für ein möglichst schnelles Schließen auf der Einlassseite nötig bzw. gewünscht ist, zeigen auf der anderen Seite Bedarf für einen eher langsamen Öffnungsverlauf speziell für die Gaswechselventile auf der Einlassseite.
Die gezielte Einstellung des Systemdrucks stellt hier bestenfalls einen Kompromiss, oder trade-off, zwischen den genannten gegenläufigen Anforderungen dar, wobei eine konkret getroffene Wahl die geforderte Öffnungskraft in jedem Falle berücksichtigen muss, dabei jedoch die Belange des optimalen Öffnungs- und Schließverlaufs oft nur unzureichend oder eher schlecht erfüllen kann.
Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, eine Lösung zur individuellen be- darfsgerechten Einstellung resp. flexiblen Formung des Bewegungsverlaufs beim Öffnen und/oder Schließen eines durch einen EHVS-Steller betätigten Gaswechselventils anzugeben, welche mit nur minimalem Aufwand in einem entsprechenden Steuerungssystem umgesetzt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gaswechselventil durch Öffnen des hochd rückseitigen Steuerventils bei geschlossenem niederdruckseiti- gen Steuerventil mit Hydraulikdruck beaufschlagt und dadurch geöffnet sowie durch Öffnen des niederdruckseitigen Steuerventils bei geschlossenem hochdruckseitigen Steuerventil von einer Druckbeaufschlagung entlastet und dadurch geschlossen wird, und dass das Gaswechselventil in mehreren Teilhüben geöffnet wird, indem das hoch- druckseitige Steuerventil bei geschlossenem niederdruckseitigen Steuerventil mehrfach nacheinander angesteuert wird, und/oder das Gaswechselventil in mehreren Teilhüben geschlossen wird, indem das niederdruckseitige Steuerventil bei geschlossenem hochdruckseitigen Steuerventil mehrfach nacheinander angesteuert wird. Das Gaswechselventil ist insbesondere ein Einlass- oder Auslassventil. Es wird vorzugsweise diskontinuierlich mit Unterbrechung der Öffnungsbewegung in mehreren Stufen geöffnet bzw. geschlossen. Mehrere Teilhübe umfassen mindestens zwei Teilhübe. Das hochdruckseiti- ge Steuerventil und das niederdruckseitige Steuerventil werden bevorzugt elektrisch angesteuert. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das hochd rückseitige Steuerventil angesteuert schließt und das niederdruckseitige Steuerventil angesteuert öffnet.
Weiterhin ist vorgesehen, dass eine mehrfach nacheinander erfolgende Ansteuerung des hochdruckseitigen Steuerventils oder des niederdruckseitigen Steuerventils als mindestens einmalige Unterbrechung einer Ansteuerung dieses Steuerventils realisiert wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass einem Teilhub beim Öff- nen des Gaswechselventils Steuervorgaben für den Beginn des Stellvorgangs und für das Hubinkrement oder den resultierenden Hub des Gaswechselventils zugeordnet werden.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Formung des Öffnungs- Verlaufs eines hydraulischen Stellers werden beispielsweise in einem ersten Schritt Sollwerte für Hubinkremente und Beginn- Zeitpunkte bzw. -Kurbelwinkel oder dazu äquivalente Bestimmungsgrößen mehrerer Teilhübe, oder alternativ Steuervorgaben für das mehrfache Öffnen des hochdruckseitigen Steuerventils MVl gebildet, und in einem zweiten Schritt die zur Realisierung der Vorgaben benötigten Werte der technischen Ansteuergrößen für die Ansteuerung der Steuerventile MVl und ggf. MV2 betriebspunktabhängig berechnet und zeitgerecht an eine Pulsgenerierungseinheit zur Generierung der betreffenden Ansteuersignale ausgegeben. In einem dritten Schritt erzeugt die Pulsgenerierungseinheit die Ansteuersignale und gibt sie an die Steuerventile resp. die diese treibenden Endstufen aus.
Wenn erfindungsgemäß und beispielhaft ein Öffnungsvorgang mit mindestens zwei Teilhüben gewünscht ist, zeigt sich dies an mindestens zwei voneinander abgesetzten und in definiertem Zeitabstand aufeinander folgenden Pulsen im Ansteuersignal des Steuerventils MVl, wobei gleichzeitig das Ansteuersignal des Steuerventils MV2 im ty- pischen Falle sicherstellt, dass das Steuerventil MV2 während des mindestens zweimaligen Öffnens des Steuerventils MVl und der dadurch bewirkten mindestens zwei Teilhübe des Stellers geschlossen ist.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Gaswechselventil in mehreren Teilhüben geschlossen wird, indem das niederdruckseitige Steuerventil bei geschlossenem hochdruckseitigen Steuerventil mehrfach nacheinander bzw. mit mindestens einer Ansteuerunterbrechung angesteuert wird.
Zugehörige Steuervorgaben für eine erfindungsgemäße Formung des Schließverlaufs weisen zum Beispiel Vorgaben für Beginn oder Ende eines Teilhubs beim Schließen sowie für ein zugehöriges Hubdekrement oder einen dadurch eingestellten reduzierten Hub, alternativ für Zeitpunkt und Dauer des ein- oder mehrmaligen zeitweisen Öffnens des Steuerventils MV2 auf. Der zentrale Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösungen liegt in der Kombination von Flexibilität (die Parameter für das mehrfache Öffnen eines Steuerventils MVl oder MV2 bzw. die Hubinkremente oder -Dekremente sowie die relative Lage und ggf. Anzahl der Teilhübe sind in weiten Grenzen wählbar; es besteht darüber hinaus keine oder kaum Abhängigkeit vom Systemdruck), Einfachheit (die entsprechenden Steuerungsfunktionen sind als Erweiterung der bereits bekannten Funktionen einfach realisierbar und benötigen kaum zusätzliche Ressourcen) und Wirksamkeit (der betriebspunktspezifisch bestehende Bedarf einer Verlaufsformung wird voll erbracht).
Das Gaswechselventil kann in einer weiteren Ausgestaltung beziehungsweise vorteilhaften Verwendung des Verfahrens im Bereich eines oberen Totpunktes des Hubkolbens schrittweise gemäß einer Grenzkurve des Ventilhubs geöffnet werden, um eine Kollision der Komponenten sicher zu vermeiden.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil als Gaswechselventile vorhanden sind und sich die Öffnungszeiten des Einlassventils und Auslassventils überschneiden, wobei diese Überschneidung mittels der erfindungsgemäßen Verlaufsformung optimiert werden kann.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens. Das Steuergerät ist vorzugsweise mit Mitteln zur Ansteuerung eines Gaswechselventils in Teilhüben ausgerüstet. Somit wird das vorstehend beschrie- bene Verfahren durch im Steuergerät umfasste Ansteuerungsfunktionen realisiert, welche ausgehend von entsprechenden Sollwerten die benötigten technischen Ansteuergrößen bestimmen und die Erzeugung der elektrischen Ansteuerung herbeiführen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Steuergerät Mittel zur mehrfachen Ansteuerung eines hochdruckseitigen Steuerventils MVl und/oder eines niederdruckseitigen Steuerventils MV2 umfasst.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Gaswechsel einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem hydraulisch betätigten Gaswechselventil, wobei das Gas- wechselventil in mehreren Teilhüben geöffnet und/oder geschlossen wird. Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das hydraulisch betätigte Gaswechselventil mittels eines hochd rückseitigen Steuerventils und eines niederdruckseitigen Steuerventils mit Hydraulikdruck beaufschlagt und so geöffnet und geschlossen werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das hochd rückseitige Steuerventil und das niederdruckseitige Steuerventil elektrisch angesteuert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Öffnen des hochd rückseitigen Steuerventils bei geschlossenem niederdruckseitigen Steuerventil ein Öffnen des Gaswechselventils und das Öffnen des niederdruckseitigen Steuerventils bei geschlossenem hochdruckseitigen Steuerventil ein Schließen des Gaswechselventils bewirkt.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das Gaswechselventil in mehreren Teilhüben geöffnet wird, indem das hochdruckseitige Steuerventil bei geschlossenem niederdruckseitigen Steuerventil mehrfach nacheinander bestromt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gaswechselventil in mehreren Teilhüben geschlossen wird, indem das niederdruckseitige Steuerventil bei geschlossenem hochdruckseitigen Steuerventil mehrfach nacheinander bestromt wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Gaswechselventil im Bereich des oberen Totpunktes des Hubkolbens schrittweise gemäß einer Grenzkurve der Ventilhübe geöffnet wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil als Gaswechselventile vorhanden sind und sich die Öffnungszeiten des Einlassventils und Auslassventils überschneiden.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Teilhübe als Hubinkremente ausgeführt werden und einem Hubinkrement eine Öffnungsdauer und ein Öffnungszeitpunkt des hochdruckseitigen Steuerventils zugeordnet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Steuergerät zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hydraulischen Stellers,
Fig. 2 einen Bewegungsverlauf eines nach dem Stand der Technik mittels hydraulischem Steller betätigten Gaswechselventils,
Fig. 3 einen beispielhaften Bewegungsverlauf mit erfindungsgemäßer Verlaufsformung des Öffnens eines hydraulisch betätigten Gaswechselventils,
Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens mit gestuftem Öffnen des Einlassventils (Volllast-Optimierung / Kollisionsvermeidung),
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens mit gestuftem Öffnen des Einlassventils (Gemischbildungsoptimierung an einem Teillast-Betriebspunkt, speziell im Warmlauf),
Fig. 6 ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Realisierung der Steuerungsfunktionen des hydraulischen Stellers mit erfindungsgemäßer Verlaufsformung des Öffnungsvorgangs beschreibt,
Fig. 7 ein Blockdiagramm, das eine Realisierung des Blocks "Steuerung Hub" in Fig. 6 beschreibt,
Fig. 8 ein Blockdiagramm, das eine Realisierung des Blocks "Steuerung Winkel Öffnet" in Fig. 6 beschreibt, Fig. 9 ein Blockdiagramm, das eine Realisierung des Blocks "Steuerung Winkel Schließf in Fig. 6 beschreibt, und
Fig. 10 ein Blockdiagramm, das eine Erweiterung des Blocks "Steuerung Winkel Schließf in Fig. 6 zur Darstellung des Schließens in Teilhüben beschreibt.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Fig. 1 ist ein bekanntes Ausführungsbeispiel einer elektrohydraulischen Ventilsteue- rung (EHVS) schematisch dargestellt, auf dessen Grundlage das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren beschrieben werden soll. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beispielhafte Anwendung beschränkt.
Der in Fig. 1 gezeigte Steller 30 dient beispielhaft der Betätigung eines Gaswechselven- tils 1 einer Brennkraftmaschine. Das Gaswechselventil 1 kann als Einlassventil EV oder als Auslassventil AV ausgeführt sein. Im geschlossenen Zustand liegt es auf einem Ventilsitz 2 auf.
Anstelle eines einzelnen Gaswechselventils kann in Erweiterung der in Fig. 1 skizzierten Anordnung auch ein Paar von miteinander verbunden Gaswechselventilen (Doppelventil) mittels eines einzigen hydraulischen Stellers gemeinsam betätigt, insbesondere synchron geöffnet und geschlossen werden. Wenn im Folgenden von einem Gaswechselventil 1 die Rede ist, kann stets auch ein Doppelventil im Sinne dieser erweiterten Anordnung gemeint sein.
Betätigt wird das Gaswechselventil 1 durch einen hydraulischen Arbeitszylinder 3, der die zentrale mechanisch-hydraulische Komponente eines elektrohydraulischen Stellers 30 darstellt. Im Weiteren umfasst der in Fig. 1 beispielhaft gezeigte Steller 30 ein hoch- druckseitiges Steuerventil MVl (erstes Steuerventil) und ein niederdruckseitiges Steuer- ventil MV2 (zweites Steuerventil), hydraulische Leitungen 11 sowie 19a und 19b, eine Ventilbremse 29 und ein optionales Rückschlagventil RVl. Die genannten Komponenten sind in typischen Ausführungen eines Stellers 30 in einer baulichen Einheit integriert.
Die Steuerventile MVl und MV2 werden elektrisch angesteuert, d.h. durch Bestromen beispielsweise einer Spule - im Falle eines elektromagnetischen Antriebs - geöffnet bzw. geschlossen. Sie können jeweils elektrische Endstufen aufweisen, so dass die elektrischen Ansteuersignale eine geringe elektrische Leistung haben können.
Der Arbeitszylinder 3 ist als Differentialzylinder mit einem Kolben 5 ausgebildet, der eine größere obere Wirkfläche Aob und eine kleinere untere Wirkfläche Aunt hat. Die obere Wirkfläche AOb begrenzt einen ersten Arbeitsraum 7 und die untere Wirkfläche Aunt einen zweiten Arbeitsraum 9 des Arbeitszylinders 3. Beide Arbeitsräume 7 und 9 werden von einer Speiseleitung 11, welche sich aus den Abschnitten IIa, IIb und 11c zusammensetzt, mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid, zum Beispiel Hydrauliköl, versorgt. Zu diesem Zweck ist der Arbeitszylinder 3 hochd rückseitig über die Speiseleitung 11 und das darin verbaute Rückschlagventil RVl mit einem Hochdruckspeicher 13 hydraulisch verbunden, der von einer Hochdruckpumpe 17 gespeist wird.
In dem Abschnitt IIb der Speiseleitung 11, welcher den zweiten Arbeitsraum 9 und den ersten Arbeitsraum 7 verbindet, ist das erste Steuerventil MVl angeordnet. In dem in Fig. 1 dargestellten Schaltzustand ist es geschlossen und stromlos.
Das Hydraulikfluid im ersten Arbeitsraum 7 kann über eine im Abschnitt 19c drucklose oder mit niedrigem Standdruck beaufschlagte Rücklaufleitung 19, welche sich aus den Abschnitten 19a, 19b und 19c zusammensetzt, abgeführt werden. In der Rücklaufleitung 19 ist das zweite Steuerventil MV2 angeordnet, welches in Fig. 1 geöffnet dargestellt ist. Das zweite Steuerventil MV2 ist vorteilhafterweise stromlos geöffnet.
Im zweiten Arbeitsraum 9 kann eine Schließfeder 27 vorgesehen sein, die das Gas- wechselventil 1 bei drucklosem Arbeitszylinder 3 in die Schließstellung, das heißt in Anlage an den Ventilsitz 2, bringt beziehungsweise in dieser Stellung hält.
In einer ebenfalls vorteilhaften alternativen Ausführung (in Fig. 1 nicht gezeigt) kann die Schließfeder 27 auch so ausgelegt werden, dass sie die schließende Kraft allein auf- bringt und beim Öffnungsvorgang einen entsprechend hohen Betrag an potentieller E- nergie aufnimmt. In diesem Fall entfallen die hydraulische Verbindung 11c und die Funktion des zweiten Arbeitsraums 9, das heißt, die Beaufschlagung der unteren Wirkfläche Aunt der Kolbens 5 mit dem Druck des Hochdruckspeichers 13. Der hydraulische Arbeitszylinder 3 ist in diesem Fall also als einfach wirkender Arbeitszylinder ausgebildet. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführung wird die Feder 27 progressiv ausgelegt, das heißt mit einer über dem Stellweg des Kolbens 5 anwachsenden Federkraft.
Es ist ebenfalls vorteilhaft, die Möglichkeiten der hydraulischen und mechanischen Krafterzeugung, wie vorangehend beschrieben, zu kombinieren, um die schließende Kraft des hydraulischen Stellers bereitzustellen.
Es ist des Weiteren möglich und vorteilhaft, den Kolben 5 so auszugestalten, dass sich die Wirkfläche Aob über dem Weg des Kolbens mit mindestens einer Abstufung verän- dert, insbesondere kleiner wird. Beispielsweise kann der Kolben 5 zweiteilig gestuft ausgeführt werden (nicht gezeigt), wobei eine erste Stufe, die sich nur auf einem ersten Wegabschnitt beim Öffnen des Gaswechselventils 1 mitbewegt, eine zusätzliche Wirkfläche für den Druck im ersten Arbeitsraum 7 bereitstellt. In dieser Ausführung des hydraulischen Stellers ist also die obere Wirkfläche AOb und damit die Öffnungskraft des Stellers 30 während eines ersten Wegabschnitts beim Öffnen des Gaswechselventils 1 vergrößert, mit dem Vorteil, dass das Gaswechselventil 1 gegen höhere Gaskräfte und auch schneller geöffnet werden kann.
Weitere, hier nicht im Einzelnen genannte Ausgestaltungen des Arbeitszylinders 3 be- ziehungsweise Stellers 30 sind möglich und gleichermaßen geeignet für die Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Zwischen dem ersten Arbeitsraum 7 und dem zweiten Steuerventil MV2 ist eine hydraulische Bremseinrichtung 29 vorgesehen. Diese hydraulische Bremseinrichtung 29 arbei- tet wie folgt: Wenn sich der Kolben 5 nach oben bewegt und infolgedessen das Volumen des ersten Arbeitsraums 7 verkleinert wird, strömt das Hydraulikfluid so lange aus dem ersten Arbeitsraum 7 durch den Abschnitt 19a der Rücklaufleitung 19 ab, bis die Oberkante des Kolbens 5 den Abschnitt 19a der Rücklaufleitung 19 verschließt. Danach kann das Hydraulikfluid aus dem ersten Arbeitsraum 7 nur noch über die hydraulische Bremseinrichtung 29, welche im Wesentlichen aus einer Drossel besteht, abfließen. Durch deren im Vergleich zum Abschnitt 19a der Rücklaufleitung erhöhten Strömungswiderstand wird der Kolben 5 abgebremst, bevor das Gaswechselventil 1 auf dem Ventilsitz 2 aufliegt. Im Hochdruckspeicher 13 sind ein Temperatursensor Trail und ein Drucksensor prail angeordnet, welche über Signalleitungen mit einem Steuergerät 31 verbunden sind. Die Hochdruckpumpe 17, das erste Steuerventil MVl und das zweite Steuerventil MV2 sind ebenfalls über Signalleitungen mit dem Steuergerät 31 verbunden und werden von die- sem angesteuert. Des Weiteren kann das Steuergerät 31 beispielsweise auch ein Gebersignal für die Winkelstellung einer Kurbelwelle und/oder weitere Gebersignale (nicht gezeigt) verarbeiten. Die Signalleitungen sind in Figur 1 als gestrichelte Linien dargestellt.
Die hydraulische Bremseinrichtung 29 kann als aktive Bremseinrichtung ausgebildet sein und über eine Signalleitung (in Fig. 1 nicht gezeigt) vom Steuergerät 31 bei Bedarf angesteuert werden. Auch kann der Druck pra,i des Hochdruckspeichers 13 in Abhängigkeit der gewünschten Stellbewegung oder Öffnungskraft des Gaswechselventils 1 mittels einer entsprechenden Ansteuerung der Hochdruckpumpe 17 geregelt werden.
Zum Öffnen des Gaswechselventils 1 wird das zweite Steuerventil MV2 angesteuert und dadurch geschlossen. Anschließend wird das erste Steuerventil MVl angesteuert und somit geöffnet. Dadurch findet ein Druckausgleich zwischen dem ersten Arbeitsraum 7 und dem zweiten Arbeitsraum 9 statt. Infolge dessen öffnet das Gaswechselventil 1, weil die vom ersten Arbeitsraum 7 mit Druck beaufschlagte Stirnfläche AOb des Kolbens 5 größer ist als die vom zweiten Arbeitsraum 9 mit Druck beaufschlagte Ringfläche Aunt des Kolbens 5.
Für die Steuerung des Öffnens des Gaswechselventils 1 und speziell des resultierenden Ventilhubs ist somit die Ansteuerung des ersten Steuerventils MVl in zweierlei Hinsicht von großer Bedeutung: Erstens wird mit dem Ansteuerbeginn des ersten Steuerventils MVl der Beginn der Öffnungsbewegung des Gaswechselventils 1 festgelegt, und zweitens hat die Dauer der Ansteuerung - nachfolgend als Ansteuerdauer tml bezeichnet - maßgeblichen Einfluss auf den Hub des Gaswechselventils 1. Die Ansteuerdauer tml legt fest, wie lange das erste Steuerventil MVl geöffnet bleibt, woraus sich die Menge des vom Hochdruckspeicher 13 in den ersten Arbeitsraum 7 zufließenden Öls ergibt, die wiederum unmittelbar den Ventilhub bestimmt. Indem also das erste Steuerventil 1 zum richtigen Zeitpunkt wieder geschlossen wird, stellt sich der gewünschte Ventilhub des Gaswechselventils 1 ein. Wenn das Gaswechselventil 1 wieder geschlossen werden soll, wird die Ansteuerung des zweiten Steuerventils MV2 beendet und das Steuerventil MV2 dadurch geöffnet, so dass der Druck podr im ersten Arbeitsraum 7 zusammenbricht und die vom zweiten Arbeitsraum 9 auf den Kolben 5 ausgeübte hydraulische Kraft das Gaswechselventil 1 schließt.
Das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die zuvor im Sinne eines Beispiels beschriebene Systemausführung beschränkt. Zum Beispiel können auch Piezoventile anstelle magnetischer Schaltventile und/oder Proportional- statt Schaltventile verwendet werden. Auch sind Mehrwegeventile anstelle von 2/2- Wege- Ventilen möglich. Beispielsweise ist es auch möglich, das erste Steuerventil MVl und das zweite Steuerventil MV2 als Funktionsteile eines einzigen Steuerventils auszuführen, wobei dieses Steuerventil mehr als zwei Positionen einstellen kann.
In einer weiteren möglichen Ausführung können das erste Steuerventil MVl oder ein kombiniertes Steuerventil (MVl, MV2) auch mittels hydraulischer Druckkraft betätigt werden, wobei weitere Steuerventile, beispielsweise elektrohydraulische Servoventile, zum Einsatz kommen. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Verfahren der Hubsteuerung dazu verwendet, die Ansteuerung eines Servoventils, das zum Schließen des Steuerventils MVl und damit zur Dosierung des beim Verstellvorgang zufließenden Hydrauliköls dient, so zu bestimmen, dass eine gewünschte Verstellung des Kolbens 5 beziehungsweise ein gewünschter Hub des Gaswechselventils 1 herbeigeführt wird.
Die Druckversorgung kann auch fest anstatt verstellbar sein. Das Rückschlagventil RVl kann auch fehlen. Im hydraulischen Schaltkreis können weitere hier nicht gezeigte
Komponenten vorhanden sein, zum Beispiel eine Verbindung des ersten Arbeitsraums 7 des Arbeitszylinders 3 mit dem Hochdruckspeicher 13 über ein weiteres Rückschlagventil.
Der Umfang der Sensoren kann gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel eingeschränkt oder auch erweitert sein. So kann es zum Beispiel mehrere Drucksensoren geben, die vorzugsweise verteilt an verschiedenen Stellen des Hochdruckspeichers 13, aber auch direkt eingangs der einzelnen Arbeitszylinder 3, angebracht sein können. Eine Erfassung der Öltemperatur kann auch - alternativ oder zusätzlich zu dem in Figur 1 angezeigten Ort - am hochdruckseitigen Eingang oder in den Arbeitsräumen 7 und 9 einzelner Arbeitszylinder 3 vorgesehen werden.
Des Weiteren können zusätzliche Sensoren für die Temperatur von Strukturmaterialien, wie zum Beispiel Zylinderkopf, Arbeitszylinder-, Steller- oder Magnetventilgehäuse, oder für die Spulentemperatur von Magnetventilen, und/oder ein Sensor zur Erfassung der Ölviskosität vorhanden sein. Insbesondere kann auch ein Hubsensor vorgesehen sein (in Fig. 1 nicht gezeigt), der den Stellweg oder Hub eines elektrohydraulischen Stellers 30 beziehungsweise seines zugehörigen Kolbens 5 bestimmt. Entsprechende, mit den genannten Sensoren gewonnene Information kann zur Verbesserung der Steuerungsgenauigkeit in das erfindungsgemäße Verfahren einbezogen werden.
In typischen und vorteilhaften Ausführungen eines Stellers 30 sind dessen in Fig. 1 gezeigte Komponenten in einer baulichen Einheit integriert. In erweiterten Ausführungen kann diese integrierte Einheit auch einen Hubsensor und/oder weitere Sensoren und/oder entsprechende Teile der Steuerungselektronik umfassen, die in Fig. 1 durch das Steuergerät 31 repräsentiert ist.
Insbesondere kann also das Steuergerät 31 aus mehreren separaten Teilen respektive Elektronikmodulen bestehen (nicht dargestellt), die durch elektrische Leitungen beziehungsweise Kommunikationskanäle miteinander verbunden sind und die - ganz oder teilweise - an einzelnen Stellern 30 angebaut oder auf diese Steller 30 aufgesteckt sein können.
Das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Steuerung eines Stellvorgangs eines hydraulischen Arbeitszylinders 3 beziehungsweise eines elektrohydraulischen Stellers 30, das anhand des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 erläutert wird, ist in direkter Übertragung in allen hier genannten, sowie in weiteren, durch Verallgemeinerung ableitbaren Systemauslegungen anwendbar. Es ist insbesondere unabhängig vom Verwendungs- zweck des hydraulischen Arbeitszylinders 3.
Der in Fig. 2 skizzierte typische Bewegungsverlauf 33 eines nach dem Stand der Technik angesteuerten EHVS-Stellers bzw. damit betätigten Gaswechselventils ist weitgehend bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert worden. Beide Steuerventile MVl und MV2 werden dabei mit jeweils einem einzelnen Ansteuerpuls angesteuert, was zu einem einstufigen Öffnungs- und Schließverlauf führt. Die Steuerzeiten Öffnet und Schließt werden hier durch Kurbelwinkel wob und wse gekennzeichnet und bilden zusammen mit dem Hub h die freien Parameter des Bewegungsverlaufs. Aus entsprechenden Sollwerten dieser Parameter werden die Ansteuergrößen, d.h. der Ansteuer- beginn wbml und die Ansteuerdauer tml des Steuerventils MVl sowie der Ansteuerbeginn wbm2 und das Ansteuerende wem2 des Steuerventils MV2 bestimmt, wobei die Größen wbml, wbm2 und wem2 geeigneterweise als Kurbelwinkel definiert sind.
Dem gegenüber zeigt Fig. 3 eine erfindungsgemäße Verlaufsformung des Öffnungs- und Schließvorgangs eines Gaswechselventils, wobei der Öffnungsvorgang beispielhaft mittels zweier voneinander abgesetzter Teilhübe 35a und 35b realisiert wird. Die Inkre- mente hsoll l und hsoll_2 sowie die Steuerzeiten bzw. Beginn-Winkel wob_l und wob_2 der Teilhübe können gemäß entsprechenden Vorgaben eingestellt werden, die in weiten Grenzen wählbar bzw. verstellbar sind. Die jeweils benötigte Menge Öl, die hochd rückseitig zufließt, wird durch die Pulsdauern tml_l und tml_2 der zwei separaten Ansteuerpulse 36a und 36b des Steuerventils MVl dosiert. Die Lage der Pulse entspricht den gewünschten Winkeln bzw. Zeitpunkten für den Beginn des jeweiligen Teilhubs. Dabei ist der Beginn des ersten Teilhubs der Öffnungszeitpunkt wob des Gaswechselventils.
Das Steuerventil MV2 ist während der gesamten Zeitdauer des Öffnungsvorgangs des Gaswechselventils sowie einer kurzen Haltephase angesteuert und somit geschlossen. Mit dem Ende wem2 dieser ersten Ansteuerphase des Steuerventils MV2 wird der Schließvorgang eingeleitet. Dabei ergibt sich die Stellgröße wem2 zusammen mit dem Ansteuerbeginn wbm2_ls einer zweiten Ansteuerung des Steuerventils MV2 aus den Vorgabenwerten für einen ersten Teilhub beim Schließen, nämlich dem Endewinkel wse_l des Teilhubs sowie dem dabei erreichten Hubniveau hsoll_ls, in Verbindung mit dem Ausgangshub h = hsoll l + hsoll_2 sowie den betriebspunktspezifischen Einflussgrößen wie Öldruck pöl, Öltemperatur Töl und Drehzahl nmot. Durch den Vorgabewert hsoll_ls > 0 wird bestimmt, dass das Gaswechselventil nicht in einem Zug geschlossen werden soll. Aus einem weiteren und letzten Vorgabewert wse, der den tatsächlichen Schließzeitpunkt (als Kurbelwinkel) für das Auftreffen des Gaswechselventils im Ventilsitz kennzeichnet, ergibt sich schließlich die Ansteuergröße wem2_ls, d.h. das Ende des zweiten Ansteuerpulses des Steuerventils MV2, das die zweite und in diesem Fall auch letzte Phase des Schließvorgangs festlegt. Fig. 4 zeigt eine erste Steuerstrategie, die sich die erfindungsgemäße Verlaufsformung bei einem Einlassventil zunutze macht, um den motorischen Betrieb an einen Betriebspunkt mit hoher Drehzahl und Leistung (Volllast) zu optimieren. Dabei schließt mindes- tens ein Auslassventil, beispielhaft dargestellt durch Kurve 33, im Bereich des oberen Totpunkts OT (Ladungswechsel-OT) des Hubkolbens und mindestens ein Einlassventil (Kurve 35) öffnet eben dort. Kritisch ist, dass wegen der hohen Zylinderfüllung große Hübe einzustellen sind, die im Bereich des OT zur Kollision mit dem Hubkolben führen können. Linie 37 markiert beispielhaft eine kritische Grenzkurve der Ventilhübe ("KoI- benkurve"), deren Überschreitung den Kollisionsfall bedeutet. Der erste Teilhub 35a ermöglicht eine gewünschte Ventilüberschneidung von Auslassventil AV und Einlassventil EV (Spül- resp. Nachladeeffekt zur Füllungserhöhung), ohne dass es zur Kollision des Einlassventils EV mit dem Hubkolben kommen kann. Mit dem zweiten Teilhub wird etwas später - nachdem die Kollisionsgefahr vorbei ist - der für die Befüllung des Zylin- ders gewünschte hohe Einlassventilhub des Einlassventils EV eingestellt. Bei einem einstufigen Öffnungsverlauf wäre eine Ventilüberschneidung in diesem Beispielfall nicht möglich gewesen.
Fig. 5 zeigt eine zweite Steuerstrategie, welche die Möglichkeit der Verlaufsformung vorteilhaft zur Optimierung der Gemischbildung einsetzt. Als Beispielfall sei ein Saug- rohr-eingespritzter Ottomotor an einem Teillast-Betriebspunkt betrachtet, wo niedrige Hübe von Ein- und Auslassventil vorteilhaft sind, die in diesem Beispiel mittels der hydraulischen Ventilsteuerung eingestellt werden. Aufgrund der niedrigen Ventilhübe besteht hier keine Gefahr einer Kollision mit dem Hubkolben. Des Weiteren sei speziell die Phase des Warmlaufs betrachtet, in der die thermische Energie zur Gemischaufbereitung vor resp. während des Ansaugvorgangs unzureichend ist. Es besteht die Gefahr der Bildung größerer Tropfen im Ansaugstrom und/oder eines Wandfilms im Zylinder, wobei das eine wie das andere die Verbrennungs- und Abgasqualität mindert und den Kraftstoffverbrauch erhöht. Dieses Problem kann gelöst werden mittels mechanischer Zerstäubung der Kraftstofftropfen infolge eines hohen Schergefälles (Geschwindigkeitsgradient quer zu Strömung) im Ventilspalt des Einlassventils (EV).
Mit nach dem Stand der Technik gesteuerten Ventilerhebungskurven, wie in Fig. 2 gezeigt, können diese Voraussetzungen durch ein mindestens leicht, eher deutlich verspä- tetes Öffnen des EV herbeigeführt werden, das zunächst einem Unterdruck im Zylinder bewirkt. Daraus resultiert die gewünschte Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeiten zu Beginn des Ansaugens. Nachteilig ist ein erhöhter Ladungswechselaufwand, der zudem nur zum Teil und oft unzureichend in eine bessere Gemischaufbereitung umgesetzt wird, da das Gaswechselventil in einem Zug und somit relativ schnell bis zum Endhub (z.B. 2 mm) geöffnet wird. Daher ist das Schergefälle nur sehr kurze Zeit hoch genug zur Zerstäubung der Tropfen, wobei dies oft zu kurz ist, d.h. kürzer als die erste Phase des Ansaugens, in welcher der Kraftstoffanteil größtenteils in den Brennraum eintritt.
Fig. 5 zeigt dem gegenüber eine verbesserte Umsetzung der Zerstäubung mittels optimierter Verlaufsformung des Öffnungsvorgangs des EV und somit bedarfsgerechter Formung der Ansaugströmung. Dabei erfolgt ein erster Teilhub, bei dem das Einlassventil zunächst auf ein sehr niedriges Hubniveau (beispielsweise 0.5 bis 1 mm) öffnet. Ein zweiter Teilhub auf das für die gewünschte Füllung optimale Hubniveau von bei- spielsweise 2 mm erfolgt in diesem Fall erst, wenn die zugemessene Kraftstoffmenge im Wesentlichen eingesaugt ist. Durch den zunächst sehr kleinen Hub wird ein ausreichend hohes Schergefälle zur Zerstäubung der Tropfen erreicht, ohne dass die Strömungsgeschwindigkeit noch zusätzlich durch mittels spätem Öffnen erzeugten bzw. vergrößerten Unterdruck erhöht werden muss. Im Beispielfall öffnet die Einlassseite im OT-Bereich, wobei sogar noch eine strömungsdynamisch vorteilhafte Ventilüberschneidung Auslass - Einlass dargestellt wird. Bei spätem Öffnen wäre dies ohne den gestuften Hub evtl. nicht möglich, z.B. dann, wenn die Auslassseite des Motors nicht variabel gesteuert wird.
Ein solches Steuerverfahren mit Verlaufsformung der Ansaugströmung bei einem Saug- rohr-eingespritzten Ottomotor kann vorteilhaft weitergebildet werden durch eine aufeinander abgestimmte Verlaufsformung von Ansaugströmung und Kraftstoffzumessung (Einspritzung), wobei letztere nicht oder nur zum Teil vorgelagert wird.
Nachfolgend werden Steuerungsfunktionen beschrieben, mit denen das erfindungsge- mäße Öffnen bzw. Schließen eines hydraulischen Stellers gesteuert werden kann.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Realisierung der Steuerung eines hydraulischen Stellers mit erfindungsgemäßer Verlaufsformung des Öffnungsvorgangs darstellt. Für den Schließvorgang werden hier zunächst keine Teilhübe betrachtet. Eine Erweiterung des Blockschaltbildes für den letztgenannten Fall wird anschließend anhand von Fig. 10 erläutert.
Erfindungsgemäß werden Vorgabewerte - im Allgemeinen abhängig von Betriebspunkt und Steuerstrategie, wie in den Beispielen der Fig. 4 und 5 - gebildet, welche die gewünschte Ventilerhebungskurve spezifizieren. In Fig. 6 ist dies beispielhaft für einen Öffnungsverlauf in zwei Teilhüben dargestellt, wobei die Teilhübe durch Hubinkremente hsoll l und hsoll_2 mit zugehörigen Winkeln wob_l und wob_2 für den Beginn des jeweiligen Teilhubs festgelegt werden. Der Schließverlauf wird ohne Formung gesteuert und ist somit allein durch den Sollwert wse des Schließwinkels bestimmt.
Die Umrechnung der Steuervorgaben in die betreffenden Ansteuergrößen erfolgt durch die in den Figuren 7 bis 9 gezeigten Funktionen beziehungsweise Module „Steuerung Hub" sowie „Steuerung Winkel Öffnet" und „Steuerung Winkel Schließt". Diese Umrech- nung ist abhängig von den hydraulischen Zustandsgrößen pöl, Töl und ggf. diversen weiteren Einflussgrößen (Gaskraft, Drehzahl), wie in den Offenlegungsschriften DE 10 2005 002 385 Al und DE 10 2005 002 384 Al sowie der Patentanmeldung DE 10 2006 016 145 Al beschrieben.
Die Hubinkremente hsoll l und hsoll_2 werden in dieser Ausführungsform der Erfindung in Öffnungsdauern beziehungsweise Ansteuerdauern tml l und tml_2 des Steuerventils MVl umgerechnet:.
Die Öffnet-Winkel wob_l und wob_2 werden in Beginn-Winkel wbml und wbm2 für die zwei Ansteuerpulse des Steuerventils MVl umgerechnet, welche die Pulsdauern tml_l resp. tml_2 haben. Dadurch ist die Ansteuerung des Steuerventils MVl bereits vollständig spezifiziert.
Aus dem Öffnet-Winkel wob_l wird schließlich noch gemäß einem zeitlichen Vorhalt, um den die Ansteuerung des Steuerventils MV2 vor dem ersten Öffnen des Steuerventils MVl beginnen soll, die Ansteuergröße wbm2 (Winkel Beginn Ansteuerung MV2) bestimmt, was eine von der Drehzahl (nmot) abhängige Umrechnung bedeutet.
Aus dem Kurbelwinkel wse wird das Ansteuerende wem2 (Winkel Ende Ansteuerung MV2) berechnet, wozu ein Verfahren resp. eine Steuerungsfunktion der Schließwinkel- Steuerung gemäß der prioritätsälteren nachveröffentlichten Schrift DE 10 2006 016 145 Al der Anmelderin verwendet werden kann.
Die Ansteuergrößen, die bzgl. der Teilhübe eine korrespondierende Anzahl (eins und mehr) von Werten für die Ansteuerung der Steuerventile MVl bzw. MV2 (Pulse 1, 2, ...) umfassen, werden als "Aufträge" an eine Pulsgenerierungseinheit gegeben, die die Puls-Signale, hier gestützt auf Timer und Winkeluhr, erzeugt.
Eine in Fig. 6 gezeigte eingabeseitige Verfeinerung des mittels Geberrad-Sensor erfass- ten Kurbelwinkels (Winkeluhr) ist hier nur als beispielhaft zu verstehen; eine ausgabeseitige Verfeinerung der "Zahninkremente" (typ. 6°), die spezifisch für die Generierung winkelbezogener Flanken einzelner Pulse erzeugt wird, reicht aus und ist für viele Anwendungen "die Lösung der Wahl".
Es ergeben sich Realisierungsmöglichkeiten des Verfahrens auf Basis von Standard- Controllern wie MPC555 u. ä. des Herstellers Motorola, dort speziell mittels der so genannten Time Processing Unit TPU, wobei spezielle TPU-Programme die Umsetzung der Aufträge erledigen. Hierzu ist eine Anpassung resp. Erweiterung von nach dem Stand der Technik bekannten Lösungen zwecks Verarbeitung von Auftragslisten mit mehr als einem Auftrag (innerhalb eines Arbeitsspiels resp. einer Kurbelwellenumdrehung) nötig. Alternativ ist eine Realisierung mittels Interrupt-gestütztem Reload seitens der CPU möglich.
Die weiteren Fig. 7 bis 9 zeigen die nächste Verfeinerungsebene der Realisierung der in Fig. 6 gezeigten Steuerungsblöcke, deren Aufgabe oben bereits kurz beschrieben worden ist.
Dabei wird für weitere Details zu Fig. 7 auf die Offenlegungsschriften DE 10 2005 002 385 Al und DE 10 2005 002 384 Al der Anmelderin verwiesen, wo Idee und beispielhafte Realisierungen des Moduls h_to_tml zu finden sind. Das Modul wird hier so oft abgearbeitet, wie Teilhübe vorliegen. Selbstverständlich kann die Liste der Teilhub- Vorgaben auch länger sein kann als in Fig. 7 beispielhaft gezeigt, wobei nicht benötigte Einträge in der Liste der Inkrementhübe mit "Null" beschrieben werden können. Alternativ kann eine separate Zähler- Variable verwendet werden, welche die Anzahl der übergebenen Vorgabewerte (d.h. Hubinkremente und Hubbeginnwinkel) entsprechend der Anzahl der Teilhübe spezifiziert.
Beim Modul h_to_tml tritt hier eine einzige Erweiterung gegenüber der genannten Schrift DE 10 2005 002 385 Al hinzu, die an der Eingangsschnittstelle durch eine zusätzliche boolesche Eingangsgröße mit Wert 0 oder 1 erkennbar wird. Die Berechnung für den ersten Teilhub erfolgt mit 'O", für den zweiten mit 'T'. Dadurch kann die Berechnung bei Bedarf auf einen zweiten Applikationsdatensatz (z.B. Satz von Kennfeldern) umschalten oder eine Korrektur für den Fall "1" hinzurechnen, um den Unterschied zwi- sehen dem ersten Teilhub, der typischerweise mit niedrigem Druck im ersten Arbeitsraum 7 beginnt, und dem zweiten Teilhub, bei dem dort bereits zu Beginn ein höherer Druck vorliegen kann, zu berücksichtigen.
Figur 8 zeigt eine zu Figur 7 analoge Struktur für die Berechnung der Werte wbml_l, wbml_2 usw. Im Wesentlichen sind kalibrierbare Verzugszeiten, z.B. abgelegt in Kennfeldern über pöl und Töl, zur Umrechnung von wob_l in wbml_l usw. zu berücksichtigen, wobei noch die aktuelle Drehzahl nmot eingeht, um die Zeit- in Winkeldifferenzen zu konvertieren. Gegebenenfalls vorhandene Unterschiede zwischen erstem und fol- genden Teilhüben können wieder mittels der bereits beschriebenen booleschen Variable unterschieden werden.
Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild zur Berechnung der Ansteuergröße wem2. Dies ist der Kurbelwellenwinkel, bei dem die (erste) Ansteuerung des zweiten Steuerventils MV2 unterbrochen bzw. beendet wird. Der Parameter wem2 wird so bestimmt, dass die Steuervorgabe wse (Winkel Schließende) des Gaswechselventils (1) bei dem hier betrachteten nicht gestuften Schließvorgang bestmöglich eingestellt wird. In die vom Funktionsmodul ber_wem2 durchgeführte Umrechnung gehen der Gesamthub h, der sich hier als Summe der Hubinkremente hsoll l und hsoll_2 eines beispielhaften zweistufi- gen Öffnungsvorgangs ergibt, sowie die hydraulischen Zustandsgrößen pöl und Töl, die Drehzahl nmot und ggf. weitere Werte von Einflussgrößen ein. Vorteilhafte Realisierungen der Berechnung ber_wem2 sind in der oben zitierten Schrift DE 10 2006 016 145 Al beschrieben. Fig. 10 illustriert beispielhaft eine Steuerungsfunktion für einen mehrstufigen Schließvorgang als Erweiterung der beispielhaften Steuerung von Fig. 6. Das Funktionsmodul „Steuerung Schließen (Teilhübe)" ersetzt das Modul „Steuerung Winkel Schließt" in der Fig. 6, wobei die übrigen Funktionsmodule von Fig. 6 unverändert bleiben und in Fig. 10 nicht erneut dargestellt sind.
Beispielhaft werden Vorgabewerte für den Kurbelwinkel des Schließendes und für das reduzierte Hubniveau des jeweiligen Teilhubs beim Schließen betrachtet. Im Beispiel von Fig. 10 sind dies die Größen wse_ls und hsoll_ls für den ersten Teilhub sowie der Schließwinkel wse für den zweiten und letzten Teilvorgang des Schließens, dem der Endhub 0 zugeordnet ist. Siehe dazu auch Fig. 3.
Das Funktionsmodul „Steuerung Schließen (Teilhübe)" ist für die Umrechnung der Steuervorgaben in die Ansteuergrößen der Steuerventile MVl und MV2 zuständig. Diese Umrechnung hängt von betriebspunktspezifischen Einflussgrößen wie pöl, Töl, nmot, ... ab. Weitere Eingangsgrößen sind die Hubinkremente hsoll l und hsoll_2 des beispielhaft betrachteten zweistufigen Öffnungsvorgangs, die den Ausgangshub h = hsoll l + hsoll_2 des Schließvorgangs bestimmen.
Ausgabegrößen des Funktionsmoduls sind die Ansteuergröße wem2 für das Ende des ersten Ansteuerpulses des Steuerventils MV2 sowie die Ansteuergrößen wbm2_ls und wem2_ls, die Anfang bzw. Ende des zweiten Ansteuerpulses des Steuerventils MV2 festlegen. Diese Ansteuergrößen werden von der nachfolgenden Pulsgenerierungsein- heit in entsprechende Ansteuersignale des Steuerventils MV2 umgesetzt.
Die in der zitierten Schrift DE 10 2006 016 145 Al beschriebenen Modelle und Funktionen sind mit geringen Anpassungen auf den vorliegenden Fall übertragbar, um die Umrechnungsfunktion gemäß Fig. 10 darzustellen.
Damit sind die beispielhaften Ausführungen der Erfindung vollständig beschrieben.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung des Gaswechsels einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem hydraulisch betätigten Gaswechselventil (1), dem ein elektrisch ansteuerbares und angesteuert öffnendes hochdruckseitiges Steuerventil (MVl) und ein elektrisch ansteuerbares und angesteuert schließendes niederdruckseitiges
Steuerventil (MV2) zugeordnet sind, wobei das Gaswechselventil (1) durch Öffnen des hochd rückseitigen Steuerventils (MVl) bei geschlossenem niederdruckseitigen Steuerventil (MV2) mit Hydraulikdruck beaufschlagt und dadurch geöffnet sowie durch Öffnen des niederdrucksei- tigen Steuerventils (M V2) bei geschlossenem hochd rückseitigen Steuerventil von einer Druckbeaufschlagung entlastet und dadurch geschlossen wird, und wobei das Gaswechselventil (1) in mehreren Teilhüben geöffnet wird, indem das hochd rückseitige Steuerventil (MVl) bei geschlossenem niederdruckseitigen Steuerventil (MV2) mehrfach nacheinander angesteuert wird, und/oder in mehre- ren Teilhüben geschlossen wird, indem das niederdruckseitige Steuerventil (MV2) bei geschlossenem hochd rückseitigen Steuerventil (MVl) mehrfach nacheinander angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrfach nach- einander erfolgende Ansteuerung des hochdruckseitigen Steuerventils (MVl) oder des niederdruckseitigen Steuerventils (MV2) als mindestens einmalige Unterbrechung einer Ansteuerung dieses Steuerventils realisiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass einem Teil- hub beim Öffnen des Gaswechselventils (1) Steuervorgaben für den Beginn des
Stellvorgangs und für das Hubinkrement oder den resultierenden Hub des Gaswechselventils (1) zugeordnet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Teilhub beim Öffnen des Gaswechselventils (1) Steuervorgaben für eine Öffnungsdauer und einen Öffnungszeitpunkt des hochdruckseitigen Steuerventils (MVl) zugeordnet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus Steuer- vorgaben eines Teilhubs beim Öffnen des Gaswechselventils (1) unter Berücksichtigung von Zustandsgrößen (pöl, Töl, nmot) ein Ansteuerbeginn und eine Ansteuerdauer des hochdruckseitigen Steuerventils (MVl) ermittelt und an eine Ausgabeeinheit zur Erzeugung der elektrischen Ansteuerung des Steuerventils (MVl) übergeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein geöffnetes Gaswechselventil (1) um einen Teilhub geschlossen wird, indem die Ansteuerung des niederdruckseitigen Steuerventils (MV2) bei geschlossenem hochdruckseitigen Steuerventil (MVl) eine Zeit lang unterbrochen und so das niederdruck- seitige Steuerventil (M V2) eine Zeit lang geöffnet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass einem Teilhub beim Schließen eines Gaswechselventils (1) Steuervorgaben für Beginn und Ende des Stellvorgangs oder für je eine der Größen Beginn oder Ende des Stellvorgangs und Hubdekrement oder resultierender Hub des Gaswechselventils (1) zugeordnet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass einem Teilhub beim Schließen eines Gaswechselventils (1) Steuervorgaben für ei- ne Öffnungsdauer und einen Öffnungszeitpunkt des niederdruckseitigen Steuerventils (MV2) zugeordnet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus Steuervorgaben für einen Teilhub beim Schließen eines Gaswechselventils (1) unter Be- rücksichtigung von Zustandsgrößen (pöl, Töl, nmot) Zeitpunkt und Dauer einer Ansteuerunterbrechung des Steuerventils (MV2) ermittelt und an eine Ausgabeeinheit zur Erzeugung der elektrischen Ansteuerung des Steuerventils (MV2) übergeben werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaswechselventil (1) im Bereich des oberen Totpunkts (OT) des Hubkolbens schrittweise gemäß einer Grenzkurve des Ventilhubs geöffnet wird.
5 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzkurve so bestimmt wird, dass eine Kollision des Gaswechselventils (1) mit dem Hubkolben und/oder mit einem weiteren im Bereich des oberen Totpunkts (OT) geöffneten Gaswechselventil sicher vermieden wird.
10 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu verwendet wird, um eine gewünschte Verringerung der mittleren Öff- nungs- und/oder Schließgeschwindigkeit des Gaswechselventils (1) einzustellen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 15 dass das Gaswechselventil (1) ein Einlassventil (EV) ist, und dass ein Öffnen des
Gaswechselventils (1) in Teilhüben dazu verwendet wird, um eine gewünschte Überschneidung der Öffnungszeiten des Gaswechselventils (1) und eines weiteren als Auslassventil (AV) dienenden Gaswechselventils herbeizuführen.
20 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaswechselventil (1) ein Auslassventil (AV) ist, und dass ein Schließen des Gaswechselventils (1) in Teilhüben dazu verwendet wird, um eine gewünschte Überschneidung der Öffnungszeiten des Gaswechselventils (1) und eines weiteren als Einlassventil (EV) dienenden Gaswechselventils herbeizuführen.
25
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulisch betätigte Gaswechselventil (1) ein Einlassventil (EV) ist, und dass ein erster niedriger Teilhub des Gaswechselventils (1) beim Öffnen dazu verwendet wird, um die Aufbereitung einer im Saugrohr der Brennkraftmaschine
30 zugemessenen Kraftstoffmenge mittels mechanischer Zerstäubung beim Ansaugvorgang zu verbessern.
16. Steuergerät zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
35
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