DE10135757B4

DE10135757B4 - Drehmomentsteuerung in einem Motor mit einem Hybridventilantrieb

Info

Publication number: DE10135757B4
Application number: DE10135757A
Authority: DE
Inventors: Thomas George Dearborn Leone; Diana Dawn Dearborn Brehob; John D. Farmington Hills Russell
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: US6431130B1; GB2366328A; GB2366328B; DE10135757A1; GB0116611D0

Abstract

Anlage, welches Folgendes umfasst:
– eine Brennkraftmaschine (10) mit ersten und zweiten Einlassventilen (16, 18) und einer Drosselklappe (14), welche in der Einlassleitung (12) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet sind, und
– ein Motorsteuergerät (26) zum Einstellen eines mit dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) in Verbindung stehenden Parameters vorrangig über die Ventilzeiteinstellung des ersten Einlassventils (16), wenn die ersten und zweiten Einlassventile (16, 18) aktiviert sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Anlage und ein Verfahren für das Einstellen des Drehmoments eines Motors durch Steuern der Ventilbetätigung.
Hintergrund der Erfindung
Das europäische Patent EP 0 742 358 81 beschreibt ein elektronisches System zur Steuerung der Stellung einer Drosselklappe. Die deutsche Patenanmeldung DE 41 11 153 A1 beschreibt eine Einlaßsteuerung für Verbrennungskraftmaschinen mit von einer Nockenwelle angetriebenen Einlaßventilen. Bei niedrigen Drehzahlen und hohem Drehmoment wird der Beginn der Öffnung des Einlaßventils auf einen späteren Zeitpunkt nach dem oberen Todpunkt verlegt, so daß die beim Öffnen erzeugte Druckwelle vor dem Schließen des Einlaßventils eine Nachladung des Zylinders bewirkt.
In dem U.S.-Patent 6,009,841 wird ein Motor mit einem Hybridventilantrieb offenbart, bei welchem ein Einlassventil durch eine andere Quelle als eine Nockenwelle betätigt wird. Dieses erste Einlassventil ist beliebig aktivierbar, das heißt die Ventilöffnungs- und Ventilschließvorgänge sind unabhängig von der Kurbelwellenposition des Motors, somit ein völlig variables Ventil. Ein zweites Einlassventil wird durch eine Nockenwelle betätigt und umfasst einen Deaktivator. Der Betrieb des zweiten Ventils kann innerhalb eines Motortakts unterbrochen oder wiederaufgenommen werden, welches hier als wählbares Einlassventil bezeichnet wird. Das Auslassventil/die Auslassventile des Hybridventilantriebs wird/werden herkömmlich durch eine Nockenwelle betätigt.
Das U.S.-Patent 5,647,312 lehrt, dass die Luft durch ein beliebig aktivierbares Einlassventil in den Motor eingelassen wird, wenn der Motor bei einem niedrigeren Drehmoment des Motors und bei einer niedrigeren Drehzahl des Motors läuft, und dass das Drehmoment des Motors durch das Einstellen der Öffnungshubhöhe des Ventils oder die Ventilzeiteinstellung gesteuert wird. Das U.S.-Patent 5,647,312 lehrt ferner, dass durch ein wählbares Einlassventil Luft in den Motor eingelassen wird, wenn der Motor bei einem höheren Motordrehmoment oder einer höheren Motordrehzahl läuft, und dass das Drehmoment des Motors durch Einstellen der Stellung einer Drosselklappe in der Einlassleitung gesteuert wird. Das U.S.-Patent 5,647,312 lehrt kein Verfahren zur Steuerung des Drehmoments des Motors, wenn beide Ventilarten betrieben werden. Das U.S.-Patent 6,009,841 offenbart kein Verfahren zur Steuerung des Drehmoments für eine der Betriebsarten der Ventile.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschinenanlage und ein Steuerungsverfahren vorzuschlagen, die bzw. das es ermöglicht, das Drehmoment über den gesamten Betriebsbereich des Motors in besonders vorteilhafter Weise zu steuern.
Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung
Eine Brennkraftmaschinenanlage mit ersten und zweiten Einlassventilen und einer Drosselklappe in einer Einlassleitung des Motors wird mit einem Motorsteuergerät versehen, um einen mit dem Motordrehmoment des Motors verbundenen Parameter vorrangig über die Ventilzeiteinstellung des ersten Ventils einzustellen, wenn die ersten und zweiten Einlassventile betätigt werden. Das erste Einlassventil ist ein beliebig aktivierbares Einlassventil, wobei die Ventilzeiteinstellung eine Schließzeit ist.
Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines mit dem Motordrehmoment in einer Brennkraftmaschine verbundenen Parameters vorgesehen, bei welchem der Motor erste und zweite Einlassventile, eine Drosselklappe und ein Motorsteuergerät umfasst. Das Verfahren umfasst den Schritt des Einstellens des mit dem Motordrehmoment des Motors verbundenen Parameters vorrangig über die Ventilzeiteinstellung des ersten Einlassventils, wenn die ersten und zweiten Einlassventile betätigt werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in dem Vorsehen einer gleichmäßigen Drehmomentsteuerung über alle Betriebsbereiche des Motors. Das Einstellen der Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils wird als Verfahren zur gleichmäßigen Drehmomentänderung zur Hand gegeben.
Andere Vorteile sowie Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Leser dieser Beschreibung ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht eines Hybridventilantrieb-Motors, welche Querschnitte des Zylinderkopfes und der Kraftstoffdampfrückführungs- und Spülanlage zeigt, auf welche Erscheinungsformen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden;
1A ist eine schematische Querschnittansicht des Zylinderkopfes, wobei der Querschnitt durch das wählbare Einlassventil erfolgt;
1B ist eine schematische Querschnittansicht des Zylinderkopfes, wobei der Querschnitt durch das beliebig aktivierbare Einlassventil erfolgt;
2 ist ein typisches Motorbetriebskennfeld, auf das die Bereiche eingetragen wurden, welche die verschiedenen Betriebsarten des Hybridventilantriebs verwenden;
3a ist eine Kurvendarstellung der beliebig aktivierbaren Einlassventil-Hubprofile für vorverlegte und verzögerte Schließzeiten nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
3b ist eine Kurvendarstellung der Einlassventil-Schließzeit, welche die Menge der in dem Zylinder gefangenen Frischladung zeigt;
3c ist eine Kurvendarstellung der Einlassventil-Schließzeit, welche den Reduktionsfaktor der in dem Zylinder gefangenen Frischladung nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung zeigt;
3d ist eine Kurvendarstellung der Einlassventil-Schließzeit, welche die Temperatur der gefangenen Frischladung zeigt;
4a ist eine Kurvendarstellung der Ventilhubprofile sowohl für das beliebig aktivierbare als auch das wählbare Ventil;
4b ist eine Kurvendarstellung, welche die Wirkung der Abänderung des Schließens des beliebig aktivierbaren Einlassventils zeigt, wenn das wählbare Einlassventil gleichzeitig angetrieben wird;
5a zeigt einen zeitlichen Verlauf der Drosselklappenstellung für einen Übergang nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
5b zeigt einen zeitlichen Verlauf des Schließens des beliebig aktivierbaren Einlassventils für einen Übergang nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
5c zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Ansaugunterdrucks für einen Übergang nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
5d zeigt einen zeitlichen Verlauf des Status eines mechanischen Ventils für einen Übergang nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
6 ist ein Flussdiagramm der bei der Durchführung eines Übergangs von einem Bereich niedrigerer Motordrehzahl und niedrigeren Motordrehmoments zu anderen Betriebsbedingungen beteiligten Schritte nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
7 ist ein Flussdiagramm der bei der Durchführung eines Übergangs von einem Bereich höherer Motordrehzahl und niedrigeren Motordrehmoments zu anderen Betriebsbedingungen beteiligten Schritte nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
8 ist ein Flussdiagramm der bei der Durchführung eines Übergangs von einem Bereich höheren Motordrehmoments zu anderen Betriebsbedingungen beteiligten Schritte nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
9 ist ein Flussdiagramm der bei der Durchführung eines Übergangs zwischen mittlerer Last beim Drehmoment und niedrigster Last beim Drehmoment beteiligten Schritte nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung;
10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens, nach welchem die Eingaben für das geforderte Motordrehmoment und die geforderte Drehzahl zur Berechnung des Einlassventil-Schließens und der Drosselklappenstellung als Zeitfunktionen verwendet werden können, um Stellantriebe nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung zu steuern.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Unter Bezug auf 1 umfasst der Motor 10 mindestens einen Zylinder 4. Der Zylinderkopf des Motors 10 enthält ein wählbares Einlassventil 18, ein beliebig aktivierbares Einlassventil 16 und Auslassventile 20. Die Drosselklappe 14 ist in dem Einlass 12 zu dem Motor 10 angeordnet. Verbrannte Gase werden durch die Abgasleitung 24 ausgesondert. Das Motorsteuergerät 26 dient der Aktivierung und Deaktivierung des wählbaren Einlassventils 18, der Aktivierung des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 und der Steuerung der Stellung der elektronisch ge steuerten Drosselklappe 14. Verschiedene Motormessfühler 28, beispielsweise ein Abgassauerstoffsensor, ein Luftmassensensor und ein Motordrehzahlmessfühler, liefern dem Motorsteuergerät 26 Signale.
Unter Bezugnahme auf den in 1A gezeigten Querschnitt sind das wählbare Einlassventil 18 und das Auslassventil 20 durch die Nockenwellen 2 bzw. 3 nockenwellenbetätigt. Dadurch beruht die Zeitsteuerung der Vorgänge auf der Motordrehstellung. In dem in 1B gezeigten Querschnitt wird das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 von einem elektromechanischen Stellantrieb angetrieben. Es kann auch ein elektrohydraulischer Stellantrieb eingesetzt werden. Die Ventilvorgänge des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 sind frei veränderbar und werden von dem Motorsteuergerät 26 gesteuert. Das Auslassventil 20 wird von der Nockenwelle 3 betätigt. Weiterhin werden in 1A und 1B ein Kolben 5, der sich in dem Zylinder 4 hin- und herbewegt, ein Ansaugkanal 6 und ein Auslasskanal 8 gezeigt. Die Ansaugkanäle 6 und die Auslasskanäle 8 sind mit jeweiligen (nicht abgebildeten) Ansaug- und Abgaskrümmern gekoppelt, so dass jeweils eine Einlassleitung 12 und eine Auslassleitung 24 ausgebildet werden.
Ferner wird in 1 eine herkömmliche Kraftstoffdampfrückführungs- und Spülanlage für einen Kraftfahrzeugmotor gezeigt. Der Motor 10 steht mit einem Einlass 12 und einem Auslass 24 in Verbindung. Durch eine Kraftstoffeinspritzdüse 42 wird Kraftstoff in den Einlass eingespeist. Die Drosselklappe 14 ist in der Einlassleitung 12 positioniert. Der Kraftstofftank 48 enthält eine tankinterne Kraftstoffpumpe 50, welche durch eine Kraftstoffzuleitung 44 Kraftstoff zu der Kraftstoffeinspritzdüse 42 liefert. Der Kraftstofftank 48 wird durch das Kraftstoffeinfüllrohr 46 wieder gefüllt; der Tankdeckel 68 wird entfernt, um ein Auftanken zu ermöglichen. Die flüssigen Bestandteile des Kraftstoffs fallen durch das Rohr 62. Die gasförmigen Bestandteile können durch die Gasrückführungsleitung 66 Weiterströmen. Während des Füllens des Kraftstofftanks 48 wird das keinen flüssigen Kraftstoff enthaltende Volumen durch die gasförmigen Bestandteile, welche durch den eindringenden flüssigen Kraftstoff in die Gasrückführungsleitungen 64 und 66 getrieben werden, eingenommen. Die Gasrückführungsleitungen 64 und 66 führen zu dem Kohlebehälter 52, welcher Aktivkohle zur Absorption von Kraftstoffdämpfen enthält. Der Kohlebehälter 52 wird regelmäßig gespült. Das Spülen wird durch Öffnen der Ventile 54 und 58 verwirklicht, was das Strömen von frischer Spülluft durch die Einlassleitung für frische Spülluft ermöglicht. Das aus dem Kohlebehälter 52 austretenden Gase enthalten Frischluft und Kraftstoffdämpfe, welche durch das Ventil 58 und die Leitung 60 weiterströmen. Die Leitung 60 mündet in den Einlass 12 stromabwärts der Drosselklappe 14. Ein Strömen aus dem Kohlebehälterkreislauf durch die Elemente 56, 54, 52, 58 und 60 in den Einlass 12 und schließlich zum Motor 10 zwecks Verbrennung erfolgt unter den Bedingungen eines Vakuums in dem Einlass 12 stromabwärts der Drosselklappe 14.
In 2 wird ein Betriebskennfeld eines typischen Motors mit Fremdzündung gezeigt. Die obere Kurve 40 stellt das maximale Drehmoment dar, das der Motor als Funktion der Drehzahl liefert. Es werden die Betriebsbereiche gezeigt, bei denen das beliebig aktivierbare Ventil allein in Betrieb ist, das wählbare Ventil allein in Betrieb ist und beide Ventile in Betrieb sind. Bei einem höheren Drehmoment über alle Drehzahlen, Bereich 30, werden beide Einlassventile verwendet. Die Verwendung beider Einlassventile lässt die höchstmögliche Luftmenge ein, wodurch der Motor sein maximales Drehmoment entwickeln kann. Wenn Einlassluft nur durch ein Ventil eingelassen wird, ist die Geschwindigkeit durch diesen Ansaugkanal und dieses Ventil etwa doppelt so hoch wie bei Einlassen einer Frischladung durch zwei Ventile, wenn die Ventile von vergleichbarer Größe sind. Dies führt zum Zeitpunkt der Verbrennung zu einer stärkeren Verwirbelung in dem Zylinder. Zwar ist eine stärkere Verwirbelung bei Randwert-Verbrennungsbedingungen ein wünschenswerter Zustand, doch führt sie zu einer übermäßig schnellen Verbrennung bzw. harten Verbrennung bei gleichbleibenden Betriebsbedingungen, veranschaulicht durch Bereich 30. In Bereich 36 von 2 wird nur das wählbare Einlassventil 18 eingesetzt. Der Bereich 36 benötigt keine maximale Luftmenge, da kein maximales Drehmoment gefordert wird. Der Bereich 30 ist zu wählen, wenn der Bereich 36 keine ausreichende Luftmenge einlassen kann oder wenn die Verbrennung bei alleiniger Verwendung des wählbaren Einlassventils 18 zu hart ist.
Es werden Kriterien zur Ermittlung geliefert, wann ein Übergang erwünscht ist. Die Entscheidung, wann ein Übergang von Bereich 36 zu Bereich 32 oder Bereich 34 vorzunehmen ist, beruht darauf, ob das wählbare Einlassventil 18 oder das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 einen effizienteren Betrieb bietet. Die Effizienz beruht auf der bei Drehung der Einlassnockenwelle verbrauchten Energie, der bei Betätigung des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 verbrauchten Energie und den Pumpverlusten, d.h. der beim Nachfüllen der aufgebrauchten Verbrennungsgase mit einer Frischladung verbrauchten Energie.
Der Bereich 32 ist ein Bereich, in welchem das Einlassventilschließen des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 so eingestellt werden kann, dass es dem geforderten Motordrehmoment entspricht. Hubprofile für das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 werden in 3a gezeigt. Die Einlassventil-Schließzeit kann gegenüber der Zeitsteuerung, die die maximale gefangene Frischladung liefert, vorverlegt oder verzögert werden, wie in 3b gezeigt. Durch Maßschneidern der Einlassventil-Schließzeit wird die gewünschte Frischladung gefangen. Wie in 3b gezeigt, verringern das sowohl Verzögern als auch das Vorverlegen des Einlassventilschließens die Menge der gefangenen Frischladung. Im Fall einer verzögerten Schließzeit wird ein Teil der angesaugten Frischluftfüllung vor dem Einlassventilschließen aus dem Brennraum herausgestoßen. Die Menge der in dem Zylinder zurückbehaltenen Frischluft ist in 3b dargestellt.
Bei verzögerten Einlassventil-Schließzeiten wird die Frischladungstemperatur erhöht; dies steht im Gegensatz zu den vorverlegten Einlassventil-Schließzeiten, die wenig Wirkung auf die Temperatur der Frischladung haben, wie in 3c gezeigt wird. Es können Gründe für die Bevorzugung einer Vorverlegung oder Verzögerung der Schließzeit bestehen, die in der Entwicklung des Verfahrens offensichtlich werden. Dennoch wird das Steuern des Motordrehmoments durch Einstellen der Einlassventil-Schließzeit über die Drosselung bevorzugt, da es Pumpverluste senkt und somit zu einer höheren Gesamteffizienz führt. Da das geforderte Drehmoment verringert wird, kann die Steuerung des Motordrehmoments durch Einstellen der Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 zu instabiler Verbrennung führen. Abhängig von der gewünschten Verbrennungsstabilität bei einer bestimmten Anwendung kann ein Drehmomentpegel ermittelt werden, unter welchem die Steuerung des Motordrehmoments durch Drosselung verwirklicht wird. Der Unterschied zwischen den Bereichen 32 und 34 besteht also darin, dass im Bereich 34 Drosselung eingesetzt wird.
Die Verbrennungsstabilität hängt mit der Standardabweichung der in einem Zylinder auf Taktbasis erzeugten Kraft zusammen. Eine geringe Standardabweichung, d.h. eine von Takt zu Takt erzeugte konstante Kraft, weist auf eine stabile Verbrennung und umgekehrt hin. Eine Verschlechterung der Verbrennungsstabilität verweist hier auf eine Erhöhung der Standardabweichung und eine Verbesserung der Verbrennungsstabilität verweist auf eine Abnahme der Standardabweichung.
Im Bereich 34 von 2 ist es wünschenswert, den zur Steuerung des Motordrehmoments nötigen Drosselungswertpegel abzuschwächen. Somit wird das Einlassventilschließen soweit wie möglich vorverlegt bzw. verzögert, abhängig von dem verwendeten Steuerverfahren, während eine zufriedenstellende Verbrennungsstabilität gewährt wird. Es kann sich herausstellen, dass bei Senken des Motordrehmoments (im Bereich 34), d.h. die Drosselklappe ist geschlossen, die Einlassventil-Schließzeit geändert werden muss, um eine kontinuierliche gleichbleibende Verbrennung zu ermöglichen.
Da das geforderte Motordrehmoment bzw. die geforderte Motordrehzahl sich im Verlauf des Betriebs ändern, stellt es sich als wünschenswert heraus, sich zwischen den Bereichen von 2 zu bewegen. Der Übergang zwischen den verschiedenen Betriebsbereichen sollte für den Fahrer des Fahrzeugs nicht wahrnehmbar sein.
Ein Übergang von Bereich 32 zu Bereich 34 wird vorgesehen, wenn die Verbrennungsstabilität in Bereich 32 schlechter als erwünscht wird. Ein gleichmäßiger Übergang von Bereich 32 zu Bereich 34 wird durch Schließen der Drosselklappe zwecks Erreichen des gewünschten Drehmomentpegels erreicht.
Der Übergang von Bereich 32 zu Bereich 30 wird vorgesehen, wenn die Ventil-Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 so liegt, dass sie die maximale gefangene Frischladung liefert. Es kann sich als wünschenswert herausstellen, einen Übergang von Bereich 32 zu Bereich 30 aufgrund eines Grenzwerts zu bewirken, der durch eine tolerierbare Verbrennungshärte auferlegt wird, und nicht durch fehlende Befugnis bei der Einlassventil-Schließzeit des beliebig aktivierbaren Ventils. Eine weitere Erhöhung des Motordrehmoments wird durch Aktivieren des wählbaren Einlassventils 18 verwirklicht. Analog wird die Zeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils so verzögert, dass die Luftmenge vor und nach dem Übergangstakt im Wesentlichen konstant ist.
Die Steuerung des Motordrehmoments im Bereich 30 wird durch Steuern der Ventilschließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 verwirklicht. Wie in 2b gezeigt, kann das Drehmoment durch spätes Einlassventilschließen des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 gesteuert werden, während ein frühes Einlassventilschließen eine minimale Wirkung auf die gefangene Ladung hat.
Ein Übergang von Bereich 36 zu Bereich 30 ist wünschenswert, wenn das wählbare Einlassventil 18 allein nicht ausreichend frische Ansaugluft liefert. Wenn ein Übergang gefordert wird, wird das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 mit einer verzögerten Schließzeit aktiviert, in welcher die gefangene Frischladung unbeeinträchtigt bleibt. Die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 wird vorverlegt, um die gefangene Frischladungsmasse nach Bedarf zu erhöhen. Der umgekehrte Übergang (von Bereich 30 zu Bereich 36) wird verwirklicht, wenn die gefangene Frischladung durch das wählbare Einlassventil 18 allein vorgesehen werden könnte. Es kann sich herausstellen, dass der ausschlaggebende Faktor für den Übergang nicht Kapazitätsbeschränkungen sondern die Verbrennungshärte ist. Das heißt es können Betriebsbedingungen vorliegen, bei denen das wählbare Einlassventil 18 allein eine ausreichende Frischladung liefern kann, bei denen aber die sich ergebende Verbrennungshärte außerhalb eines gewünschten Pegels liegt. In diesem Fall wird ein Übergang von Bereich 36 zu Bereich 30 aufgrund der Verbrennungshärte verwirklicht.
Der Bereich 32 bzw. 34 wird gegenüber dem Bereich 36 bevorzugt, wenn die folgende Gleichung gültig ist: Pwroiv + Wroiv + FW'siv + Clroiv > Pwsiv + Fwsiv + ClSivwobei Pwroiv die Pumparbeit des Motors mit dem beliebig aktivierbaren Einlassventil, Wroiv die aus dem Motor gewonnene Leistung zum Antrieb des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16, Pwsiv die Pumparbeit des Motors bei alleiniger Verwendung des wählbaren Einlassventils 18, Fwsiv die beim Antrieb des wählbaren Einlassventils 18 verlorene Reibungsarbeit, FW'siv die beim Antreiben der Nockenwelle des betätigten Einlassventils verlorene Reibungsarbeit bei Deaktivierung des wählbaren Einlassventils 18 ist. FW'siv liegt beträchtlich unter Fwsiv, ist aber aufgrund der Drehreibung in der Nockenwelle nicht vernachlässigbar, auch wenn das wählbare Einlassventil 18 deaktiviert ist. CLroiv und CLsiv sind Taktverluste im Zusammenhang mit dem Betrieb des beliebig aktivierbaren bzw. des wählbaren Einlassventils. Die Taktverluste sind die Differenz zwischen der idealen Taktarbeit, die bei einem Viertaktverfahren erhalten werden könnte, und der tatsächlichen erzeugten Menge. Die erzeugte tatsächliche Leistung liegt aufgrund von Wärmeübertragung, Verbrennungszeitverlusten (d.h. endlicher Verbrennungsdauer), Verbrennungsphaseneinstellung u.a. unter der idealen Taktarbeit. Die Wahl zwischen der Verwendung des wählbaren Einlassventils 18, Bereich 36, und der Verwendung des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16, Bereiche 32 und 34, beruht auf der Minimierung der Verluste aufgrund Ventilbetätigung und Pumparbeit. Wenn gegen die obige Gleichung verstoßen wird, wählt die Steueranlage Bereich 36, d.h. nur das wählbare Einlassventil 18 wird betätigt.
Die oben beschriebenen Größen können berechnet oder wie folgt geschätzt werden. Die Pumparbeit (PW) ist vorrangig eine Funktion von Krümmerdruck, Motordrehzahl und Motorhubraum und könnte in einer Nachschlagetabelle oder in Gleichungsform in dem Steuergerät des Motors enthalten sein. Der mit dem Antrieb der Einlassnockenwelle verbundene Energieverlust ist vorrangig eine Funktion der Motordrehzahl. Dies ist ein Betrag, der in einem stellvertretenden Motor gemessen werden könnte, und die Daten könnten auf alle Motoren des gleichen Typs übertragen werden. Dies könnte eine Nachschlagetabelle oder eine Gleichung in dem Steuergerät des Motors sein. Es gäbe dann zwei verschiedene Tabellen oder Gleichungen, eine für den Fall der Aktivierung des wählbaren Einlassventils 18 und eine für dessen Deaktivierung. Die Leistung, die vom Motor zur Betätigung des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 abgezogen wird, ist ein Betrag, der im Verlauf der Entwicklung des beliebig aktivierbaren Einlassventils ermittelt werden würde. Die Konstruktionsvariablen, die den Leistungsbedarf beeinflussen, sind die Größe des Ventils, das gewählte Hubprofil und die zur Betätigung des Ventils verwendeten Antriebselemente. Ein schnellerer Ventilhub verbraucht beispielsweise mehr Energie. Die ventilkonstruktionsunabhängigen Faktoren, die den Leistungsverbrauch bestimmen würden, sind die Leistungsfähigkeit des Motordrehstromgenerators bei der Erzeugung elektrischen Stroms, Systemverluste bei der Speicherung und Wiedergewinnung von Energie, Verluste bei der Spannungsumwandlung und Druck im Zylinder zum Zeitpunkt der Ventilbetätigung. Mit Ausnahme des Zylinderdrucks hängen alle diese Größen von der Systemkonstruktion ab. Bei einer vorgegeben Konstruktion ist die bei Betätigung des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 verbrauchte Leistung vorrangig eine Funktion des Zylinderdrucks. Andere Abhängigkeiten können im Laufe der Entwicklung ermittelt werden. Das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 kann alternativ elektrohydraulisch oder durch andere Mittel betätigt werden. In dem elektrohydraulischen Fall wird Leistung beim Antrieb einer zur Entwicklung von Hydraulikfluiddruck verwendeten Pumpe, bei Hydraulikverlusten in den Systemleitungen (stark abhängig von Hydraulikfluidtemperatur) und elektrischen Verlusten beim Betätigen von Steuermagnetventilen sowie der Wirkung des Hubprofils, der Ventilgröße und der oben erwähnten Zylinderdruckwirkungen verbraucht.
Die Verwirklichung des Übergangs zwischen den Bereichen 32 oder 34 zu dem Bereich 36 wird in der in 5 gezeigten Zeitlinie gezeigt. Wenn das beliebig akti vierbare Einlassventil 16 zum Zeitpunkt des Übergangs mit einer vorverlegten Schließzeit arbeitet, wird im nächsten Motortakt eine verzögerte Schließzeit gewählt, welche die gleiche Masse an Frischladung fängt. In 3b nimmt die gefangene Frischladung an beiden Seiten der Spitze ab. Somit liegt eine wählbare verzögerte Zeiteinstellung vor, in welcher die gefangene Frischladung und somit das entwickelte Motordrehmoment der vorverlegten Zeit entspricht. In dem nächsten Motortakt kann das wählbare Einlassventil 18 aktiviert werden. Die gefangene Frischladung wird durch die Aktivierung des wählbaren Einlassventils 18 nicht merklich beeinträchtigt, wenn das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 bei einer verzögerten Ventilschließzeit arbeitet. Über die nächsten Motortakte wird die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils gleichzeitig mit dem Schließen der Drosselklappe vorverlegt. Diese Vorgänge werden gleichzeitig gesteuert, so dass die gefangene Frischladung im Wesentlichen konstant ist, was hier bedeutet, dass sie ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment liefert oder sich entlang der gewünschten Drehmomentbahn gleichmäßig ändert. Eine Änderung der Einlassventil-Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 kann in einem einzigen Motortakt verwirklicht werden. Auch wenn eine Änderung der Drosselklappenstellung schnell verwirklicht werden kann, führen dagegen Erwägungen beim Füllen des Einlasskrümmers dazu, dass der Einlasskrümmerdruck über mehrere Motortakte reagiert. Somit erfolgt der in 4 gezeigte Übergang in einigen wenigen bis zu einigen duzend Motortakten. Bei kontinuierlichem Vorverlegen der Zeiteinstellung des beliebig wählbaren Einlassventils 16 hat es schließlich keine Wirkung mehr auf die Menge der gefangen Frischladung. An diesem Punkt kann es abgeschaltet werden.
Der umgekehrte Übergang (Bereich 36 zu Bereich 32 oder Bereich 34 von 2) erfolgt analog: das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 wird bei einer vorverlegten Zeiteinstellung so aktiviert, dass es nicht die gefangene Frischladung beeinträchtigt. Die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 wird gleichzeitig mit dem Öffnen der Drosselklappe verzögert, so dass die gefangene Frischladung im Wesentlichen konstant ist. Wird die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Ventils hinreichend verzögert, hat das wählbare Einlassventil 18 keine Wirkung mehr auf die gefangene Frischladung und kann abgeschaltet werden.
Der Unterschied zwischen der Durchführung eines Übergangs von Bereich 32 zu Bereich 36 und von Bereich 34 zu Bereich 36 liegt darin, dass die anfängliche Drosselklappenstellung voll offen ist und der anfängliche Krümmerdruck im ersterem Fall atmosphärisch ist und im letzterem Fall teilweise offen ist, d.h. unter einem atmosphärischem Wert liegt.
Es ist wünschenswert, die Anzahl der Übergänge, die das Steuergerät des Motors steuern muss, zu beschränken. Wenn das geforderte Motordrehmoment und die geforderte Motordrehzahl sich einem neuen Bereich nähern (innerhalb von 2), kann der Übergang somit verzögert werden, bis das geforderte Motordrehmoment und die geforderte Motordrehzahl die Grenze um einen vorbestimmten Betrag überschreiten. Die Abgrenzungen von 2 können als Zonen gesehen werden. Bei Annäherung an eine Grenze erfolgt der Übergang erst, wenn der geforderte Betriebszustand die entfernteste Kante der Grenze überschreitet. Das heißt der Übergang von Bereich 36 zu Bereich 30 würde an der höheren Motordrehmomentkante der Grenze zwischen den zwei Bereichen erfolgen. Umgekehrt würde ein Übergang von Bereich 30 zu Bereich 36 bei der unteren Motordrehmomentkante der Grenze zwischen den zwei Bereichen erfolgen.
Übergänge zwischen den Bereichen von 2, welche das Schließen oder Öffnen der Drosselklappe erfordern, können aufgrund der Krümmerfüllverzögerungen mindestens eine und bis zu 20 Motorumdrehungen erfordern. Die Drosselklappe kann in der Größenordnung von 100 ms betätigt werden. Das Füllen des Krümmers mit Luft erfordert jedoch mehrfache Motorumdrehungen, um die Trägheit der Gase zu überwinden.
Ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment bedeutet hier entweder ein konstantes Drehmoment oder eine Drehmomentbahn entlang der gewünschten Strecke; d.h. die Motordrehmomentabweichung von der gewünschten Bahn ist klein bzw. für den Fahrer des Fahrzeugs nicht zu bemerken.
Das Verzögern oder Vorstellen der Zündgrundeinstellung ist ein leistungsstarkes Instrument, das für gleichmäßige Übergänge verwendet werden kann. Der Vorteil der Zündvorstellung liegt darin, dass sie in einem Motortakt geändert werden kann. Weiterhin hat die Zündeinstellung eine breite Befugnis bei der Steuerung des Motordrehmoments. Die Zündeinstellung wirkt sich jedoch typischerweise negativ auf den Kraftstoffverbrauch aus. Somit ist sie ein sekundäres Instrument zur Verfeinerung der Übergänge.
Ein Betrag, der in der Entwicklung ermittelt werden kann, ist rpm_t (in 2 gezeigt), das ist der Schwellwert-Rpm zwischen den Bereichen 32 und 36. Dieser Betrag wird nachstehend bezüglich der bei der Auswahl der Bereiche für den Betrieb verwendeten Steuerstrategie erörtert.
3a zeigt ein Ventilhubprofil für frühe und späte Schließzeiten des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16. 3b zeigt die sich ergebende gefangene Frischladung als Funktion der Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16. Eine maximale gefangene Frischladung ergibt sich bei einer bestimmten Ventilschließzeit. Ventilschließzeiten, die gegenüber diesem Maximalwert vorverlegt oder verzögert sind, verringern den Betrag der gefangenen Frischladung. Die Menge der gefangenen Frischladung ist der vorrangige Faktor, der den Drehmomentbetrag bestimmt, den der Motor erzeugt. Wenn nur das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 arbeitet, können entweder eine verzögerte Zündeinstellung oder eine vorverlegte Zündeinstellung gewählt werden, um eine bestimmte gewünschte gefangene Frischladung zu erhalten. Die gefangene Frischladung kann durch Dividieren der gefangenen Frischladung bei irgendeiner vorgegebenen Einlassventil-Schließzeit (IVC) durch die maximale gefangene Frischladung normalisiert werden. Der normalisierte Betrag wird als Reduktionsfaktor der gefangenen Frischladung bezeichnet. Wie in 3c gezeigt, reicht der Reduktionsfaktor der gefangenen Frischladung von 0 bis 1.
Bei Betrieb in Bereich 34 von 2 ist das vorrangige Verfahren der Steuerung des Motordrehmoments die Drosselung und sekundär die Einlassventil-Schließzeit. Wie in 3b gezeigt, könnte entweder eine vorverlegte oder eine verzögerte Ventil-Schließzeit verwendet werden, um eine gewünschte gefangene Frischladung zur Hand zu geben. In 3d wird die sich ergebende Frischladungstemperatur gezeigt. Bei vorverlegten Zeiteinstellungen ist die Frischladungstemperatur im Wesentlichen konstant, während die Frischladungstemperatur als Verzögerungsfunktion zunimmt. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass bei vorverlegten Zeiteinstellungen das Einlassventil vorzeitig geschlossen wird, um die Menge der gefangenen Frischladung zu beschränken. Bei verzögerten Zeiteinstellungen wird der Zylinder mit Frischladung gefüllt und die Frischladung wird bei Aufwärtsbewegung des Kolbens aus dem Zylinder herausgestoßen. In diesem Fall kommt die Frischladung mehrfach mit den heißen Zylinderflächen und mit dem heißen Einlassventil in Berührung und wird stärker erwärmt als im Fall der vorverlegten Einlassventil-Schließzeit. Eine höhere Frischladungstemperatur kann sich bei der Verbesserung der Verbrennungsstabilität als vorteilhaft herausstellen. Somit kann in dem Bereich 36, in welchem die Verbrennungsstabilität von Belang ist, die verzögerte Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 aufgrund der verbesserten Verbrennungsstabilität bevorzugt werden.
4a zeigt die Ventilhubprofile für den Betrieb sowohl mit dem wählbaren Einlassventil 18 als auch mit dem beliebig aktivierbaren Einlassventil 16. 4b zeigt die sich ergebende gefangene Frischladung als Funktion der Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16. Eine maximale gefangene Frischladung erfolgt bei einer bestimmten Ventil-Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16. Zu Zeitpunkten einer Vorverlegung vor das Maximum kann es zu einer sehr geringen Abnahme der gefangenen Frischladung kommen. Das heißt, das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 hat keine tatsächliche Befugnis über die gefangene Frischladung mittels Vorverlegen der Schließzeit. In 4b hat die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 einen Befugnisbereich über die gefangene Frischladung, wenn die Schließzeit über die Schließzeit des wählbaren Ventils, d.h. die verzögerte Zeiteinstellung, verzögert wird.
In 2 werden die Bereiche dargestellt, aus denen das Motorsteuergerät den Betrieb wählen muss. Neben dem Vorsehen einer Steuerung in jedem Bereich müssen gleichmäßige Übergangen zwischen den Bereichen gesteuert werden. In 5a–d wird eine Zeitlinie eines Übergangs zwischen Bereich 32 zu Bereich 34 umrissen. Wenn das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 bei einer vorverlegten Zeiteinstellung 50 arbeitet, muss es auf eine verzögerte Zeiteinstellung umgeschaltet werden, welche eine identische gefangene Frischladung zu Beginn des Übergangs liefert, wie in 5b gezeigt wird. Die Fähigkeit, eine verzögerte Zeiteinstellung zu finden, welche die gleiche gefangene Frischladung liefert wie eine vorverlegte Zeiteinstellung, wird durch 3a belegt, wie dies vorstehend beschrieben ist. Wenn das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 bei einer verzögerten Zeiteinstellung 52 arbeitet, ist kein Einschreiten erforderlich. Das wählbare Ventil kann in dem gleichen Motortakt oder kurz danach geöffnet werden, 5c. Die Drosselklappe (in 5a mit TP für die Drosselklappenstellung bezeichnet) wird geschlossen. Gleichzeitig wird die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils verzögert, 5d, so dass die gewünschte Bahn des Motordrehmoments verwirklicht wird. Da die Zeiteinstellung des beliebig aktivierbaren Einlassventils über einen bestimmten Punkt hinaus verzögert wird, wirkt sie sich nicht länger auf die Menge der gefangenen Frischladung aus. An diesem Punkt kann das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 abgeschaltet werden, 4b.
Für die Zwecke der Beschreibung der Steuerstrategie wird Bereich 30 von 1 als Bereich drei bezeichnet, Bereich 36 von 1 wird als Bereich zwei bezeichnet und der beide Bereiche 32 und 34 von 2 enthaltende kombinierte Bereich wird als Bereich eins bezeichnet. Für die Zwecke der Beschreibung der Steuerstrategie von 9 werden Bereich 32 und 34 von 2 als Bereich vier bzw. fünf bezeichnet.
6 zeigt die Schritte, die zur Beurteilung, ob ein Übergang von Bereich eins nötig ist, und dann zur Durchführung des Übergangs ergriffen würden. Die Anlage arbeitet in Bereich eins in Block 100. Die Blöcke 102, 104 und 106 sind Beurteilungsschritte, ob ein Übergang erforderlich ist. Die Reihenfolge, in der die Beurteilungsblöcke 102, 104 und 106 eintreten, ist willkürlich. In Block 102 werden die in Bereich 1 wirksamen Verluste verglichen mit den in Bereich zwei wirksamen Verlusten beurteilt. Diese Verluste werden vorstehend als bestehend aus allen mit dem Betrieb des wählbaren Einlassventils 18 verbundenen Verlusten verglichen mit dem beliebig betätigten Einlassventil beschrieben. Die Aufgabe von Block 102 besteht darin, den effizienteren Betriebsbereich zu wählen. Wenn Bereich Zwei effizienter ist, wird ein Übergang von Bereich Eins zu Bereich Zwei beginnend in Block 108 verwirklicht. Die Einlassventil-Zeiteinstellung des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 wird mit der Einstellung verglichen, die in Block 110 eine maximale gefangene Frischladung ergeben würde. Wenn die Zeiteinstellung von dem Zustand maximaler gefangener Frischladung vorverlegt wird, wird die Einlassventil-Zeitsteuerung zu einer verzögerten Einlassventil-Zeiteinstellung geändert, was eine im Wesentlichen ähnliche gefangene Frischladung in Block 112 ergibt. Das wählbare Einlassventil 18 wird in Block 114 aktiviert. Der Zweck der Änderung von einer vorverlegten Zeiteinstellung zu einer verzögerten Zeiteinstellung in Block 112 wird in 3 und 4 veranschaulicht. Wenn nur das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 aktiviert ist, wie in 3, fällt die gefangene Frischladung an beiden Seiten des Maximalwerts. Doch wenn beide Ventile offen sind, wie in 4, bleibt die gefangene Frischladung an der vorverlegten Seite im Wesentlichen konstant und fällt an der verzögerten Seite. Um der Ventil-Zeitsteuerung einen Befugnisbereich bei der Steuerung der gefangenen Frischladung zu geben, sollte das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 bei einer verzögerten Zeiteinstellung arbeiten. In Block 116 wird die Drosselklappe gleichzeitig mit dem Vorverlegen der Ventil-Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 geschlossen. Dies wird so verwirklicht, dass das Motordrehmoment im Wesentlichen konstant ist. Block 118 ist eine Prüfung, die der Ermittlung dient, ob die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 ausreichend vorverlegt ist, so dass sie keine Befugnis mehr über die gefangene Frischladung hat. Falls nicht, wird Block 116 wiederholt. Wenn der Test in Block 118 negativ ist, kann das beliebig aktivierte Einlassventil in Block 120 abgeschaltet werden, da es nicht länger das Motordrehmoment beeinflusst. Block 122 zeigt an, dass der Motor in Bereich Zwei läuft.
In Block 102 von 6 erfolgen Prüfungen 104 und 106, wenn die Verluste in dem Bereich Eins unter dem Bereich Zwei liegen. Bei Block 104 erfolgt eine Prüfung, um zu ermitteln, ob das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 ausreichend gefangene Frischladung einlässt, so dass dem geforderten Motordrehmoment entsprochen werden kann. Fall nicht, wird in Block 124 ein Übergang von Bereich Eins zu Bereich Drei gefordert. Wenn der Test von Block 104 bestanden wurde, erfolgt ein zusätzlicher Test in Block 106, um zu ermitteln, ob die Verbrennungshärte annehmbar ist. Da das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 mehr Verwirbelung in den Verbrennungsgasen induziert als bei Einlassen von Ansauggasen durch beide Ventile, kann die sich ergebende Verbrennung zu schnell oder zu hart werden. In Block 106 führt das Vorliegen einer harten Verbrennung zu einer Forderung nach einem Übergang von Bereich Eins zu Bereich Drei. Das wählbare Einlassventil 18 wird eingeschaltet, nachdem die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils in Block 126 verzögert wird. Die Schließzeit für das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 wird so gewählt, dass ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment während des Übergangs von Block 130 verwirklicht wird. Nun läuft der Motor in Bereich Drei in Block 128.
7 zeigt die beim Prüfen und Durchführen von Übergängen von dem Arbeitsbereich Zwei, Block 200, beteiligten Schritte. Die Prüfung zur Ermittlung, ob ein Übergang erforderlich ist, erfolgen in den Blöcken 202, 204 und 206, die in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können. Block 202 prüft, ob Bereich Eins oder Zwei effizienter ist. Wenn Bereich Eins effizienter ist, wird ein Übergang von Bereich Zwei zu Bereich Eins gefordert, Block 208. Das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 wird mit einer Schließzeit aktiviert, die vor der maximalen gefangenen Frischladung in Block 210 vorverlegt wird. Durch Vorverlegen der Schließzeit hat das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 eine minimale Wirkung auf die gefangene Frischladung. Die Schließzeit wird in Block 212 verzögert, bis in Block 214 eine weitere Verzögerung die gefangene Frischladung beeinträchtigen würde. Wenn Block 214 erfüllt wird, wird die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils gleichzeitig mit dem Öffnen der Drosselklappe, Block 216, verzögert. Dies wird so verwirklicht, dass das Motordrehmoment im Wesentlichen konstant bleibt, bis die gewünschte Drosselklappenöffnung erreicht ist. Das wählbare Einlassventil 18 kann abgeschaltet werden, wie in Block 218 gezeigt. Die Blöcke 216 und 218 können in willkürlicher Reihenfolge verwirklicht werden. Nun läuft der Motor in Bereich Eins, Block 220.
Wenn in Block 202 von 7 die Verluste des Bereichs Zwei unter denen von Bereich Eins liegen, werden in den Blöcken 204 und 206 Prüfungen durchgeführt, um zu ermitteln, ob ausreichend Motordrehmoment mit Hilfe des wählbaren Einlassventils 18 allein entwickelt werden kann bzw. ob die Verbrennungshärte annehmbar ist. Wenn eine dieser Prüfungen negativ ist, wird ein Übergang von Bereich Zwei zu Bereich Drei gefordert, Block 222. Das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 wird mit einer vorverlegten Schließzeit eingeschaltet. Die Ventil-Schließzeit wird in Block 226 mit einer Prüfung verzögert, um festzustellen, ob eine weitere Verzögerung die gefangene Frischladung beeinträchtigt, Block 228. Wenn der Test von Block 228 bestanden wird, wird die Einlassventil-Zeiteinstellung weiter verzögert, während die Drosselklappe so geöffnet wird, dass ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment in Block 230 gewahrt wird. Die Drosselklappe wird voll geöffnet oder weniger geöffnet, abhängig von einer eventuell gewünschten Unterstützung anderer Funktionen. Der Motor läuft nun in Bereich Drei, Block 232.
8a zeigt die beim Prüfen und Durchführen von Übergängen von dem Betriebsbereich Drei, Block 300, beteiligten Schritte. Die Blöcke 302, 304, 306, 316 und 318 sind Prüfungen, um zu ermitteln, ob ein Übergang erforderlich ist. In Block 302 wird die aktuelle Rpm mit der Rpm_t verglichen, welche ein vorbestimmter Wert der Rpm ist, was die Grenze zwischen den Bereichen Eins und Zwei zeigt (Rpm_t wird in 2 gezeigt). Der Zweck von Schritt 302 ist die Ermittlung, ob ein Übergang erfolgt und ob er auf Bereich Eins oder Bereich Zwei erfolgt. Wenn Rpm kleiner als Rpm_t ist, dann ermitteln die Prüfungen in Block 304 und 306, ob genügend Mo tordrehmoment erzeugt werden kann und ob die Verbrennungshärte mit dem beliebig aktivierbaren Einlassventil 16 annehmbar wäre. Wenn entweder Prüfung 304 oder 306 negativ ausfallen, kehrt die Steuerung zu Block 300 zurück. Wenn beide Prüfungen 304 und 306 bestanden werden, erfolgt ein Übergang zu Bereich Eins in Block 308. In Block 312 wird das wählbare Einlassventil 18 geschlossen, das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 wird vorverlegt, um das Motordrehmoment zu wahren. Wenn Rpm größer als Rpm_t ist, erfolgen Prüfungen 316 und 318, um zu ermitteln, ob genügend Motordrehmoment erzeugt werden kann und ob die Verbrennungshärte mit dem gewählten Einlassventil 18 annehmbar wäre. Ein Scheitern in Prüfung 316 oder 318 lässt die Steuerung zu Block 300, Betriebsbereich Drei, zurückkehren. Wenn sowohl Prüfung 316 als auch 318 bestanden werden, wird ein Übergang zu Bereich Zwei in Block 3120 angefordert. Die Drosselklappe wird geschlossen und die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 wird in Block 322 vorverlegt. Eine Prüfung in 324 ermittelt, ob ein weiteres Vorverlegen der Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils 16 die gefangene Ladung beeinträchtigt. Wenn ja erfolgt Rückkehr zu Block 322. Wenn nicht, wird das beliebig aktivierbare Ventil 16 in Block 326 deaktiviert und die Anlage arbeitet nun im Bereich Zwei in Block 328.
8b zeigt eine Alternative zu 8a. Die Blöcke 302, 304, 306, 316 und 318 von 8a werden durch die Blöcke 350, 352 und 354 von 8b ersetzt. In Block 350 werden vier Fragen mit binären Antworten gestellt. Frage eins lautet: "kann mit dem wählbaren Einlassventil 18 genügend Motordrehmoment erzeugt werden". Frage zwei lautet: "kann mit dem beliebig aktivierbaren Einlassventil 16 genügend Motordrehmoment erzeugt werden." Frage drei lautet: "ob die Verbrennungshärte mit dem wählbaren Einlassventil 18 annehmbar wäre". Frage vier lautet: "ob die Verbrennungshärte mit dem beliebig aktivierbaren Einlassventil 16 annehmbar wäre". Block 252 zeigt die Richtung der Steuerung anhand der Antworten auf die vier Fragen. Die Steuerung rückt weiter entlang Strecke A vor, wenn die vier Antworten alle positiv sind oder ja lauten. Strecke A führt zu Block 354, in welchem eine Prüfung erfolgt, um zu ermitteln, ob die Verluste in dem Bereich Eins geringer als die Verluste in Bereich Zwei sind. Bei einem positiven Ergebnis von Block 354 wird ein Übergang von Bereich Drei zu Bereich Eins gefordert, Block 308. Bei Negativ wird ein Übergang von Bereich Drei zu Bereich Zwei gefordert, Block 320. Die Steuerung rückt entlang Strecke B vor, wenn die Antworten auf die Fragen eins und drei positiv sind und wenn eine oder beide Antworten auf die Fragen zwei und vier negativ sind. Strecke B verlangt einen Übergang von Bereich Drei zu Bereich Zwei, Block 320. Analog führt eine positive Antwort auf die beiden Fragen zwei und vier (mit einer oder beiden Antworten auf die Fragen eins und drei negativ) zu einer Steuerung entlang der Strecke C, was zu Block 312 führt, einem Übergang von Bereich Drei zu Bereich Eins. Alle anderen, von Vorstehendem abweichenden Ergebnisse führen zu Ergebnis D, was eine Rückkehr zu Block 300, Betriebsbereich Drei, bedeutet. Die verbleibenden Steuerschritte von 8b werden vorstehend unter Bezug auf 8a beschrieben.
In 9 würde bei Betrieb in Bereich Vier, Block 400, ein Übergang gefordert, wenn die Verbrennungsstabilität unannehmbar ist, Block 402. Zur Durchführung des Übergangs, Block 404, wird die Drosselklappe geschlossen, während die Schließzeit des beliebig aktivierbaren Einlassventils vorverlegt wird, was das im Wesentlichen konstante Motordrehmoment wahrt, Block 406. Der Motor läuft in Bereich Fünf, Block 408.
Bei Betrieb in Bereich Fünf, Block 420 von 9 erfolgt eine Prüfung, um zu ermitteln, ob die Verbrennungsstabilität ohne Drosselung annehmbar wäre, Block 422. Wenn ja, wird bei Block 424 ein Übergang von Bereich Fünf zu Bereich Vier gefordert. Die Drosselklappe wird geöffnet, während die Schließzeit des Einlassventils so verzögert wird, dass ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment während des Übergangs in Block 426 entwickelt wird. Der Motor läuft nun in Bereich Vier, Block 428.
In 8 erfolgen Prüfungen in den Blöcken 316 und 304, um zu ermitteln, ob genügend Motordrehmoment mit dem wählbaren Einlassventil 18 bzw. dem beliebig aktivierbaren Einlassventil 16 erzeugt werden kann. In den Blöcken 306 und 318 erfolgen Prüfungen bezüglich der Verbrennungshärte. Im Verlauf der Entwicklung kann sich herausstellen, dass die Verbrennungshärte, die Drehmomenterzeugung oder ein anderes Maß das einzige Kriterium ist, nach dem ein Übergang gefordert werden sollte. Die in Zusammenhang mit 6–9 beschriebenen Strategien können demgemäss vereinfacht werden.
Ein Algorithmus zur Berechnung der Drosselklappenstellung und des Einlassventilschließens für Übergänge unter Beteiligung einer Drosselklappenänderung, der in dem elektronischen Steuergerät abzulegen ist, wird nachstehend kurz dargestellt. Übergänge mit einer Drosselklappenänderung sind insbesondere Übergänge unter Beteiligung von Bereich 36 und Übergänge zwischen den Bereichen 32 und 34 von 2. Die gewünschte gefangene Frischladung (des_trp_chg) hängt von dem geforderten oder erwünschten Motordrehmoment (des_tq) und der Motordrehzahl (rpm) ab, d.h. des_trp_chg = fnc(des_tq, rpm).
In einem Motor mit festen Ventilvorgängen stehen des_trp_chg und der gewünschte Krümmerdruck (des_MAP) durch des_MAP = a*des_trp_chg + bmiteinander in Beziehung, wobei a und b Funktionen von rpm sind.
In einem Motor mit flexiblen Ventilvorgängen kann die Wirkung der Ventilzeiteinstellung durch des_MAP = c*des_trp_chg trp_chg_rf + d (1)aufgenommen werden, wobei c und d Funktionen von rpm sind und trp_chg_rf ein Reduktionsfaktor der gefangenen Frischladung ist, der wie folgt definiert wird: trp_chg_rf = trp_chg (IVC)/trp_chg(IVCm)wobei trp_chg(IVC) die gefangene Frischladung zu einer vorgegebenen IVC und trp_chg(IVCm) die gefangene Frischladung zu IVCm ist, was die IVC ist, welche die maximale gefangene Frischladung gibt. IVC ist die Einlassventil-Schließzeit. Aus 3c wird offensichtlich, dass trp_chg_rf von 0 bis 1 reicht und dass trp_chg_rf = fnc(IVC) bei einer vorgegebenen MAF und rpm.
Oder in dem allgemeinen Fall trp_chg_rf = fnc (IVC, MAP, rpm) wird die detaillierte Form der Gleichung in der Entwicklung ermittelt.
Unter Lösung von trp_chg_rf in Gleichung 1 oben: trp_chg_rf = (c*des_trp_chg )/(des_MAP – d) = fnc (IVC, MAP, rpm).
Wie vorstehend erwähnt ist die Beziehung zwischen IVC und trp_chg_rf vorab nicht bekannt. Bei dieser Beziehung kann die Gleichung jedoch für IVC gelöst werden. IVC hängt von Folgendem ab: IVC = fnc(, MAP, des_trp_chg, rpm).
Die gewünschte Drosselklappenstellung (TP) steht mit MAP durch Schall- und Unterschallbeziehungen in Beziehung. Diese Beziehungen sind einem Fachmann bekannt und sind Gegenstand des US-Patents 5,526,787, welches dem Rechtsnachfolger der folgenden Erfindung abgetreten wurde und welches durch Erwähnung zu einem Bestandteil dieser Anmeldung wird. Dies wird auch in "Internal Combustion Engine Fundamentals" von J.B. Heywood (McGraw Hill, 1988) behandelt, was hiermit durch Erwähnung zu einem Bestandteil dieser Anmeldung wird. TP = fnc(MAP, rpm).
Die obigen Beziehungen gelten für einen einzigen Betriebszustand. Übergänge, welche das Öffnen oder Schließen der Drosselklappe (zwischen Bereich 36 und einem anderen Bereich von 2) mit sich bringen, erfolgen aber über einen Intervall und erfordern einen gleichzeitigen Anstieg von IVC und der Drosselklappenstellung. Die vorliegende Erfindung verwendet einen MAP-Anstieg, um Anstiege von IVC und TP zu definieren. Der Anstieg von MAP wird auf der Grundlage des gewünschten endgültigen MAP (des_MAP) und des aktuellen oder anfänglichen MAP (MAP_i) vorgenommen. Eine Änderung der Drosselklappenstellung kann mit einer typischen elektronisch gesteuerten Drosselklappe viel schneller erfolgen, als der Krümmerdruck aufgrund der Trägheit der Gase reagieren kann. Abhängig von der Größenordnung der gewünschten Änderung und der Motordrehzahl kann es etwa ein bis zwanzig Motortakte dauern, bis der Krümmerdruck seinen Gleichgewichtspegel erreicht. Der Wunsch nach gleichmäßigen Übergängen bei den Bereichen von 2 legt nahe, dass der Anstieg von MAP hinreichend langsam ist, so dass die Krümmerfüllverzögerung minimal ist. Ein linearer Anstieg von MAP ist unter Umständen bevorzugt, wobei die Endpunkte von MAP_i und des_MAP definiert werden und die Neigung von Krümmerfüllerwägungen bestimmt wird. Der Anstieg von MAP ist MAP(t). Die Anstiege sowohl von IVC als auch TP beruhen auf diesem Anstieg von MAP mit der zusätzlichen Einschränkung der Zufuhr von des_trp_chg. Somit können IVC(t) und TP(t) aufgrund des Krümmerdruckanstiegs und der gewünschten gefangenen Frischladung berechnet werden: IVC (t) = fnc(MAP(t), des_trp_chg, rpm) und TP (t) = fnc(MAP(t), des trp_chg, rpm), wobei rpm vorgegeben ist.
In 10 werden die Schritte bei der Berechnung von IVC(t) und TP(t) kurz dargestellt. Die Eingaben in Block 500 sind das gewünschte oder geforderte Drehmoment des_tq und die Motordrehzahl rpm. Im Block 500 wird die gewünschte gefangene Frischladung (des_trp_chg) berechnet. In Block 502 wird der gewünschte Krümmerdruck (des_MAP), das heißt der endgültige MAP bei Beendigung des Übergangs, mit des_trp_chg, rpm und dem Betriebszustand der Einlassventile ge gen Ende des Übergangs berechnet. Der Betriebszustand der Einlassventile für einen Übergang von Bereich 36 zu Bereich 30 von 2 ist sowohl für das beliebig aktivierbare Einlassventil 16 als auch für das wählbare Einlassventil 18 zu aktivieren. Im Block 504 wird der MAP-Anstieg des_MAP(t) mit Eingaben des anfänglichen MAP, MAP_i, und des_MAP berechnet. Wie vorstehend besprochen, kann eine MAP-Bahn linear sein, Block 512, und berücksichtigt Ansaugkrümmerfüllbelange. Die Eigenschaften der gewünschten MAP-Bahn können auf einen Algorithmus reduziert werden und in dem Steuergerät des Motors abgelegt werden. Die Ausgabe von Block 504, des_MAP(t), zusammen mit des_trp_chg sind die Eingaben für die beiden Blöcke 506 und 508, in denen IVC(t) bzw. TP(t) berechnet werden. Typische Kraftfahrzeugmotor-Steueranlagen enthalten einen Messwert der zugeführten Frischladung, was als Block 510 gezeigt wird. Die gemessene Frischladung wird in Block 510 eingegeben, in welchem die gefangene Frischladung berechnet werden kann. Die tatsächliche gefangene Frischladung wird in Block 508 eingegeben, was eine Fehlerprüfung und Aktualisierung der Drosselklappengleichungen bzw. Nachschlagtabellen ermöglicht.
Unter erneutem Bezug auf 1 sind moderne Kraftfahrzeuge mit Kraftstoffdampfrückführungs- und Spülanlagen ausgestattet, um die von dem flüssigen Kraftstoff in dem Kraftstofftank 48 sich aufgrund der periodischen Temperaturschwankung und aufgrund der Kraftstoffdämpfe, die beim Vorgangs des Nachfüllens des Kraftstofftanks verdrängt werden, entwickelnden Kraftstoffdämpfe zu bewältigen. Die Anlage enthält einen Kohlebehälter 52, der die Kraftstoffdämpfe absorbiert. Wenn eine Spülung durch das elektronische Steuergerät 26 des Motors angeordnet wird, wird frische Luft durch den Behälter 52 angesaugt. Die frische Luft und die desorbierten Dämpfe werden in den Motor eingelassen, wo sie in den Motor an der stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 14 gelangen. Die Spüldämpfe werden dank des Vakuums bzw. gesenkten Drucks in dem Einlass 12 durch den Motor gesaugt.
Da bei herkömmlicher Kraftfahrzeug-Fremdzündung die Brennkraftmaschinen 10 bei den meisten Betriebsbedingungen gedrosselt werden, ist das zeitliche Festle gen einer Kohlebehälterspülung für gewöhnlich kein Hindernis. Zur Spülung einer Brennkraftmaschine 10 mit einem Hybridventilantrieb müssen zusätzliche Maßnahmen getroffen werden. Im Bereich 32 (2) ist in einer Brennkraftmaschine 10 mit einem Hybridventilantrieb die Drosselklappe 14 offen. Somit liegt kein Vakuum in dem Einlass 14 vor (1). Wenn das Motorsteuergerät eine Spülung anordnet, kann die Drosselklappe 14 geschlossen werden, um der Notwendigkeit der Spülung des Kohlebehälters 52 zu entsprechen. Zur Überwindung der durch das Schließen der Drosselklappe 14 verursachten Drehmomentverringerung wird die Schließzeit des beliebig betätigten Ventils 16 geändert, um ein Ansaugen ausreichender gefangener Frischladung zu ermöglichen, um das geforderte Drehmoment zu erfüllen. Wenn das Motorsteuergerät ermittelt, dass der Kohlebehälter 52 gespült wurde, kann die Drosselklappe 14 wieder geöffnet werden, während gleichzeitig die Schließzeit des beliebig betätigten Einlassventils 16 geändert wird, um das geforderte Drehmoment zu erfüllen. Ein Übergang zum Spülen während des Betriebs in Bereich 32 von 2 kann in gleicher Weise wie ein oben beschriebener Übergang von Bereich 32 auf Bereich 34 verwirklicht werden. Der Unterschied liegt darin, dass der Übergang aufgrund der Notwendigkeit einer Spülung der Kraftstoffdampfrückführungsanlage und nicht aufgrund der Verbrennungsstabilität angefordert wird. Analog wird ein Übergang von einer Spülung in gleicher Weise wie ein vorstehend beschriebener Übergang von Bereich 34 zu Bereich 32 verwirklicht.
In dem hohen Drehmomentbetriebsbereich 30 in 2 wird keine Drosselung eingesetzt. Es ist möglich, die Spülung der Kraftstoffdampfspülanlage zeitlich so festzulegen, dass ausreichend Spülzeit außerhalb des Bereichs 30 angesetzt würde. Bei normalem Motorbetrieb wird auf den Bereich 30 selten zugegriffen. Wenn jedoch eine Spülung erwünscht ist, würde das vorstehend beschriebene Vorgehen für das Spülen des Bereichs 32 auf Bereich 30 Anwendung finden, mit dem Unterschied, dass Bereich 30 aufgrund der Notwendigkeit der Entwicklung eines höheren Drehmoments nicht soviel Drosselung vertragen kann.
Zwar wurde die beste Art der Ausführung der Erfindung eingehend beschrieben, doch der Fachmann auf dem Gebiet dieser Erfindung wird alternative Ausgestal tungen und Ausführungen für die Ausübung der Erfindung erkennen. Somit soll die oben beschriebene bevorzugte Ausführung nur der Veranschaulichung der Erfindung dienen, welche innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Patentansprüche abgewandelt werden kann.

Claims

Anlage, welches Folgendes umfasst: – eine Brennkraftmaschine (10) mit ersten und zweiten Einlassventilen (16, 18) und einer Drosselklappe (14), welche in der Einlassleitung (12) der Brennkraftmaschine (10) angeordnet sind, und – ein Motorsteuergerät (26) zum Einstellen eines mit dem Drehmoment der Brennkraftmaschine (10) in Verbindung stehenden Parameters vorrangig über die Ventilzeiteinstellung des ersten Einlassventils (16), wenn die ersten und zweiten Einlassventile (16, 18) aktiviert sind.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einlassventil (16) beliebig aktivierbar ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Einlassventil (18) wählbar ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilzeiteinstellung des ersten Einlassventils (16) eine Schließzeit ist.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Motordrehmoment gesenkt wird, wenn die Schließzeit des ersten Einlassventils (16): – vorverlegt wird, wenn die Schließzeit vor einer vorbestimmten Ventilschließzeit liegt, und – verzögert wird, wenn die Schließzeit nach einer vorbestimmten Ventilschließzeit liegt.
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Ventilschließzeit eine Schließzeit ist, welche eine bei Schließen des ersten Ventils in dem Zylinder (4) verbleibende maximale angesaugte Luft ermöglicht.
Verfahren zur Steuerung eines mit dem Motordrehmoment in einer Brennkraftmaschine (10) in Verbindung stehenden Parameters, wobei die Brennkraftmaschine (10) erste und zweite Einlassventile (16, 18), eine Drosselklappe (14) und ein Motorsteuergerät (26) umfasst, das Verfahren den Schritt des Einstellens des mit dem Motordrehmoment der Brennkraftmaschine (10) in Verbindung stehenden Parameters vorrangig über die Ventilzeiteinstellung des ersten Einlassventils (16) bei Aktivierung der ersten und zweiten Einlassventile (16, 18) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einlassventil (16) beliebig aktivierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilzeiteinstellung eine Schließzeit ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließzeit des ersten Einlassventils (16) nach einer Schließzeit des zweiten Einlassventils (18) liegt.