DE102004018842A1

DE102004018842A1 - Variable Ventilbetätigungssteuerung für den Betrieb in der Höhe

Info

Publication number: DE102004018842A1
Application number: DE102004018842A
Authority: DE
Inventors: David A. Dunlap Pierpont; Thomas J. Metamora Crowell
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-01-13
Also published as: US20050279329A1; US6912458B2; JP2005016518A; JP4394519B2; US20040267431A1

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilbetätigungssystems für einen Motor wird vorgesehen. Eine Nockenanordnung wird betrieben, um ein Einlassventil zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen. Ein Parameter wird abgefühlt, der eine Höhe anzeigt, auf der der Motor arbeitet. Eine erste Nachschautabelle wird aufgerufen, um ein erwünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor auf einer Höhe unter einem ersten vorbestimmten Wert arbeitet. Eine zweite Nachschautabelle wird aufgerufen, um ein erwünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor auf einer Höhe unter dem ersten vorbestimmten Wert arbeitet. Eine erwünschte Ventilbetätigungsperiode wird basierend auf dem bestimmten Luft/Brennstoff-Verhältnis bestimmt. Das Einlassventil wird davon abgehalten, bis zum Ende der bestimmten Ventilbetätigungsperiode zur ersten Position zurückzukehren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung ist auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilbetätigungssystems gerichtet, und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilbetätigungssystems, um Betriebsbedingungen in (unterschiedlicher) Höhe zu berücksichtigen.

Hintergrund

Die Leistung eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise eines Diesel-Motors, Benzin-Motors oder Erdgas-Motors kann durch die Bedingungen beeinflusst werden, unter denen der Motor betrieben wird. Beispielsweise kann sich die Leistung eines Verbrennungsmotors verändern, wenn die Höhe zunimmt, wenn der der Motor betrieben wird. Insbesondere kann der Betrieb des Motors in höheren Höhen eine Verringerung der Brennstoffausnutzung und/oder eine Steigerung der Erzeugung von unerwünschten Emissionen verursachen.

Der Einfluss der Höhe auf die Motorleistung kommt von der Verringerung der Luftdichte und des Luftdruckes in höheren Höhen. Die Verringerung der Luftdichte und des Luftdruckes in höheren Höhen verursacht eine Verringerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses, welches zum Motor geliefert wird, weiter eine Verringerung des Wirkungsgrades eines assoziierten Turboladersystems und eine Verringerung des Verbrennungswirkungsgrades innerhalb des Motors. Die Verringerung von jedem dieser Parameter kann einen verringerten Brennstoffwirkungsgrad und/oder die Erzeugung von vermehrten Emissionen zur Folge haben.

Im allgemeinen arbeitet ein Verbrennungsmotor auf einem ausgewählten Luft/Brennstoff-Verhältnis ungeachtet der Höhe, in der der Motor arbeitet.

Das Betriebsverhältnis von Luft zu Brennstoff wird so ausgewählt, dass es gewisse Anforderungen bezüglich der Brennstoffzufuhr und der Leistung erfüllt, und kann von der gegenwärtigen Drehzahl und Belastung des Motors abhängen. Das ausgewählte Luft/Brennstoff-Verhältnis kann erreicht werden durch Betätigung des Motorventils für eine gewisse Zeitperiode und durch Einspritzung einer gewissen Brennstoffmenge in einen Zylinder. Wenn jedoch der Motor in großer Höhe arbeitet, wo die luftdichte und der Luftdruck verringert sind, wird wenig Luft durch die Motorventile während einer gegebenen Zeitperiode laufen. Entsprechend wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis, welches zum Motor geliefert wird, abnehmen, wenn die Betriebshöhe ansteigt.

Das Luft/Brennstoff-Verhältnis ist eine kritische Komponente eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise eines Dieselmotors. Eine Verringerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses führt typischerweise zu einer Verringerung des Verbrennungswirkungsgrades. Gewöhnlicherweise reduziert das verringerte Luft/Brennstoff-Verhältnis die Verbrennungsrate und verringert auch die Menge der Verbrennungsenergie, die in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Wenn wenig Verbrennungsenergie in Arbeit umgewandelt wird, nimmt der Brennstoffwirkungsgrad des Motors ab, und die Temperatur des Abgases steigt an.

Ein Turboladersystem kann zu dem Verbrennungsmotor hinzugefügt werden, um die Leistung des Motors zu verbessern. Das Turboladersystem gewinnt Energie aus dem Abgasstrom wieder und verwendet die wiedergewonnene Energie, um den Druck der Luft in dem Einlassstrom zu steigern. Der gesteigerte Einlassluftdruck kann zur Folge haben, dass mehr Luft in die Brennkammer gedrückt wird und dadurch das Luft/Brennstoff-Verhältnis steigern.

Jedoch ist unter den üblichen Betriebsbedingungen ein typisches Turboladersystem ungefähr 60–65% effektiv, was bedeutet, dass nur 60–65% der wiedergewonnene Energie auf den Einlassluftfluss aufgebracht wird. Die niedrigere Dichte der Luft bei großen Höhen verringert weiter den Wirkungs grad des Turboladers. Somit wird nicht die gesamte Abgasenergie auf den gesteigerten Einlasssammelleitungsdruck übertragen. Entsprechend wird der Turbolader nicht alle Verluste kompensieren, die mit dem Betrieb in höheren Höhen assoziiert sind.

Das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung lösen eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilbetätigungssystems gerichtet. Eine Nockenanordnung wird betätigt, um ein Einlassventil zu bewegen zwischen einer ersten Position, wo das Einlassventil einen Strömungsmittelfluss blockiert, und einer zweiten Position, wo das Einlassventil einen Strömungsmittelfluss zulässt. Ein Parameter, der eine Höhe anzeigt, in der der Motor arbeitet, wird abgefühlt. Eine erste Nachschautabelle wird aufgerufen, um ein erwünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor in einer Höhe unter einem ersten vorbestimmten Wert arbeitet. Eine zweite Nachschautabelle wird aufgerufen, um ein erwünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor in einer Höhe über dem ersten vorbestimmten Wert arbeitet. Eine erwünschte Ventilbetätigungsperiode wird basierend auf dem bestimmten Luft/Brennstoff-Verhältnis bestimmt. Die Ventilbetätigungsvorrichtung verhindert, dass das Einlassventil in die erste Position zurückkehrt, und zwar ansprechend auf den Betrieb der Nockenanordnung. Die Ventilbetätigungsvorrichtung wird gelöst, um zu gestatten, dass das Einlassventil am Ende der bestimmten Ventilbetätigungsperiode zur ersten Position zurückkehrt.

Gemäß eines weiteren Aspektes ist die vorliegende Erfindung auf ein Einlassventilbetätigungssystem für einen Motor gerichtet. Ein Einlassventil ist bewegbar zwischen einer ersten Position, in der das Einlassventil einen Strömungsmittelfluss verhindert, und einer zweiten Position, wo das Einlassventil einen Strömungsmittelfluss gestattet. Eine Nockenanordnung ist mit dem Einlassventil verbunden, um das Einlassventil zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bewegen. Eine Ventilbetätigungsvorrichtung kommt selektiv mit dem Einlassventil in Eingriff und verhindert, dass das Einlassventil in die erste Position zurückkehrt. Ein Sensor fühlt einen Parameter ab, der eine Höhe anzeigt, in der der Motor arbeitet. Eine Steuervorrichtung, die einen Speicher hat, ist geeignet, um eine erste Nachschautabelle und eine zweite Nachschautabelle zu speichern. Die Steuervorrichtung greift auf die erste Nachschautabelle zu, um ein erwünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen, wenn der abgefühlte Parameter zeigt, dass der Motor auf einer Höhe unter einem ersten vorbestimmten Wert arbeitet, und greift auf die zweite Nachschautabelle zu, um ein erwünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor auf einer Höhe über dem ersten vorbestimmten Wert arbeitet. Die Steuervorrichtung bestimmt eine erwünschte Ventilbetätigungsperiode basierend auf dem bestimmten Luft/Brennstoff-Verhältnis und verhindert, dass das Einlassventil in die erste Position zurückkehrt, und zwar bis zum Ende der bestimmten Ventilbetätigungsperiode.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine diagrammartige und schematische Darstellung eines Motorsystems gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht einer Zylinder- und Ventilbetätigungsanordnung gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine schematische und diagrammartige Darstellung eines Strömungsmittelversorgungssystemsfür eine hydrauli sche Betätigungsvorrichtung für ein Motorventil gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine grafische Darstellung einer beispielhaften Einlassventilbetätigung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
6a und 6b sind Flussdiagramme, die ein beispielhaftes Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilbetätigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail auf beispielhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen offenbart sind. Wo es immer möglich ist, werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um sich auf die selben oder auf gleiche Teile zu beziehen.
Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Motorsystems 10 ist in 1 veranschaulicht. Das Motorsystem 10 weist einen Einlassluftdurchlassweg 13 auf, der zu einem Motor 20 führt. Der Fachmann wird erkennen, dass das Motorsystem 10 verschiedene Komponenten aufweisen kann, wie beispielsweise einen Turbolader 12 und einen Nachkühler 14. Ein Abgasdurchlassweg 15 kann von dem Motor 20 zum Turbolader 12 führen.
Der Motor 20 kann ein Verbrennungsmotor sein, wie er in 2 veranschaulicht ist. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung ist der Motor 20 als ein Vier-Takt-Diesel-Motor abgebildet und beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 20 irgend eine andere Bauart eines Verbrennungsmotors sein kann, wie beispielsweise ein Benzin-Motor oder Erdgas-Motor.
Wie in 2 gezeigt weist der Motor 20 einen Motorblock 28 auf, der eine Vielzahl von Zylindern 22 definiert. Ein Kolben 24 ist zur verschiebbaren Bewegung zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Tot punktposition innerhalb jedes Zylinders 22 angeordnet. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der Motor 20 sechs Zylinder 22 und sechs assoziierte Kolben 24 auf. Der Fachmann wird erkennen, dass der Motor 20 eine größere oder kleinere Anzahl von Kolben 24 aufweisen kann, und dass die Kolben 24 in einer "Reihen-Konfiguration", einer "V-Konfiguration" oder in irgendeiner anderen herkömmlichen Konfiguration angeordnet sein können.
Wie ebenfalls in 2 gezeigt weist der Motor 20 eine Kurbelwelle 27 auf, die drehbar innerhalb des Motorblocks 28 angeordnet ist. Eine Verbindungsstange 26 verbindet jeden Kolben 24 mit der Kurbelwelle 27. Jeder Kolben 24 ist mit der Kurbelwelle 27 so gekoppelt, dass eine Gleitbewegung des Kolbens 24 innerhalb des jeweiligen Zylinders 22 eine Drehung der Kurbelwelle 27 zur Folge hat. In ähnlicher Weise wird eine Drehung der Kurbelwelle 27 eine Gleitbewegung des Kolbens 24 zur Folge haben.
Der Motor 20 weist auch einen Zylinderkopf 30 auf. Der Zylinderkopf 30 definiert einen Einlassdurchlassweg 51, der zu mindestens einem Einlassanschluss 36 für jeden Zylinder 22 führt. Der Zylinderkopf 30 kann weiter zwei oder mehr Einlassanschlüsse 36 für jeden Zylinder 22 definieren.
Ein Einlassventil 32 ist innerhalb jedes Einlassanschlusses 36 angeordnet. Das Einlassventil 32 weist ein Ventilelement 40 auf, welches konfiguriert ist, um selektiv den Einlassanschluss 36 zu blockieren. Wie es genauer unten beschrieben ist, kann jedes Einlassventil 32 betätigt werden, um das Ventilelement 40 anzuheben, um dadurch den jeweiligen Einlassanschluss 36 zu öffnen. Die Einlassventile 32 für jeden Zylinder 22 können gemeinsam oder unabhängig betätigt werden.
Der Zylinderkopf 30 definiert auch mindestens einen Auslassanschluss 38 für jeden Zylinder 22. Jeder Auslassanschluss 38 führt von dem jeweiligen Zylinder 22 zu einem Auslassdurchlassweg 43. Der Zylinderkopf 30 kann weiter zwei oder mehr Auslassanschlüsse 38 für jeden Zylinder 22 definieren.
Ein Auslassventil 34 ist innerhalb jedes Auslassanschlusses 38 angeordnet. Das Auslassventil 34 weist ein Ventilelement 48 auf, welches konfiguriert ist, um selektiv den Auslassanschluss 38 zu blockieren. Wie unteren genauer beschrieben, kann jedes Auslassventil 34 betätigt werden, um das Ventilelement 48 anzuheben, um dadurch den jeweiligen Auslassanschluss 38 zu öffnen. Die Auslassventile 34 für jeden Zylinder 22 können gleichzeitig oder unabhängig betätigt werden.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel von einem Zylinder 22 des Motors 20. Wie gezeigt definiert der Zylinderkopf 30 ein Paar von Einlassanschlüssen 36, die den Einlassdurchlassweg 41 mit dem Zylinder 22 verbinden. Jeder Einlassanschluss 36 weist einen Ventilsitz 50 auf. Ein Einlassventil 32 ist innerhalb jedes Einlassanschlusses 36 angeordnet. Das Ventilelement 40 des Einlassventils 32 ist konfiguriert, um mit dem Ventilsitz 50 in Eingriff zu kommen. Wenn das Einlassventil 32 in einer geschlossenen Position ist, kommt das Ventilelement 40 in Eingriff mit dem Ventilsitz 50, um den Einlassanschluss 36 zu schließen und dem Strömungsmittelfluss relativ zum Zylinder 22 zu blockieren. Wenn das Einlassventil 32 aus der geschlossenen Position angehoben wird, gestattet das Einlassventil 32 einen Strömungsmittelfluss relativ zum Zylinder 22.
In ähnlicher Weise kann der Zylinderkopf 30 zwei oder mehr Auslassanschlüsse 38 definieren (von denen in 2 nur einer veranschaulicht ist), die den Zylinder 22 mit dem Auslassdurchlassweg 43 verbinden. Ein Auslassventil 34 ist innerhalb jedes Auslassanschluss des 38 angeordnet. Ein Ventilelement 48 von jedem Auslassventil 34 ist konfiguriert, um den Auslassanschlusses 38 zu schließen, wenn das Auslassventil 34 in einer geschlossenen Position ist, und einen Strömungsmittelfluss relativ zum Zylinder 22 zu blockieren. Wenn das Auslassventil 34 aus der geschlossenen Position angehoben wird, gestattet das Auslassventil 32 einen Strömungsmittelfluss relativ zum Zylinder 22.
Wie in 2 gezeigt weist der Motor 20 eine Reihe von Ventilbetätigungsanordnung 44 auf. Eine Ventilbetätigungsanordnung 44 kann betriebsmässig mit jedem Paar von Einlassventilen 32 für jeden Zylinder 22 assoziiert sein. Jede Ventilbetätigungsanordnung 44 ist betreibar, um das assoziierte Einlassventil 32 oder das Auslassventil 34 aus einer ersten oder geschlossenen Position in eine zweite oder offene Position zu bewegen oder "anzuheben".
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der 3 weist die Ventilbetätigungsanordnung 44 eine Brücke 54 auf, die mit jedem Ventilelement 40 durch ein Paar von Ventilschäften 46 verbunden ist. Eine Feder 56 kann um jeden Ventilschaft 46 herum zwischen dem Zylinderkopf 30 und der Brücke 54 angeordnet sein. Die Feder 56 wirkt dahingehend, dass sie beide Ventilelemente 40 in Eingriff mit dem jeweiligen Ventilsitz 50 vorspannt, um dadurch jeden Einlassanschluss 36 zu schließen.
Die Ventilbetätigungsanordnung 44 kann auch einen Kipphebel 64 aufweisen. Der Kipphebel 64 ist konfiguriert, um einen Schwenkpunkt 66 herum zu schwenken. Ein Ende 68 des Kipphebels 64 ist mit der Brücke 54 verbunden. Das gegenüberliegende Ende des Kipphebels 64 ist mit einer Nockenanordnung 52 verbunden. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der 3 weist die Nockenanordnung 52 eine Nocke 60 mit einem Nockenansatz auf, die an einer Nockenwelle montiert ist, weiter eine Druckstange 61 und eine Nockenfolgevorrichtung 62. Der Fachmann wird erkennen, dass die Nockenanordnung 52 andere Konfigurationen haben kann, beispielsweise wo die Nocke 60 direkt auf den Kipphebel 64 wirkt.
Die Ventilbetätigungsanordnung 44 kann durch die Nocke 60 angetrieben werden. Die Nocke 60 ist mit der Kurbelwelle 27 so verbunden, dass die Drehung der Kurbelwelle 27 eine entsprechende Drehung der Nocke 60 verursacht. Die Nocke 60 kann mit der Kurbelwelle 27 durch irgendwelche Mittel verbunden sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich sind, wie beispielsweise durch eine (nicht gezeigte) Reduktionsgetriebeanordnung. Wie der Fachmann erkennen wird, wird eine Drehung der Nocke 60 bewirken, dass die Nockenfolgevorrichtung 62 und die assoziierte Druckstange 61 periodisch zwischen einer oberen und einer unteren Position hin und herläuft.
Die entsprechende Bewegung der Druckstange 61 bewirkt, dass der Kipphebel 64 um den Schwenkpunkt 66 schwenkt. Wenn die Druckstange 61 sich in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil 58 angezeigt wird, wird der Kipphebel 64 schwenken und die Brücke 54 in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Die Bewegung der Brücke 54 bewirkt, dass jedes Einlassventil 32 sich anhebt und die Einlassanschlüsse 36 öffnet. Wenn sich die Nocke 60 weiterdreht, werden Federn 56 auf die Brücke 54 wirken, um jedes Einlassventil 32 in die geschlossene Position zurückzubringen.
In dieser Weise steuert die Form und Orientierung der Nocke 60 die Zeitsteuerung der Betätigung der Einlassventils 32. Wie der Fachmann erkennen wird, kann die Nocke 60 so konfiguriert sein, dass sie die Betätigung der Einlassventile 32 mit der Bewegung des Kolbens 24 koordiniert. Beispielsweise können die Einlassventile 32 betätigt werden, um die Einlassanschlüsse 36 zu öffnen, wenn der Kolben 24 sich von einer oberen Totpunktposition zu einer unteren Totpunktposition während eines Einlasshubes bewegt, um zu gestatten, dass Luft von dem Einlassdurchlassweg 41 in den Zylinder 22 fließt.
Eine ähnliche Ventilbetätigungsanordnung 44 kann mit den Auslassventilen 34 verbunden sein. Eine zweite (nicht gezeigte) Nocke kann mit der Kurbelwelle 27 verbunden sein, um den Betätigungszeitpunkt der Auslassventile 34 zu steuern. Die Auslassventile 34 können betätigt werden, um die Auslassanschlüsse 38 zu öffnen, wenn der Kolben 24 sich von einer unteren Totpunktposition zu einer oberen Totpunkt Position in einem Auslasshub bewegt, um zu gestatten, das Abgas aus dem Zylinder 22 in dem Auslassdurchlassweg 43 fließt.
Wie in 3 gezeigt weist die Ventilbetätigungsanordnung 44 auch eine Ventilbetätigungsvorrichtung 70 auf. Die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 weist einen Betätigungsvorrichtungszylinder 72 auf, der eine Betätigungsvorrichtungskammer 76 definiert. Ein Betätigungsvorrichtungskolben 74 ist verschiebbar innerhalb des Betätigungszylinders 72 angeordnet, und ist mit einer Betätigungsvorrichtungsstange 78 verbunden. Eine (nicht gezeigte) Rückstellfeder kann auf den Betätigungsvorrichtungskolben 74 wirken, um den Betätigungsvorrichtungskolben 74 in einer Anfangsposition zurückzustellen. Die Betätigungsvorrichtungsstange 78 ist mit einem Ende 68 des Kipphebels 64 in Eingriff zu bringen.
Eine Strömungsmittelleitung 80 ist mit der Betätigungsvorrichtungskammer 76 verbunden. Unter Druck gesetztes Strömungsmittel kann durch die Strömungsmittelleitung in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 geleitet werden, um den Betätigungsvorrichtungskolben 74 innerhalb des Betätigungsvorrichtungszylinders 72 zu bewegen. Die Bewegung des Betätigungsvorrichtungskolbens 74 bewirkt, dass die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit dem Ende 68 des Kipphebels 64 in Eingriff kommt.
Strömungsmittel kann in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 eingeleitet werden, wenn die Einlassventile 32 in der offenen Position sind, um die Betätigungsvorrichtungsstange 78 in Eingriff mit dem Kipphebel 64 zu bewegen, um dadurch die Einlassventile 32 in der offenen Position zu halten. Alternativ kann Strömungsmittel in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 eingeleitet werden, wenn die Einlassventile 32 in der geschlossenen Position gehalten werden, um die Betätigungsvorrichtungsstange 78 in Eingriff mit dem Kipphebel 64 zu bewegen und den Kipphebel 64 um den Schwenkpunkt 66 zu schwenken, um dadurch die Einlassventile 32 zu öffnen.
Wie in den 2 und 4 gezeigt, kann das Motorsystem 10 eine Strömungsmittelquelle 84 aufweisen, um Strömungsmittel von einem Tank 87 zu ziehen, der eine Strömungsmittelversorgung enthält, welches beispielsweise ein hydraulisches Strömungsmittel, ein Schmieröl, ein Getriebeströmungsmittel oder Brennstoff sein kann. Die Strömungsmittelquelle 84 kann den Druck des Strömungsmittels steigern und das Strömungsmittel in eine Hauptgallerie 83 leiten. Die Hauptgallerie 83 leiten. Die Strömungsmittelquelle 84 und die Hauptgallerie 83 können Teil eines Schmiersystem sein, wie es typischerweise Verbrennungsmotoren begleitet. Die Hauptgallerie 83 kann unter Druck gesetztes Strömungsmittel mit einem Druck von beispielsweise weniger als 700 kPa (100 psi) haben, oder insbesondere zwischen ungefähr 210 kPa und 620 kPa (30 psi und 90 psi). Alternativ kann die Quelle für hydraulisches Strömungsmittel eine Pumpe sein, die konfiguriert ist, um ein Strömungsmittel mit einem höherem Druck, wie beispielsweise ungefähr zwischen 10 MPa und 35 MPa (1450 psi und 5000 psi) vorzusehen.
Wie in 4 gezeigt verbindet ein Strömungsmittelversorgungssystem 79 die Hauptgallerie 83 mit der Ventilbetätigungsvorrichtung 70. Eine einschränkende Zumessöffnung 75 kann in der Strömungsmittelleitung 85 zwischen der Hauptgallerie 83 und einem ersten Ende der Strömungsmittel-Rail (gemeinsame Druckleitung) 86 positioniert sein. Ein Steuerventil 82 kann mit einem gegenüberliegende Ende der Strömungsmittel-Rail 86 verbunden sein und zu dem Tank 87 führen. Das Steuerventil 82 kann geöffnet werden, um einen Strömungsmittelfluss durch die einschränkende Zumessöffnung 75 und die Strömungsmittelleitung 86 zum Tank 87 zu gestatten. Das Steuerventil 82 kann geschlossen werden, um einen Druckaufbau in dem Strömungsmittel innerhalb der Strömungsmittel-Rail 86 zu gestatten.
Wie in 4 veranschaulicht liefert die Strömungsmittel-Rail 86 unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu einer Reihe von Ventilbetätigungsvorrichtungen 70. Jede Ventilbetätigungsvorrichtung 70 kann entweder mit den Einlassventilen 32 oder den Auslassventilen 34 eines speziellen Motorzylinders 22 assoziiert sein (siehe 2). Die Strömungsmittelleitungen 80 leiten unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Strömungsmittel-Rail 86 in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 von jeder Ventilbetätigungsvorrichtung 70.
Ein Richtungssteuerventil 88 kann in jeder Strömungsmittelleitung 80 angeordnet sein. Jedes Richtungssteuerventil 88 kann geöffnet werden, um zu gestatten, dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel zwischen der Strömungsmittel-Rail 86 und der Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Jedes Richtungssteuerventil 88 kann geschlossen werden, um zu verhindern, dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel zwischen der Strömungsmittel-Rail 86 und der Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Das Richtungssteuerventil 88 kann normalerweise in eine geschlossene Position vorgespannt sein und betätigt werden, um zu gestatten, dass Strömungsmittel durch das Richtungssteuerventil 88 fließt. Alternativ kann das Richtungssteuerventil 88 normalerweise in eine offene Position vorgespannt sein und betätigt werden, um zu verhindern, dass Strömungsmittel durch das Richtungssteuerventil 88 fließt. Ein Fachmann wird erkennen, dass das Richtungssteuerventil 88 irgendeine Art eines steuerbaren Ventils sein kann, wie beispielsweise ein Verriegelungsventil (Latch-Ventil) mit zwei Spulen.
Ein Fachmann wird ebenfalls erkennen, dass das Strömungsmittelversorgungssystem 79 eine Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen haben kann und eine Vielzahl von unterschiedlichen Komponenten aufweisen kann. Beispielsweise kann das Strömungsmittelversorgungssystem 79 ein oder mehrere (nicht gezeigte) Rückschlagventile aufweisen. Ein erstes Rückschlagventil kann parallel zu dem Richtungssteuerventil 88 zwischen der einschränkenden Zumessöffnung 75 und der Ventilbetätigungsvorrichtung 70 angeordnet werden. Ein zweites Rückschlagventil kann in der Strömungsmittelleitung 85 zwischen der Hauptgallerie 83 und der Strömungsmittel-Rail 86 angeordnet werden. Zusätzlich kann das Strömungsmittelversorgungssystem 79 eine Quelle für Hochdruck-Strömungsmittel aufweisen. Das Strömungsmittelversorgungssystem 79 kann auch ein Einstellventil aufweisen, welches die Rate des Strömungsmittelflusses von der Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 steuert, und ein Dämpfungssystem, welches einen Akkumulator und eine eingeschränkte Zumessöffnung aufweisen kann, welches Druckoszillationen in der Betätigungsvorrichtungskammer 76 und der Strömungsmittelleitung 80 verhindert.
Wie in den 1 und 2 gezeigt weist das Motorsystem 10 eine Steuer vorrichtung 100 auf, die mit jeder Ventilbetätigungsanordnung 44 und mit dem Steuerventil 82 verbunden ist. Die Steuervorrichtung 100 kann ein elektronisches Steuermodul aufweisen, welches einen Mikroprozessor und einen Speicher 101 hat. Wie es dem Fachmann wohlbekannt ist, ist der Speicher mit dem Mikroprozessor verbunden und speichert einen Anweisungssatz und Variable. Mit dem Mikroprozessor und einem Teil des elektronischen Steuermoduls sind verschiedene andere bekannte Schaltungen assoziiert, wie beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung und eine Elektromagnettreiberschaltung unter anderem.
Die Steuervorrichtung 100 kann programmiert sein, um einen oder mehrere Aspekte des Betriebs des Motors 20 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 programmiert sein, um die Ventilbetätigungsanordnung 44, das Brennstoffeinspritzsystem und irgendeine andere Motorfunktion zu steuern, die üblicherweise von einem elektronischen Steuermodul gesteuert wird. Die Steuervorrichtung 100 kann den Motor 20 basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Motors und/oder basierend auf den Anweisungen steuern, die von einem Bediener aufgenommen wurde.
Die Steuervorrichtung 100 kann die Ventilbetätigungsanordnung 44 durch Übertragung eines Signals steuern, wie beispielsweise eines Stroms zu dem Richtungssteuerventil 88. Das übertragene Signal kann das selektive Öffnen und/oder Schließen des Richtungssteuerventils 88 zur Folge haben. Wenn das Richtungssteuerventil 88 ein normalerweise geschlossenes Ventil ist, kann das übertragene Signal bewirken, dass das Richtungssteuerventil 88 sich für eine gewisse Zeitperiode öffnet. Wenn das Richtungssteuerventil 88 ein normalerweise offenes Ventil ist, kann das übertragene Signal bewirken, dass sich das Richtungssteuerventil für eine gewisse Zeitperiode schließt. Durch Steuerung des Öffnens und Schliessens des Richtungssteuerventils 88 kann die Steuervorrichtung den Fluss des Strömungsmittels zu der Ventilbetätigungsvorrichtung 70 hin und weg von dieser steuern, um dadurch den Eingriff der Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit dem Kipphebel 64 zu steuern, um den Verschluss des Einlassventils 32 für eine vorbestimmte Pe riode zu verzögern. Eine beispielhafte Einlassventilbetätigung 104 ist in 5 veranschaulicht.
Wie in den 1–4 veranschaulicht kann das Motorsystem 10 eine Reihe von Sensoren aufweisen, die genauer unten beschrieben werden. Jeder Sensor ist so konfiguriert, dass er einen speziellen Betriebsparameter des Motors 20 überwacht. Der Fachmann kann erkennen, dass alternative Sensoren bei dem Motorsystem 10 verwendet werden können, um andere Betriebsparameter des Motors 20 zu überwachen.
Wie in 1 gezeigt kann ein Einlasssensor 16 in dem Einlassdurchlassweg 13 angeordnet sein. Der Einlasssensor 16 kann konfiguriert sein, um den Druck der Einlassluft und/oder die Massenflussrate der Einlassluft abzufühlen. Der Einlasssensor 16 kann irgendeine Art von Sensor sein, der diese Arten von Parametern abfühlen kann, wie es dem Fachmann offensichtlich sein dürfte, und kann an irgendeinem Punkt entlang des Einlassdurchlassweges 13 angeordnet sein.
Das Motorsystem 10 kann auch einen Drucksensor 17 aufweisen. Der Drucksensor 17 kann konfiguriert sein, um einen Druck abzufühlen, der den Umgebungsluftdruck darstellt. Der Drucksensor 17 kann irgendeine Bauart eines Sensors sein, wie es dem Fachmann leicht offensichtlich sein wird, der eine Anzeige des Umgebungsluftdruckes liefern kann. Die Steuervorrichtung 100 kann den abgefühlten Luftdruck verwenden, um die Betriebshöhe des Motorsystems 10 anzunähern. Beispielsweise entspricht eine Luftdruckauslesung von ungefähr 83 kPa einer Höhe von ungefähr 1700 m (5500 Fuß), und eine Luftdruckauslesung von 70 kPa entspricht einer Höhe von ungefähr 3000 m (10000 Fuß). Der Fachmann wird erkennen, dass das Motorsystem 10 mit irgendeiner Art eines Sensors ausgerüstet sein kann, die geeignet ist, um eine Anzeige für die Betriebs-höhe des Motorsystems 10 zu liefern.
Mindestens ein Motorsensor 18 kann auch betriebsmässig mit dem Motor 20 verbunden sein. Der Motorsensor 18 kann irgendeine Bauart eines Sensors sein, die gewöhnlicherweise verwendet wird, um einen Betriebsparameter des Motors 20 zu überwachen. Beispielsweise kann der Motorsensor 18 konfiguriert sein, um die Last auf dem Motor 20 abzufühlen, weiter die Brennstoffmenge, die zum Motor 20 geliefert wird, die Drehzahl des Motors 20, den Druck innerhalb von einem oder mehreren Zylindern 22, den Drehwinkel der Kurbelwelle 27 oder irgendeinen anderen üblicherweise abgefühlten Betriebsparameter. Der Motorsensor 18 kann irgendeine Bauart eines Sensors sein, die diese Arten von Motorbetriebsparametern abfühlen kann, wie dem Fachmann offensichtlich sein wird.
Der Speicher 101 der Steuervorrichtung 100 kann Informationen bezüglich des Betriebs des Motors 20 in Form einer "Tabelle" (Kennfeld) speichern. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung soll der Ausdruck "Tabelle" irgend eine elektronische Speicherstruktur mit einschließen, um Informationen bezüglich des Betriebs des Motors zu speichern, wie beispielsweise Datentabellen, Nachschautabellen, Kurvendarstellungen oder irgendein anderes elektronisches Speicherformat, welches dem Fachmann leicht offensichtlich sein wird. Diese Tabellen bzw. Kennfelder können optimale Motorbetriebscharakteristiken als eine Funktion der Motorbetriebsparameter definieren. Beispielsweise kann der Speicher 101 eine Tabelle speichern, die ein optimales Luft/Brennstoff-Verhältnis für eine spezielle Motordrehzahl und eine Brennstoffeinspritzmenge definiert. In ähnlicher Weise kann der Speicher 101 eine Tabelle speichern, die eine optimale Brennstofflieferungsrate für eine spezielle Motordrehzahl und Motorbelastung definiert. Der Speicher 101 kann andere Tabellen enthalten, wie beispielsweise eine Tabelle, die die Grenzen der Ventilbetätigungsperiode für eine spezielle Motordrehzahl und Motorbelastung definiert.
Der Speicher 101 kann unterschiedliche Versionen oder Variationen von jeder dieser Tabellen speichern. Beispielsweise kann der Speicher 101 verschiedene Luft/Brennstoff-Verhältnistabellen speichern. Insbesondere kann der Speicher 101 Luft/Brennstoff-Verhältnistabellen speichern, die das opti male Luft/Brennstoff-Verhältnis als eine Funktion der Motordrehzahl und der Brennstoffeinspritzungsmenge festlegen für (1) stetige Bedingungen bei niedriger Höhe; (2) transiente Bedingungen bei niedriger Höhe; (3) stetige Bedingungen bei großer Höhe; (4) transienter Bedingungen bei großer Höhe; (5) stetigen Bedingungen bei sehr großer Höhe; und (6) transiente Bedingungen bei sehr großer Höhe. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung kann die niedrige Höhe derart angesehen werden, dass sie Höhen unter ungefähr 1700 m (5500 Fuß) mit einschließt, die hohe Höhe kann derart angesehen werden, dass sie Höhen zwischen ungefähr 1700 m (5500 Fuß) und 3000 m (10000 Fuß) aufweist, und die sehr große Höhe kann derart angesehen werden, dass sie Höhen von ungefähr 3000 m (10000 Fuß) aufweist. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Höhen verwendet werden können, um zwischen diesen Tabellen zu unterscheiden.
Die Steuervorrichtung 100 kann die Informationen verwenden, die von den Sensoren geliefert werden, um auf die Tabellen zuzugreifen, die im Speicher 101 gespeichert sind, um ein optimales Luft/Brennstoff-Verhältnis und eine optimale Einlassventilbetätigungsperiode für den gegenwärtigen Motorbetriebszustand festzulegen. Die Flussdiagramme der 6a und 6b veranschaulichen ein beispielhaftes Verfahren 118 zur Bestimmung eines optimalen Luft/Brennstoff-Verhältnisses und einer Einlassventilbetätigungsperiode.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Steuervorrichtung 100 kann selektiv die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 betreiben, um einen Miller-Zyklus mit spätem Einlass im Motor 20 einzurichten. Wenn man in dem Miller-Zyklus mit spätem Einlass arbeitet, betreibt die Steuervorrichtung 100 die Ventilbetätigungsanordnung 70, um den Verschluss des Einlassventils 32 gegenüber einem herkömmlichen Verschluss zu verzögern, wobei der Verschluss im wesentlichen mit dem Ende eines Einlasshubes zusammenfällt, und zwar zur einem verzögerten Verschluss, wobei das Einlassventil 32 für einen vorbestimmten Teil eines Verdichtungs hubes offen gehalten wird. Die Dauer der Einlassventilbetätigungsperiode kann basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Motors 20 bestimmt werden.
Wie oben beschrieben steuert die Nockenanordnung 52 den anfänglichen Betätigungszeitpunkt der Einlassventile 32. Wenn die Nocke 60 und die Druckstange 61 beginnen, den Kipphebel 64 zu schwenken, stellt die Steuervorrichtung 100 sicher, dass das Steuerventil 82 und das Richtungssteuerventil 88 in einer offenen Position sind. Dies gestattet, dass unter Druck gesetzte Strömungsmittel von der Hydraulikströmungsmittelquelle 84 durch die Rail bzw. Verteilerleiste 86 und in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Die Kraft des Strömungsmittels, welches in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 eintritt, bewegt dem Betätigungsvorrichtungskolben 74, so dass die Betätigungsvorrichtungsstange 78 dem Ende 68 des Kipphebels 64 folgt, wenn der Kipphebel 64 sich schwenkt, um das Einlassventil 32 zu öffnen. Die Distanz und die Rate der Bewegung der Betätigungsvorrichtungsstange 78 wird von der Konfiguration der Betätigungsvorrichtungskammer 76 und des Strömungsmittelversorgungssystem 79 abhängen. Das Strömungsmittelversorgungssystem 79 kann konfiguriert werden, um einen ausreichenden Strömungsmittelfluss zu der Betätigungsvorrichtungskammer 76 vorzusehen, um sicherzustellen, dass die Betätigungsvorrichtungskammer 76 mit Strömungsmittel gefüllt ist, bevor die Nocke 60 das Einlassventil 32 in die geschlossene Position zurück stellt.
Die Steuervorrichtung 100 kann die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 durch Schließen des Richtungssteuerventils 88 betätigen. Dies verhindert, dass Strömungsmittel aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76 entweicht. Wenn die Nocke 60 sich weiterdreht und die Federn 56 die Einlassventils 32 zu der geschlossenen Position hin drücken, wird die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit dem Ende 68 des Kipphebels in Eingriff kommen und verhindern, dass die Einlassventile 32 sich schließen. Solange das Richtungssteuerventil 88 in der geschlossenen Position bleibt, wird das eingeschlossene Strömungsmittel in der Betätigungsvorrichtungskammer 76 ver hindern, dass die Federn 56 die Einlassventile 32 in die geschlossene Position zurückstellen. Somit wird die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 die Einlassventile 32 unabhängig von der Wirkung der Nockenanordnung 52 offen halten.
Die Steuervorrichtung 100 kann die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 außer Eingriff bringen, um zu gestatten, dass die Einlassventile 32 sich durch das Öffnen des Richtungssteuerventils 88 schließen. Dies gestattet, dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76 heraus fließt. Die Federkraft 56 drückt das Strömungsmittel aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76, wodurch gestattet wird, dass der Betätigungsvorrichtungskolben 74 sich innerhalb des Betätigungsvorrichtungsylinders 72 bewegt. Dies gestattet, dass der Kipphebel 64 schwenkt, so dass die Einlassventile 32 in die geschlossene Position bewegt werden.
Wie in 5 veranschaulicht, kann der Betrieb der Ventil Betätigungsvorrichtung 70 die Einlassventilbetätigung 104 gegenüber einem herkömmlichen Verschlussvorgang 110 zu einem verzögerten Verschluss 108 verlängern. Die Periode oder Dauer der verlängerten Einlassventilbetätigung kann bezüglich des Drehwinkels der Kurbelwelle 27 gemessen werden, und zwar als eine Funktion der Zeit oder in irgendeiner anderen Weise, die dem Fachmann leicht offensichtlich sein wird. Wenn man einen Miller-Zyklus mit spätem Einlass einrichtet, kann die verlängerte Einlassventilbetätigungsperiode zwischen ungefähr 0° und 120° der Kurbelwellendrehung sein. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 verwendet werden kann, um andere Arten der Veränderung der Ventilbetätigungszeitsteuerung einzurichten.
Die Steuervorrichtung 100 kann die Einlassventil Betätigungsperiode variieren, um eine optimale Motorleistung basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Motors 20 und/oder basierend auf der Höhe zu erreichen, in der der Motor 20 arbeitet. Wenn beispielsweise der Motor 20 in einer sehr geringen Höhe arbeitet, kann die optimale Dauer der Ventilbetäti gungsperiode kürzer sein als wenn der Motor 20 auf einer größeren Höhe arbeitet. Das Flussdiagramm der 6a und 6b veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung der Einlassventilbetätigungsperiode basierend auf der Betriebshöhe des Motors 20.
Die Steuervorrichtung 100 kann Informationen über die gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Motors 20 von den verschiedenen Sensoren aufnehmen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 eine Anzeige der gegenwärtigen Motordrehzahl, der gegenwärtigen Motorbelastung und des Umgebungsluftdruckes aufnehmen (Schritt 120). Die Steuervorrichtung 100 kann auch Informationen bezüglich zusätzlicher Betriebsparameter des Motors 20 aufnehmen, wie beispielsweise einen Einlasssammelleitungsdruck, einen Druck im Zylinder oder einer Betriebsströmungsmitteltemperatur.
Die Steuervorrichtung 100 kann dann eine Brennstoffeinspritzmenge bestimmen. (Schritt 122). Die Steuervorrichtung 100 kann die gegenwärtigen Motorbelastungen und Motordrehzahlen verwenden, um auf eine Nachschautabelle zuzugreifen, die die Brennstoffeinspritzmenge als eine Funktion der Motorbelastung und der Motordrehzahl speichert. Die Brennstoffeinspritzmenge kann die gesamte Brennstoffmenge darstellen, die in den Zylinder 22 während eines speziellen Betriebszyklus eingespritzt wird, einschließlich irgendeiner "Voreinspritzung".
Die Steuervorrichtung 100 kann auch die Betriebshöhe des Motors 20 bestimmen. (Schritt 124). Die Steuervorrichtung 100 kann den Umgebungsluftdruck verwenden, um die Betriebshöhe des Motors 20 zu bestimmen. Beispielsweise zeigt ein Umgebungsluftdruck von ungefähr 83 kPa an, dass der Motor 20 bei ungefähr 1700 m (5500 Fuß) arbeitet, und einen Umgebungsluftdruck von ungefähr 70 kPa zeigt an, dass der Motor 20 auf ungefähr 3000 m (10000 Fuß) arbeitet. Die Steuervorrichtung 100 kann irgendeine Umwandlungsroutine verwenden, die den abgefühlten Umgebungsluftdruck oder einen anderen solchen abgefühlten Betriebsparameter in eine geeignete Betriebshöhe umwandelt, wie es dem Fachmann offensichtlich ist.
Die Steuervorrichtung 100 kann auch bestimmen, ob der Motor 20 in einem stetigen Betriebszustand oder in einem transienten Betriebszustand arbeitet. (Schritt 126). Die Steuervorrichtung 100 kann diese Bestimmung basierend auf einem Vergleich zwischen den gegenwärtigen Werten der abgefühlten Betriebsparameter und den vorherigen Werten der Betriebsparameter vornehmen. Beispielsweise kann eine Steigerung der Motordrehzahl oder der Motorbelastung anzeigen, dass der Motor 20 einen transienten Zustand erfährt. Der Fachmann wird erkennen, dass verschiedene Parameter und/oder Analysen verwendet werden können, um diese Bestimmung vorzunehmen.
Wenn der Motor 20 in stetigen Zuständen arbeitet, bestimmt die Steuervorrichtung 100, ob die Betriebshöhe des Motors 20 unter einem ersten vorbestimmten Wert ist, der anzeigt, dass der Motor 20 auf einer niedrigen Höhe arbeitet. (Schritt 128). Beispielsweise kann eine niedrige Höhe derart angesehen werden, dass sie auf Höhen zwischen ungefähr Meeresniveau und ungefähr 1700 m (5500 Fuß) liegt. Wenn die Betriebshöhe unter dem ersten vorbestimmten Wert ist, kann die Steuervorrichtung 100 auf eine Nachschautabelle für stetige Zustände bei niedriger Höhe zugreifen, um das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen. (Schritt 130). Die Nachschautabelle kann das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis als eine Funktion der Motordrehzahl und der Brennstoffeinspritzmenge speichern.
Wenn die Betriebshöhe des Motors 20 über dem ersten vorbestimmten Wert ist, kann die Steuervorrichtung 100 die Betriebshöhe mit einem zweiten vorbestimmten Wert vergleichen. (Schritt 132). Der zweite vorbestimmte Wert kann so eingestellt sein, dass er eine sehr hohe Betriebshöhe zeigt. Beispielsweise kann eine sehr große Höhe eine Höhe über ungefähr 3000 m (10000 Fuß) sein. Wenn der Motor 20 über dem ersten vorbestimmten Wert und unter dem zweiten vorbestimmten Wert arbeitet, kann die Steuervorrichtung 100 auf eine Nachschautabellen für stetige Zustände bei großer Höhe zugreifen, um das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen. (Schritt 134). Wenn der Motor 20 über den ersten und zweiten vorbestimm ten Werten arbeitet, kann die Steuervorrichtung 100 auf eine Nachschautabelle für stetige Zustände bei sehr großer Höhe zugreifen, um das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen. (Schritt 136).
Wenn die Betriebshöhe des Motors 20 zwischen Meeresniveau und dem ersten vorbestimmten Wert oder zwischen dem ersten vorbestimmten Wert und dem zweiten vorbestimmten Wert ist, kann die Steuervorrichtung 100 das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis aus den entsprechenden Nachschautabellen interpolieren. wenn beispielsweise der Motor 20 bei ungefähr 2500 m (8200 Fuß) arbeitet, kann die Steuervorrichtung 100 das Luft/Brennstoff-Verhältnis für die gegenwärtige Motordrehzahl und die Brennstoffmenge sowohl aus der Tabelle für stetige Zustände bei großer Höhe als auch aus der Tabelle für stetige Zustände bei sehr großer Höhe erhalten. Die Steuervorrichtung 100 kann zwischen den zwei Luft/Brennstoff-Werten unter Verwendung der Annahme interpolieren, dass das erwünschte Luft/Brennstoft-Verhältnis linear zwischen dem Wert für große Höhe und dem Wert für sehr große Höhe variiert. Es sei bemerkt, dass die Steuervorrichtung 100 einen anderen Ansatz verwenden kann, um das erwünschte Luft/Brennstoft-Verhältnis zu interpolieren, beispielsweise irgendeine Art einer numerischen oder statistischen Analyse oder eines solchen Modells.
Die Steuervorrichtung 100 kann die Einlassventilbetätigungsperiode bestimmen. (Schritt 137). Die Einlassventil-betätigungsperiode kann als eine Funktion der Motordrehzahl (ES), des Einlassluftdruckes (IP) und des erwünschten Luftflusses (AF) ausgedrückt werden. Beispielsweise kann die Einlassventilbetätigungsperiode (P) durch die folgende Gleichung bestimmt werden: P = A + B(ES) + C(ES)2 + D(IP) + E(IP)2 + F(AF) + G(AF)2 + H(ES)(IP)(AF)
Wobei A, B, C, D, E, F, G und H Konstante sind. Beispielsweise können diese Konstanten wie folgt sein: A = 342,03; B = -0,213; C = 6,27E-5; D = -1,215; E = 0,00141; F = 12,14; G = -0,0558 und N = -5,27E-1.
Die obige Formel wird eine Einlassventilbetätigungsperiode P ergeben, die in einem Motorkurbelwellenwinkel ausgedrückt ist. Der bestimmte Kurbelwellenwinkel kann den Winkel darstellen, bei dem der Strom zu dem Richtungssteuerventil 88 beendet werden sollte, um das Richtungssteuerventil 88 zu öffnen und die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 zu lösen. Alternativ kann der bestimmte Kurbelwellenwinkel den Winkel darstellen, bei dem die Einlassventilbetätigungsvorrichtungen 70 in die geschlossene Position zurückgestellt werden sollte. In den späteren Beispielen kann die Steuervorrichtung 100 dann den Kurbelwellenwinkel des Motors bestimmen, bei dem der Strom zum Richtungssteuerventil 88 zu beenden ist, und zwar basierend auf einer Konstanten, die die Zeit anzeigt, die erforderlich ist, damit das Einlassventil 32 schließt, nachdem der Strom zum Richtungssteuerventil 88 beendet worden ist. Der Fachmann kann erkennen, dass unterschiedliche Formen und/oder Konstanten entwickelt werden können, um unterschiedliche Darstellungen der Ventilbetätigungsperiode zu entwickeln. Beispielsweise kann die Ventilbetätigungsperiode als eine Drehgröße der Kurbelwelle oder als eine Zeitperiode ausgedrückt werden.
Wenn die Steuervorrichtung 100 bestimmt, dass der Motor 20 in transienten Betriebszuständen arbeitet (siehe Schritt 126 in 6a) kann die Steuervorrichtung 100 auf Nachschautabellen zugreifen, die Luft/Brennstoff-Verhältnisse für transiente Zustände speichern. Die Betriebshöhe des Motors 20 kann mit dem ersten vorbestimmten Wert verglichen werden, der einen Betrieb bei niedriger Höhe anzeigt. (Schritt 138, 6b). Der erste vorbestimmte Wert kann äquivalent dem ersten vorbestimmten Wert sein, der in dem oben beschriebenen Prozess mit stetigen Zustand verwendet wird. Wenn die Betriebshöhe unter dem ersten vorbestimmten Wert ist, kann die Steuervorrichtung 100 auf eine Nachschautabelle für transiente Zustände bei niedriger Höhe zugreifen, um das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen. (Schritt 140).
Wenn die Betriebshöhe des Motors 20 über dem ersten vorbestimmten Wert ist, kann die Steuervorrichtung 100 die Betriebshöhe mit einem zweiten vor bestimmten Wert vergleichen. (Schritt 142). Der zweite vorbestimmte Wert kann eingestellt werden, um eine sehr große Betriebshöhe anzuzeigen und kann dem zweiten vorbestimmten Wert äquivalent sein, der in dem oben beschriebenen stetigen Prozess verwendet wird. Wenn der Motor 20 über dem ersten vorbestimmten Wert und unter dem zweiten vorbestimmten Wert arbeitet, kann die Steuervorrichtung 100 auf eine Nachschautabelle für transiente Zustände bei großer Höhe zugreifen, um das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen. (Schritt 144). Wenn der Motor 20 über den ersten und zweiten vorbestimmten Werten arbeitet, kann die Steuervorrichtung 100 auf eine Nachschautabelle für stetige Bedingungen bei sehr großer Höhe zugreifen, um das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen. (Schritt 146).
Wenn die Betriebshöhe des Motors 20 zwischen Meeresniveau und dem ersten vorbestimmten Wert oder zwischen dem ersten vorbestimmten Wert und dem zweiten vorbestimmten Wert ist, kann die Steuervorrichtung 100 das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis aus den entsprechenden Nachschautabellen interpolieren. Die Steuervorrichtung 100 kann den Interpolationsprozess ausführen, wie oben beschrieben. Alternativ kann die Steuervorrichtung 100 einen anderen Ansatz verwenden, um das erwünschte Luft/Brennstoft-Verhältnis zu interpolieren, wie beispielsweise für irgendeine Art der numerischen oder statistischen Analyse oder für ein solches Modell.
Die Steuervorrichtung 100 kann die Einlassventilbetätigungsperiode für transiente Bedingungen bestimmen. (Schritt 147). Die Einlassventilbetätigungsperiode kann bezüglich eines Kurbelwellenwinkels bestimmt werden, wie oben beschrieben.
Die Steuervorrichtung 100 kann dann das Richtungssteuerventil 88 steuern, um die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 zu betätigen, um die erwünschte Ventilbetätigungsperiode durch schließen der Einlassventile 32 bei dem vorbestimmten Kurbelwellenwinkel zu erreichen. Die Steuervorrichtung 100 kann kontinuierlich die Betriebsparameter und die Höhe des Motors 20 ü berwachen und die Einlassventil-betätigungsperiode entsprechend einstellen. In dieser Weise kann die Steuervorrichtung 100 das Luft/Brennstoft-Verhältnis basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen und auf der Höhe des Motors 20 optimieren.
Wie offensichtlich sein wird, sieht das oben beschriebene Verfahren eine Steuerung einer variablen Ventilbetätigungsanordnung für einen Verbrennungsmotor vor, um Leistungsvariationen aufgrund von Veränderungen der Höhe zu berücksichtigen. Das beschriebene Verfahren sieht die Optimierung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses vor, welches zum Motor geliefert wird, und zwar basierend auf den Betriebsbedingungen und der Höhe des Motors. Das Luft/Brennstoff-Verhältnis kann basierend auf der gegenwärtigen Betriebshöhe optimiert werden, um die Leistung des Motors zu verbessern und/oder die Menge der Emissionen zu verringern, die von dem Motor erzeugt werden.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem beschriebenen System und Verfahren vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann bei der Betrachtung der Beschreibung und bei der praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines variablen Ventilbetätigungssystems für einen Motor, welches Folgendes aufweist: Betrieb einer Nockenanordnung (52) zur Bewegung eines Einlassventils (32) zwischen einer ersten Position, in der das Einlassventil (32) einen Strömungsmittelfluss blockiert, und einer zweiten Position, in der das Einlassventil (32) einen Strömungsmittelfluss gestattet; Abfühlen eines Parameters, der eine Höhe anzeigt, auf der der Motor (20) arbeitet; Zugriff auf eine erste Nachschautabelle zur Bestimmung eines erwünschten Luft/Brennstoff-Verhältnisses, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor (20) auf einer Höhe unter einem ersten vorbestimmten Wert arbeitet; Zugriff auf eine zweite Nachschautabelle zur Bestimmung eines erwünschten Luft/Brennstoff-Verhältnisses, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor (20) auf einer Höhe über dem ersten vorbestimmten Wert arbeitet; Bestimmung einer erwünschten Ventilbetätigungsperiode basierend auf dem bestimmten Luft/Brennstoff-Verhältnis; Verhindern, dass das Einlassventil (32) in die erste Position zurückkehrt, und zwar ansprechend auf den Betrieb der Nockenanordnung (52); und Gestatten, dass das Einlassventil (32) in die erste Position am Ende der bestimmten Ventilbetätigungsperiode zurückkehrt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter den Zugriff auf eine dritte Nachschautabelle aufweist, um ein erwünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor (20) auf einer Höhe über einen zweiten vorbestimmten Wert arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erwünschte Ventilbetätigungsperiode als eine Funktion einer Motordrehzahl, eines Einlassluftdruckes und des erwünschten Luft/Brennstoff-Verhältnisses bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede der ersten und zweiten Nachschautabellen das Luft/Brennstoff-Verhältnis als eine Funktion der Motordrehzahl und eine Brennstoffeinspritzungsmenge speichert, und wobei das Verfahren weiter folgendes aufweist: Abfühlen einer Drehzahl des Motors (20); Abfühlen einer Belastung des Motors (20); und Berechnung einer Brennstoffeinspritzungsmenge.
Einlassventilbetätigungssystems für einen Motor, welches Folgendes aufweist: ein Einlassventil (32), welches bewegbar ist zwischen einer ersten Position, wo das Einlassventil (32) einen Strömungsmittelfluss verhindert, und einer zweiten Position, wo das Einlassventil (32) einen Strömungsmittelfluss zulässt; eine Nockenanordnung (52), die mit dem Einlassventil (32) verbunden ist, um das Einlassventil (32) zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu bewegen; eine Ventilbetätigungsvorrichtung (70), die selektiv betreibbar ist, um mit dem Einlassventil (32) in Eingriff zu kommen, und zu verhindern, dass das Einlassventil (32) in die erste Position zurückkehrt; Abfühlmittel (17) für einen Parameter, der eine Höhe anzeigt, auf der der Motor (20) arbeitet; und Steuermittel (100) zur Speicherung einer ersten Nachschautabelle und einer zweiten Nachschautabelle und zum Zugriff auf die erste Nachschautabelle, um ein erwünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor (20) auf einer Höhe unter einem ersten vorbestimmten Wert arbeitet, und um auf die zweite Nachschautabelle zuzugreifen, um ein er wünschtes Luft/Brennstoff-Verhältnis zu bestimmen, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor (20) auf einer Höhe über dem ersten vorbestimmten Wert arbeitet, wobei die Steuermittel (100) weiterbetreibar sind, um eine erwünschte Ventilbetätigungsperiode basierend auf dem bestimmten Luft/Brennstoft-Verhältnis zu bestimmen und zu verhindern, dass das Einlassventil (32) aus der ersten Position bis zum Ende der bestimmten Ventilbetätigungsperiode zurückkehrt.
System nach Anspruch 5, wobei die Steuermittel (100) geeignet sind, um eine dritte Nachschautabelle zu speichern, und wobei die Steuermittel (100) auf die dritte Nachschautabelle zugreifen, wenn der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor (20) auf einer Höhe über einen zweiten vorbestimmten Wert arbeitet, und wobei jede der ersten, zweiten und dritten Nachschautabellen das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis als eine Funktion der Motordrehzahl und einer Brennstoffeinspritzungsmenge definieren.
System nach Anspruch 5, wobei die Steuermittel (100) geeignet sind, folgendes zu speichern: eine vierte Nachschautabelle, die das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis definiert, wenn der Motor (20) transiente Bedingungen erfährt und der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor (20) auf einer Höhe unter dem ersten vorbestimmten Wert arbeitet; und eine fünfte Nachschautabelle, die das erwünschte Luft/Brennstoff-Verhältnis definiert, wenn der Motor (20) transiente Bedingungen erfährt und der abgefüllte Parameter anzeigt, dass der Motor (20) auf einer Höhe über dem ersten vorbestimmten Wert und unter dem zweiten vorbestimmten Wert arbeitet; und eine sechste Nachschautabelle, die das erwünschte Luft/Brennstoft-Verhältnis definiert, wenn der Motor (20) transiente Bedingungen erfährt und der abgefühlte Parameter anzeigt, dass der Motor (20) auf einer Höhe über dem zweiten vorbestimmten Wert arbeitet.
System nach Anspruch 5, wobei die Abfühlmittel (17) ein Drucksensor sind, der geeignet ist, um einen Druck abzufühlen, der den atmosphärischen Druck darstellt.
System nach Anspruch 5, welches weiter zweite Mittel (18) aufweist, um eine Drehzahl des Motors (20) abzufühlen, und dritte Mittel (18), um eine Belastung des Motors (20) abzufühlen, und wobei die Steuermittel (100) geeignet sind, die Brennstoffeinspritzungsmenge basierend auf der Motordrehzahl und der Motorbelastung zu bestimmen.
Motor (20), der ein Einlassventilbetätigungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9 aufweist.