DE102005047024B4

DE102005047024B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine bei einer Ventilhubumschaltung

Info

Publication number: DE102005047024B4
Application number: DE102005047024A
Authority: DE
Inventors: Frank Weiss
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: DE102005047024A1; WO2007036432A1

Abstract

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine bei einer Ventilhubumschaltung, wobei die Brennkraftmaschine
– einen Ansaugtrakt (1) und einen Abgastrakt (5) umfasst,
– mindestens einen Zylinder (Z1) mit einem Brennraum (9) umfasst, in dem axial beweglich ein Kolben (11) mit einer Kurbelwelle (8) gekoppelt ist,
– mindestens ein Gaseinlassventil (12) und ein Gasauslassventil (13) umfasst, durch die ein Gaswechsel zwischen dem Ansaugtrakt (1) und dem Brennraum (9) bzw. dem Abgastrakt (5) und dem Brennraum (9) in einer Schließposition des Gaseinlassventils (12) bzw. des Gasauslassventils (13) unterbunden und ansonsten frei gegeben ist,
– eine Nockenwelle umfasst, die mit dem Gaseinlassventil (12) und/oder dem Gasauslassventil (13) und der Kurbelwelle (8) gekoppelt ist,
– eine Phasen-Verstelleinrichtung umfasst, die mit der Nockenwelle und der Kurbelwelle (8) gekoppelt ist und durch die eine Phase (PHI) der Nockenwelle zu der Kurbelwelle (8) verstellbar ist,
– eine Ventilhub-Verstelleinrichtung umfasst, durch die ein Ventilhub...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine bei einer Ventilhubumschaltung. Die Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt, einen Abgastrakt, einen Zylinder mit einem Brennraum, ein Gaseinlassventil und ein Gasauslassventil. Das Gaseinlassventil und/oder das Gasauslassventil sind mit einer Nockenwelle gekoppelt. Die Nockenwelle ist mit einer Phasen-Verstelleinrichtung und mit einer Kurbelwelle gekoppelt, auf der axial beweglich ein Kolben in dem Zylinder gelagert ist. Die Phasen-Verstelleinrichtung ermöglicht eine Phase der Nockenwelle zu der Kurbelwelle zu verstellen. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine eine Ventilhub-Verstelleinrichtung, durch die ein Ventilhub des Gaseinlassventils und/oder des Gasauslassventils verstellbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine zu dem Verfahren entsprechende Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Aus der DE 103 57 741 A1 ist eine variable Ventilsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor und ein dazu korrespondierendes Verfahren bekannt. Bei einem Verbrennungsmotor wird ein Zielhubbetrag eines Einlassventils begrenzt auf einen vorbestimmten Wert oder größer, wenn die Verbrennungsänderung einen zulässigen Wert oder größer erreicht. Der Verbrennungsmotor ist mit einer variablen Ventilvorrichtung versehen, die einen Hubbetrag des Einlassventils ändert, wenn der Zielhubbetrag des Einlassventils der vorbestimmte Wert oder kleiner ist.
Aus der DE 42 23 910 A1 ist ein Ventilmechanismus für Brennkraftmaschinen bekannt. Der Ventilmechanismus der Brennkraftmaschine ist so aufgebaut, dass er zumindest zwei Nocken für jedes Einlassventil oder Auslassventil aufweist. Ein Nocken ist so geformt, dass die zugehörige Brennkraftmaschine eine merkliche Brennstoffspareigenschaft zeigen kann, und der andere Nocken ist so geformt, dass die Brennkraftmaschine ein höheres Drehmoment bei einer verhältnismäßig niedrigen oder hohen Motordrehzahl erzeugen kann. Bei einer Nockenumschaltung zwischen diesen Nocken werden die beiden Nocken oder einer der Nocken einer Phasenänderung vor und/oder nach der tatsächlichen Nockenumschaltung unterworfen. Hierdurch wird der ungewünschte Stoß bei der Nockenumschaltung eliminiert oder zumindest minimalisiert.
Aus der DE 102 42 115 A1 ist es bekannt zu prüfen, ob von einer Hubkurve des Einlassventils auf eine andere Hubkurve umgeschaltet werden soll. Wenn dies der Fall ist, wird die Phasenlage der Einlassnockenwelle verstellt. Während der Verstellung wird geprüft, ob bei dem aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine bei der eingestellten Phasenlage die Luftfüllung der Hubkurve gleich ist der Luftfüllung der anderen Hubkurve. Ist dem so, wird von der einen Hubkurve auf die andere Hubkurve umgeschaltet. Alternativ kann die Phasenlage auch direkt aus einem Kennfeld ermittelt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die einfach ein präzises und komfortables Steuern einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung ermöglicht und dazu beiträgt einen Drehmomentsprung zu vermeiden.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine bei einer Ventilhubumschaltung. Die Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt, einen Abgastrakt und mindestens einen Zylinder mit einem Brennraum, in dem axial beweglich ein Kolben mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist. Durch mindestens ein Gaseinlassventil und ein Gasauslassventil ist ein Gaswechsel zwischen dem Ansaugtrakt und dem Brennraum bzw. dem Abgastrakt und dem Brennraum in einer Schließposition des Gaseinlassventils bzw. des Gasauslassventils unterbunden und ansonsten freigegeben. Eine Nockenwelle ist mit dem Gaseinlassventil und/oder dem Gasauslassventil und der Kurbelwelle gekoppelt. Eine Phasen-Verstelleinrichtung ist mit der Nockenwelle und der Kurbelwelle gekoppelt und ermöglicht ein Verstellen einer Phase der Nockenwelle zu der Kurbelwelle. Eine Ventilhub-Verstelleinrichtung ermöglicht ein Verstellen eines Ventilhubs des Gaseinlassventils und/oder des Gasauslassventils. Bei dem Vorliegen einer Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs des Gaseinlassventils und/oder des Gasauslassventils auf einen angeforderten Ventilhub wird ein Sollwert für die Phase bei dem angeforderten Ventilhub ermittelt. Ferner wird eine Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt und es wird geprüft, ob der angeforderte Ventilhub bei der ermittelten Drehzahl einen geringeren Luftmassenstrom in den Brennraum hervorruft als ein aktueller Ventilhub.
Eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine wird ermittelt. Abhängig von der Betriebsgröße wird ein aktueller Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt. Es wird geprüft, ob der aktuelle Betriebszustand einem vorgegebenen speziellen Betriebszustand entspricht. Ein Zwischen-Sollwert der Phase für die Ventilhubumschaltung wird ermittelt abhängig von dem speziellen Betriebszustand, wenn der aktuelle Betriebszustand dem vorgegebenen speziellen Betriebszustand entspricht.
Die Phasen-Verstelleinrichtung wird angesteuert zum Einstellen des Zwischen-Sollwerts, wenn der angeforderte Ventilhub den geringeren Luftmassenstrom in den Brennraum hervorruft als der aktuelle Ventilhub. Die Phasen-Verstelleinrichtung wird angesteuert zum Einstellen der Phase auf den ermittelten Sollwert. Dann wird die Ventilhub-Verstelleinrichtung angesteuert zum Verstellen des Ventilhubs auf den angeforderten Ventilhub.
Nach der Ventilhubumschaltung auf den angeforderten Ventilhub wird die Phasen-Verstelleinrichtung angesteuert zum Einstellen der Phase auf den ermittelten Sollwert.
Das Verstellen des Ventilhubs und das Verstellen der Phase wirken sich auf das von der Brennkraftmaschine hervorgerufene Drehmoment aus. Das Verstellen der Phase vor der Ventilhubumschaltung kann besonders einfach zu einem Verringern eines Drehmomentensprungs bei der Ventilhubumschaltung beitragen. Das Überprüfen, ob der angeforderte Ventilhub bei der ermittelten Drehzahl den geringeren Luftmassenstrom in den Brennraum hervorruft als der aktuelle Ventilhub trägt besonders wirkungsvoll zu einem Vermeiden eines Drehmomentsprungs bei der Ventilhubumschaltung bei.
Das Ermitteln des Zwischen-Sollwerts der Phase für die Ventilhubumschaltung und das Ansteuern der Phasen-Verstelleinrichtung zum Einstellen des Zwischen-Sollwerts vor dem Durchführen der Ventilhubumschaltung kann wirkungsvoll zum Vermeiden des Drehmomentsprung beitragen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Sollwert der Phase ermittelt abhängig von dem angeforderten Ventilhub und einer Drehzahl und/oder Lastgröße der Brennkraftmaschine. Dies trägt zu einem präzisen Ermitteln des Sollwerts der Phase bei.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Sollwert der Phase ermittelt abhängig von dem angeforderten Ventilhub, der Drehzahl und der Lastgröße und/oder von einer Öltemperatur und/oder von einer Kühlwassertemperatur. Dies trägt zu einem besonders präzisen Ermitteln des Sollwerts der Phase bei.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Istwert der Phase erfasst. Wenn der erfasste Istwert der Phase dem ermittelten Sollwert der Phase entspricht, wird die Ventilhub-Verstelleinrichtung angesteuert zum Verstellen des Ventilhubs auf den angeforderten Ventilhub. Das Erfassen des Istwerts der Phase ermöglicht eine Regelung der Phase und ein besonders präzises Einleiten der Ventilhubumschaltung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Phase abhängig von der Drehmomentanforderung und abhängig von einem Umgebungsluftdruck ermittelt. Die Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs wird gestellt, wenn die Phase einen vorgegebenen Phasen-Schwellenwert überschreitet und die Drehmomentanforderung einen Drehmoment-Schwellenwert überschreitet. Dies ermöglicht, beispielsweise in unterschiedlichen Höhenlagen die Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs so zu stellen, dass der Drehmomentsprung vermieden wird. Die zusätzlichen Merkmale dieser vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können auch einen eigenständigen Aspekt der Erfindung für ein Verfahren zum Steuern der Brennkraftmaschine verwirklichen.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Phasen-Schwellenwert und/oder der Drehmoment-Schwellenwert abhängig von dem angeforderten Ventilhub und/oder der Drehzahl und/oder der Lastgröße und/oder der Öltemperatur und/oder der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Dies kann dazu beitragen, dass die Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs zu einem präzisen Zeitpunkt gestellt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine,
2 eine weitere Ansicht der Brennkraftmaschine,
3 ein Phasendiagramm,
4 ein erstes Programm zum Steuern der Brennkraftmaschine bei einer Ventilhubumschaltung,
5 ein zweites Programm zum Steuern der Brennkraftmaschine bei der Ventilhubumschaltung,
6 ein drittes Programm zum Steuern der Brennkraftmaschine bei der Ventilhubumschaltung,
6 ein viertes Programm zum Steuern der Brennkraftmaschine bei der Ventilhubumschaltung,
7 ein fünftes Programm zum Steuern der Brennkraftmaschine bei der Ventilhubumschaltung.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in einen Brennraum 9 des Motorblocks 2 geführt ist. Der Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 8, die über eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders Z1 gekoppelt ist. Die Brennkraftmaschine umfasst neben dem Zylinder Z1 vorzugsweise weitere Zylinder Z2, Z3, Z4. Die Brennkraftmaschine kann aber auch jede beliebige größere Anzahl von Zylindern umfassen. Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug angeordnet.
In dem Ansaugtrakt 1 ist bevorzugt ein Impulsladeventil 16 angeordnet. Ferner sind in dem Zylinderkopf 3 bevorzugt ein Einspritzventil 18 und eine Zündkerze 19 angeordnet. Alternativ kann das Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein. In dem Abgastrakt 4 ist vorzugsweise ein Abgaskatalysator 21 angeordnet, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist.
Eine Phasen-Verstelleinrichtung 68 (2) ist mit der Kurbelwelle 8 und einer Einlassnockenwelle 50 gekoppelt. Die Einlassnockenwelle 50 ist mit dem Gaseinlassventil 12 gekoppelt. Die Einlassnockenwelle 50 wird über die Phasen-Verstelleinrichtung 68 von der Kurbelwelle 8 angetrieben. Die Phasen-Verstelleinrichtung 68 ermöglicht ein Verstellen einer Phase PHI der Kurbelwelle 8 zu der Einlassnockenwelle 50. Das heißt, durch die Phasen-Verstelleinrichtung 68 kann ein Phasenwinkel zwischen einer Bezugsmarke auf der Kurbelwelle 8 in einer Bezugsstellung der Kurbelwelle 8 und einer Bezugsmarke auf der Einlassnockenwelle 50 verstellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Auslassnockenwelle 60, die mit dem Gasauslassventil 13 gekoppelt ist, mit der Phasen-Verstelleinrichtung 68 gekoppelt sein, durch die dann eine zweite Phase der Auslassnockenwelle 60 zu der Kurbelwelle 8 verstellbar ist.
Eine Ventilhub-Verstelleinrichtung umfasst beispielsweise einen kleinen Nocken 52 und einen großen Nocken 54, die auf der Einlassnockenwelle 50 angeordnet sind. Wenn die Einlassnockenwelle 50 so eingestellt ist, dass der kleine Nocken 52 der Einlassnockenwelle 50 auf das Gaseinlassventil 12 wirkt, so ruft dies einen kleinen Ventilhub X1 (3) des Gaseinlassventils 12 hervor. Wenn die Einlassnockenwelle 50 so eingestellt ist, dass der große Nocken 54 der Einlassnockenwelle 50 auf das Gaseinlassventil 12 wirkt, so ruft dies einen großen Ventilhub X2 des Gaseinlassventils 12 hervor. Alternativ oder zusätzlich kann die Ventilhub-Verstelleinrichtung auch einen kleinen Nocken 62 der Auslassnockenwelle 60 und einen großen Nocken 64 der Auslassnockenwelle 60 umfassen.
Außer den Nocken 52, 54, 62, 64 umfasst die Ventilhub-Verstelleinrichtung eine Vorrichtung zum Einstellen der Position der Einlassnockenwelle 50 und/oder der Auslassnockenwelle 60, so dass je nach Position der Nockenwellen 50, 60 entweder die kleinen Nocken 52, 62 oder die großen Nocken 54, 64 auf das Gaseinlassventil 12 bzw. das Gasauslassventil 13 wirken.
Alternativ kann die Ventilhub-Verstelleinrichtung auch Nocken mit einer einheitlichen Nockenkontur umfassen, wobei dann der unterschiedliche Ventilhub X beispielsweise durch ein Stellglied eingestellt werden kann, das an dem Gaseinlassventil 12 bzw. dem Gasauslassventil 13 angeordnet ist. Ferner kann die Brennkraftmaschine eine Ventilhub-Verstelleinrichtung umfassen, die ein stufenloses Verstellen des Ventilhubs X ermöglicht.
Eine Steuervorrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen die Messgrößen und von diesen abgeleitete Größen der Brennkraftmaschine. Betriebsgrößen können repräsentativ sein für einen aktuellen Betriebszustand BZ_AV der Brennkraftmaschine. Die Steuervorrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen mindestens eine Stellgröße, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuervorrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber 26, der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, der einen Luftmassenstrom MAF stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein erster Temperatursensor 32, der eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, der einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, der einen Kurbelwellenwinkel CRK erfasst, dem dann eine Drehzahl N_AV der Brennkraftmaschine zugeordnet wird. Ferner ist bevorzugt ein zweiter Temperatursensor 38 vorgesehen, der eine Kühlmitteltemperatur erfasst. Ferner ist eine Abgassonde 42 vorgesehen, die stromaufwärts des Abgaskatalysators 21 angeordnet ist und beispielsweise den Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Brennraum des Zylinders Z1. Zum Erfassen der Position der Einlassnockenwelle 50 und/oder der Auslassnockenwelle 60 können ein Einlassnockenwellen-Sensor 56 bzw. ein Auslassnockenwellen-Sensor 66 vorgesehen sein.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Impulsladeventil 16, das Einspritzventil 18, die Phasen-Verstelleinrichtung 68, die Ventilhub-Verstelleinrichtung und/oder die Zündkerze 19.
Der kleine Ventilhub X1 und der große Ventilhub X2 sind auf der Y-Achse eines Phasendiagramms (3) angetragen. Auf der X-Achse des Phasendiagramms ist der Kurbelwellenwinkel CRK angetragen. Ein oberer Totpunkt OT und ein unterer Totpunkt UT auf der X-Achse des Phasendiagramms sind repräsentativ für die Position des Kolbens 11 im Zylinder. Vor dem oberen Totpunkt OT bewegt sich der Kolben 11 in Richtung hin zu dem Einspritzventil 19. Nach Überschreiten des oberen Totpunkts bewegt sich der Kolben 11 in Richtung weg von dem Einspritzventil 19 bis zu dem unteren Totpunkt UT. Am unteren Totpunkt UT dreht sich die Bewegungsrichtung des Kolbens 11 wieder um.
Eine Ventilerhebungskurve 91 in dem Phasendiagramm ist repräsentativ für einen Ventilhubverlauf des Gaseinlassventils 12 mit einem großen Ventilhub X2. Eine Ventilerhebungskurve 95 ist repräsentativ für einen Ventilhubverlauf des Gaseinlassventils 12 mit einem kleinen Ventilhub X1. Eine Ventilerhebungskurve 97 ist repräsentativ für einen Ventilhubverlauf des Gasauslassventils 13 abhängig von dem Kurbelwellenwinkel CRK.
Im Falle des eingestellten großen Ventilhubs X2 wird bei niedriger Last vorzugsweise eine Drehmomentanforderung TQ_REQ maßgeblich durch Variation eines Öffnungsgrades der Drosselklappe 5 umgesetzt. Beispielsweise wird im großem Ventilhub X2 bei niedriger Last mit einer abnehmenden Drehmomentanforderung der Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 so verstellt, dass der Luftmassenstrom MAF in den Brennraum gedrosselt wird. Im Falle des eingestellten kleinen Ventilhubs X1 wird bei hoher Last der Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 vorzugsweise so eingestellt, dass durch die Drosselklappe 5 eine sehr geringe Drosselung des Luftmassenstroms MAF in den Brennraum 9 erfolgt. Die Drehmomentanforderung wird im Falle des eingestellten kleinen Ventilhubs X1 bei hoher Last vorzugsweise durch Verstellen der Phase PHI umgesetzt. Die Drehmomentanforderung umfasst vorzugsweise ein von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs angefordertes Wunsch-Drehmoment. Ferner kann die Drehmomentanforderung auch Anforderungen unterschiedlicher Fahrzeugfunktionen umfassen. Die Fahrzeugfunktionen können beispielsweise eine Katalysatorheizfunktion, eine Abgas/Wärmestromfunktion, eine Leerlauffunktion, eine elektrische Lenkfunktion, eine elektronische Bremsfunktion und/oder weitere Fahrzeugfunktionen umfassen.
Ein erstes Programm (4) zum Steuern der Brennkraftmaschine bei der Ventilhubumschaltung ist in der Steuervorrichtung 25 abgespeichert. Das erste Programm dient dazu, einen Drehmomentsprung bei der Ventilhubumschaltung zu Vermeiden. Das erste Programm wird vorzugsweise beim Vorliegen einer Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs X auf einen angeforderten Ventilhub X_SP in einem Schritt S1 gestartet. In dem Schritt S1 werden gegebenenfalls Variablen initialisiert. Der angeforderte Ventilhub X_SP kann beispielsweise der große Ventilhub X2 oder der kleine Ventilhub X1 sein. Bei einer Ventilhub-Verstelleinrichtung, die ein stufenloses Verstellen des Ventilhubs ermöglicht, kann der angeforderte Ventilhub X_SP einen beliebigen Ventilhub X aufweisen, der mit der Ventilhub-Verstelleinrichtung einstellbar ist.
In einem Schritt S2 wird abhängig von dem Kurbelwellenwinkel CRK die Drehzahl N_AV der Brennkraftmaschine ermittelt.
In einem Schritt S3 wird der Sollwert PHI_SP der Phase PHI für den angeforderten Ventilhub X_SP der Phase PHI ermittelt vorzugsweise abhängig von der Drehzahl N_AV und einer Last größe LOAD, die beispielsweise den Luftmassenstrom MAF umfasst. Der Sollwert PHI_SP kann auch abhängig von einer Kühlwassertemperatur TCO und/oder einer Öltemperatur TOIL der Brennkraftmaschine ermittelt werden.
Ferner wird in dem Schritt S3 die Phasen-Verstelleinrichtung angesteuert zum Einstellen der Phase PHI auf den Sollwert PHI_SP. Das Verstellen der Phase PHI wirkt sich auf ein tatsächliches Drehmoment der Brennkraftmaschine aus. Einem Drehmomentsprung, der durch das Verstellen der Phase PHI hervorgerufen werden kann, kann durch ein Verstellen eines Zündwinkels entgegengewirkt werden. Das Verstellen des Zündwinkels bewirkt ein Verändern des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine. Der Zündwinkel wird vorzugsweise so verstellt, dass das Verändern des Wirkungsgrads dem möglichen Drehmomentsprung entgegenwirkt.
In einem Schritt S4 wird die Ventilhubumschaltung durchgeführt. Das Verstellen des Ventilhubs X wirkt sich auf den Luftmassenstrom MAF in den Brennraum 9 und dadurch auch auf das von der Brennkraftmaschine hervorgerufene tatsächliche Drehmoment aus. Einem Drehmomentsprung, der durch das Verstellen des Ventilhubs X hervorgerufen werden kann, kann wiederum durch das Verstellen des Zündwinkels entgegengewirkt werden. Das Verstellen der Phase PHI vor dem Verstellen des Ventilhubs X kann einfach zu einem Verringern des Drehmomentsprungs aufgrund von dem Verstellen der Phase und des Ventilhubs X beitragen gegenüber einem gleichzeitigen Verstellen der Phase und des Ventilhubs X.
In einem Schritt S5 wird das erste Programm beendet.
Alternativ kann ein zweites Programm (5) in der Steuervorrichtung 25 gespeichert sein. Das zweite Programm umfasst das erste Programm und eine vorteilhafte Weiterbildung des ersten Programms. Das zweite Programm dient dazu, den Drehmomentsprung bei der Ventilhubumschaltung zu vermeiden. Das zweite Programm wird vorzugsweise beim Vorliegen der Anforderung zur Ventilhubumschaltung in dem Schritt S1 gestartet.
In dem Schritt S2 wird abhängig von dem Kurbelwellenwinkel CRK die Drehzahl N_AV der Brennkraftmaschine ermittelt.
In dem Schritt S3 wird gemäß dem ersten Programm der Sollwert PHI_SP der Phase PHI ermittelt.
In einem Schritt S8 wird ein Istwert PHI_AV der Phase PHI der Einlassnockenwelle 50 zu der Kurbelwelle 8 in der Bezugstellung der Kurbelwelle 8 erfasst.
In einem Schritt S9 wird geprüft, ob der erfasst Istwert PHI_AV der Phase PHI dem ermittelten Sollwert PHI_SP der Phase PHI entspricht. Ist die Bedingung in dem Schritt S9 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S9 fortgesetzt. Ist die Bedingung in dem Schritt S9 erfüllt, so wird in dem Schritt S4 die Ventilhubumschaltung durchgeführt.
Das Erfassen des Istwerts PHI_AV der Phase PHI und das Durchführen der Ventilhubumschaltung abhängig von dem erfassten Istwert PHI_AV und dem ermittelten Sollwert PHI_SP trägt dazu bei, die Ventilhubumschaltung bei speziellen Bedingungen präzise durchzuführen. Die speziellen Bedingungen können beispielsweise Umgebungsbedingungen und/oder ein spezielles Verhalten des Fahrers des Kraftfahrzeugs umfassen. Die Umgebungsbedingungen können beispielsweise eine Umgebungstempera tur und/oder einen Umgebungsluftdruck umfassen. Das spezielle Verhalten des Fahrers kann beispielsweise ein schlagartige und/oder variierendes Wunsch-Drehmoment umfassen.
Das zweite Programm wird in dem Schritt S5 beendet.
Alternativ kann ein drittes Programm (6) in der Steuervorrichtung 25 gespeichert sein. Das dritte Programm umfasst das erste Programm und eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des ersten Programms. Das dritte Programm dient dazu, den Drehmomentsprung bei der Ventilhubumschaltung zu vermeiden. Das dritte Programm wird vorzugsweise beim Vorliegen der Anforderung zur Ventilhubumschaltung in dem Schritt S1 gestartet.
In dem Schritt S2 wird abhängig von dem Kurbelwellenwinkel CRK die Drehzahl N_AV der Brennkraftmaschine ermittelt.
In einem Schritt S6 wird geprüft, ob der Luftmassenstrom MAF in den Brennraum 9 bei einem aktuellen Ventilhub X_AV und der Drehzahl N_AV kleiner ist als der Luftmassenstrom MAF in den Brennraum 9 bei gleicher Drehzahl N_AV nach der Ventilhubumschaltung auf den angeforderten Ventilhub X_SP. Der Ventilhub X_AV, X_SP, der bei der ermittelten Drehzahl N_AV den geringeren Luftmassenstrom MAF in den Brennraum 9 hervorruft, ruft bei der ermittelten Drehzahl N_AV auch das geringere tatsächliche Drehmoment hervor. Das Einstellen der Phase PHI auf den Sollwert PHI_SP kann beispielsweise einen besonders hohen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bei dem angeforderten Ventilhub X_SP ermöglichen. Das Einstellen der Phase PHI auf den Sollwert PHI_SP vor der Ventilhubumschaltung ermöglicht so direkt nach der Ventilhubumschaltung für den Ventilhub X_AV, X_SP, der bei der ermittelten Drehzahl N_AV das gerin gere tatsächliche Drehmoment hervorruft, den vorzugsweise besonders hohen Wirkungsgrad und wirkt so einem Drehmomentsprung aufgrund der Änderung des Luftmassenstroms MAF entgegen. ist die Bedingung in dem Schritt S6 nicht erfüllt, so wird das dritte Programm in einem Schritt S3 weitergeführt. Ist die Bedingung in dem Schritt S6 erfüllt, so wird das dritte Programm in dem Schritt S7 weitergeführt.
In dem Schritt S7 wird der Sollwert PHI_SP der Phase PHI für die Ventilhubumschaltung ermittelt beispielsweise abhängig von der Drehzahl N_AV und der Lastgröße LOAD, die beispielsweise den Luftmassenstrom MAF umfasst, und/oder abhängig von der Kühlwassertemperatur TCO und/oder der Öltemperatur TOIL der Brennkraftmaschine. Ferner wird zum Einstellen der Phase PHI auf den Sollwert PHI_SP in dem Schritt S7 die Phasen-Verstelleinrichtung angesteuert und gleichzeitig die Ventilhubumschaltung auf den Sollwert X_SP des Ventilhubs X durchgeführt.
In dem Schritt S5 wird das dritte Programm beendet.
Alternativ kann ein viertes Programm (7) in der Steuervorrichtung 25 gespeichert sein. Das vierte Programm umfasst das erste Programm und eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des ersten Programms. Das vierte Programm dient dazu, den Drehmomentsprung bei der Ventilhubumschaltung zu vermeiden, falls sich die Brennkraftmaschine in einem vorgegebenen speziellen Betriebszustand befindet. Der vorgegebene spezielle Betriebszustand kann beispielsweise von den speziellen Bedingungen abhängen. Das vierte Programm wird vorzugsweise bei dem Vorliegen der Anforderung zur Ventilhubumschaltung in dem Schritt S1 gestartet.
In dem Schritt S2 wird abhängig von dem Kurbelwellenwinkel CRK die Drehzahl N_AV der Brennkraftmaschine ermittelt.
In einem Schritt S10 wird die Drehzahl N und die Lastgröße LOAD erfasst. Es kann auch die Kühlwassertemperatur TCO und/oder die Öltemperatur TOIL erfasst werden.
In einem Schritt S11 wird ein aktueller Betriebszustand der Brennkraftmaschine ermittelt, abhängig von mindestens einer Betriebsgröße, die beispielsweise abhängig von der Drehzahl N, der Lastgröße LOAD und gegebenenfalls von der Kühlwassertemperatur TCO und/oder der Öltemperatur TOIL ermittelt wird.
In einem Schritt S12 wird geprüft, ob der aktuelle Betriebszustand (BZ_AV) dem vorgegebenen speziellen Betriebszustand entspricht. Ist die Bedingung des Schritts S12 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S3 fortgesetzt, in dem der Sollwert (PHI_SP) für den angeforderten Ventilhub (X_SP) ermittelt wird. Danach wird die Bearbeitung in dem Schritt S4 fortgesetzt, in dem die Ventilhubumschaltung auf den angeforderten Ventilhub (X_SP) durchgeführt wird. Daraufhin wird das vierte Programm in dem Schritt S5 beendet.
Ist die Bedingung des Schritts S12 erfüllt, so wird in einem Schritt S13 abhängig von dem vorgegebenen speziellen Betriebszustand (BZ_S) ein Zwischen-Sollwert (PHI_SP_S) der Phase (PHI) ermittelt und die Phasen-Verstelleinrichtung angesteuert zum Einstellen des Zwischen-Sollwerts (PHI_SP_S).
In einem Schritt S14 wird entsprechend dem Schritt S4 die Ventilhubumschaltung durchgeführt. Danach wird die Bearbeitung in einem Schritt S15 fortgesetzt, der dem Schritt S3 entspricht, und anschließend wird in dem Schritt S5 das vierte Programm beendet.
Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, durch das Einstellen des geeignet vorgegebenen Zwischen-Sollwerts PHI_SP_S der Phase PHI, abweichend von dem Sollwert PHI_SP auch in den vorgebbaren speziellen Betriebszuständen BZ_S Drehmomentsprünge bei der Ventilhubumschaltung zu vermeiden.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die unterschiedlichen vorteilhaften Ausgestaltungen der Ausführungsbeispiele kombiniert werden. Beispielsweise kann in dem dritten Programm gemäß dem zweiten Programm der Istwert PHI_AV der Phase PHI erfasst werden und davon abhängig die Ventilhubumschaltung durchgeführt werden. Ferner kann beispielsweise in den Programmen eins bis drei überprüft werden, ob sich die Brennkraftmaschine in dem vorgegebenen speziellen Betriebszustand befindet.
Ferner kann bei allen Ausführungsbeispielen und/oder bei einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel, das einen eigenständigen zusätzlichen Aspekt der Erfindung für ein Verfahren zum Steuern der Brennkraftmaschine verwirklichen kann, die Phase PHI abhängig von der Drehmomentanforderung TQ_REQ und abhängig von dem Umgebungsluftdruck ermittelt werden und die Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs X gestellt werden, wenn die Phase PHI einen Phasen-Schwellenwert PHI_THD überschreitet und wenn die Drehmomentanforderung TQ_REQ einen Drehmoment-Schwellenwert TQ_THD überschreitet.
Wird beispielsweise die Phase PHI lediglich abhängig von der Drehmomentanforderung TQ_REQ ermittelt und die Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs X gestellt, wenn lediglich die Drehmomentanforderung TQ_REQ den Drehmomentschwellenwert überschreitet, so kann zwar bei unterschiedlichen Höhenlagen und damit unterschiedlichen Umgebungsluftdrücken bei der Drehmomentanforderung TQ_REQ die entsprechende Phase PHI der Einlassnockenwelle 50 abhängig von der Drehmomentanforderung TQ_REQ eingestellt werden, jedoch wird dann aufgrund des unterschiedlichen Umgebungsluftdrucks nicht das entsprechende tatsächliche Drehmoment von der Brennkraftmaschine hervorgerufen. Falls dann die Phase PHI zum Umsetzen der Drehmomentanforderung TQ_REQ so weit verstellt wird, dass die Phasen-Verstelleinrichtung die Phase PHI nicht weiter verstellen kann und/oder ein weiteres Verstellen der Phase PHI kein zusätzliches tatsächliches Drehmoment bewirkt, kann dadurch der Drehmomentsprung hervorgerufen werden.
Wird beispielsweise die Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs X lediglich abhängig von der Phase PHI gestellt, kann die Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs X unnötig gestellt werden. Beispielsweise kann zur Verbrauchs- und/oder Schadstoffemissionsminderung im Leerlauf der Brennkraftmaschine die Phase PHI so verstellt werden, dass die Phase PHI den Phasen-Schwellenwert PHI_THD überschreitet. Das unnötige Verstellen des Ventilhubs X würde dann den Verbrauch und die Schadstoffemission der Brennkraftmaschine unnötig erhöhen.
Wird jedoch die Phase PHI abhängig von der Drehmomentanforderung TQ_REQ und von dem Umgebungsluftdruck ermittelt und die Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs X abhängig von der Phase PHI und der Drehmomentanforderung TQ_REQ gestellt, so wird durch das rechtzeitige Stellen der Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs X der Drehmomentsprung vermieden. Der Phasen-Schwellenwert PHI_THD wird dann vorzugsweise so ermit telt, dass die Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs X gestellt wird, bevor die Phasen-Verstelleinrichtung die Phase PHI nicht weiter verstellen kann und/oder ein weiteres Verstellen der Phase PHI kein zusätzliches tatsächliches Drehmoment bewirkt. Ferner kann zum weitern Präzisieren der Ventilhubumschaltung die Phase PHI abhängig von weiteren Messgrößen ermittelt werden.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine bei einer Ventilhubumschaltung, wobei die Brennkraftmaschine – einen Ansaugtrakt (1) und einen Abgastrakt (5) umfasst, – mindestens einen Zylinder (Z1) mit einem Brennraum (9) umfasst, in dem axial beweglich ein Kolben (11) mit einer Kurbelwelle (8) gekoppelt ist, – mindestens ein Gaseinlassventil (12) und ein Gasauslassventil (13) umfasst, durch die ein Gaswechsel zwischen dem Ansaugtrakt (1) und dem Brennraum (9) bzw. dem Abgastrakt (5) und dem Brennraum (9) in einer Schließposition des Gaseinlassventils (12) bzw. des Gasauslassventils (13) unterbunden und ansonsten frei gegeben ist, – eine Nockenwelle umfasst, die mit dem Gaseinlassventil (12) und/oder dem Gasauslassventil (13) und der Kurbelwelle (8) gekoppelt ist, – eine Phasen-Verstelleinrichtung umfasst, die mit der Nockenwelle und der Kurbelwelle (8) gekoppelt ist und durch die eine Phase (PHI) der Nockenwelle zu der Kurbelwelle (8) verstellbar ist, – eine Ventilhub-Verstelleinrichtung umfasst, durch die ein Ventilhub (X) des Gaseinlassventils (12) und/oder des Gasauslassventils (13) verstellbar ist, bei dem beim Vorliegen einer Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs (X) des Gaseinlassventils 812) und/oder des Gasauslassventils (13) auf einen angeforderten Ventilhub (X_SP) – ein Sollwert (PHI_SP) für die Phase (PHI) bei dem angeforderten Ventilhub (X_SP) ermittelt wird, – eine Drehzahl (N_AV) der Brennkraftmaschine ermittelt wird und geprüft wird, ob der angeforderte Ventilhub (X_SP) bei der ermittelten Drehzahl (N_AV) einen geringeren Luftmassen strom (MAF) in den Brennraum (9) hervorruft als ein aktueller Ventilhub (X_AV), – eine Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt wird, – abhängig von der Betriebsgröße ein aktueller Betriebszustand (BZ_AV) der Brennkraftmaschine ermittelt wird, – geprüft wird ob der aktuelle Betriebszustand (BZ_AV) einem vorgegebenen speziellen Betriebszustand (BZ_S) entspricht, – ein Zwischen-Sollwert (PHI_SP_S) der Phase (PHI) für die Ventilhubumschaltung ermittelt wird abhängig von dem speziellen Betriebszustand (BZ_S), wenn der aktuelle Betriebszustand (BZ_AV) dem vorgegebenen speziellen Betriebszustand (BZ_S) entspricht, – die Phasen-Verstelleinrichtung angesteuert wird zum Einstellen des Zwischen-Sollwerts (PHI_SP_S), wenn der angeforderte Ventilhub (X_SP) einen geringeren Luftmassenstrom (MAF) in dem Brennraum (9) hervorruft als der aktuelle Ventilhub (X_AV), und dann die Ventilhub-Verstelleinrichtung angesteuert wird zum Verstellen des Ventilhubs (X) auf den angeforderten Ventilhub (X_SP), und – nach der Ventilhubumschaltung auf den angeforderten Ventilhub (X_SP) die Phasen-Verstelleinrichtung angesteuert wird zum Einstellen der Phase (PHI) auf den ermittelten Sollwert (PHI_SP).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Sollwert (PHI_SP) der Phase (PHI) ermittelt wird abhängig von dem angeforderten Ventilhub (X_SP) und einer Drehzahl (N) und/oder einer Lastgröße (LOAD) der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Sollwert (PHI_SP) der Phase (PHI) ermittelt wird abhängig von dem angeforderten Ventilhub (X_SP), der Drehzahl (N) und einer Lastgröße (LOAD) und/oder einer Öltemperatur (TOIL) und/oder einer Kühlwassertemperatur (TCO) der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Istwert (PHI_AV) der Phase (PHI) erfasst wird und die Ventilhub-Verstelleinrichtung angesteuert wird zum Verstellen des Ventilhubs (X) auf den angeforderten Ventilhub (X_SP), wenn der Istwert (PHI_AV) der Phase (PHI) dem Sollwert (PHI_SP) entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – die Phase (PHI) abhängig von der Drehmomentanforderung (TQ_REQ) und abhängig von einem Umgebungsluftdruck ermittelt wird, – die Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs (X) gestellt wird, wenn die Phase (PHI) einen vorgegebenen Phasen-Schwellenwert (PHI_THD) überschreitet und die Drehmomentanforderung einen Drehmoment-Schwellenwert (TQ_THD) überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Phasen-Schwellenwert (PHI_THD) und/oder der Drehmoment-Schwellenwert (TQ_THD) abhängig von dem angeforderten Ventilhub (X_SP) und/oder der Drehzahl (N) und/oder der Lastgröße (LOAD) und/oder der Öltemperatur (TOIL) und/oder der Kühlwassertemperatur (TCO) der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine bei einer Ventilhubumschaltung, wobei die Brennkraftmaschine – einen Ansaugtrakt (1) und einen Abgastrakt (5) umfasst, – mindestens einen Zylinder (Z1) mit einem Brennraum (9) umfasst, in dem axial beweglich ein Kolben (11) mit einer Kurbelwelle (8) gekoppelt ist, – mindestens ein Gaseinlassventil (12) und ein Gasauslassventil (13) umfasst, durch die ein Gaswechsel zwischen dem Ansaugtrakt (1) und dem Brennraum (9) bzw. dem Abgastrakt (5) und dem Brennraum (9) in einer Schließposition des Gaseinlassventils (12) bzw. des Gasauslassventils (13) unterbunden und ansonsten frei gegeben ist, – eine Nockenwelle umfasst, die mit dem Gaseinlassventil (12) und/oder dem Gasauslassventil (13) und der Kurbelwelle (8) gekoppelt ist, – eine Phasen-Verstelleinrichtung umfasst, die mit der Nockenwelle und der Kurbelwelle (8) gekoppelt ist und durch die eine Phase (PHI) der Nockenwelle zu der Kurbelwelle (8) verstellbar ist, – eine Ventilhub-Verstelleinrichtung umfasst, durch die ein Ventilhub (X) des Gaseinlassventils (12) und/oder des Gasauslassventils (13) verstellbar ist, und wobei die Vorrichtung ausgebildet ist beim Vorliegen einer Anforderung zum Verstellen des Ventilhubs (X) des Gaseinlassventils (12) und/oder des Gasauslassventils (13) auf einen angeforderten Ventilhub zum – Ermitteln eines Sollwertes (PHI_SP) für die Phase (PHI) bei dem angeforderten Ventilhub (X_SP), – Ermitteln einer Drehzahl (N_AV) der Brennkraftmaschine und zum Überprüfen, ob der angeforderte Ventilhub (X_SP) bei der ermittelten Drehzahl (N_AV) einen geringeren Luftmassenstrom (MAF) in den Brennraum (9) hervorruft als ein aktueller Ventilhub (X_AV), – Ermitteln einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, – abhängig von der Betriebsgröße Ermitteln eines aktuellen Betriebszustandes (BZ_AV) der Brennkraftmaschine, – Prüfen ob der aktuelle Betriebszustand (BZ_AV) einem vorgegebenen speziellen Betriebszustand (BZ_S) entspricht, – Ermitteln eines Zwischen-Sollwertes (PHI_SP_S) der Phase (PHI) für die Ventilhubumschaltung abhängig von dem speziellen Betriebszustand (BZ_S), wenn der aktuelle Betriebszustand (BZ_AV) dem vorgegebenen speziellen Betriebszustand (BZ_S) entspricht, – Ansteuern der Phasen-Verstelleinrichtung zum Einstellen des Zwischen-Sollwerts (PHI_SP_S), wenn der angeforderte Ventilhub (X_SP) einen geringeren Luftmassenstrom (MAF) in dem Brennraum (9) hervorruft als der aktuelle Ventilhub (X_AV), und dann zum Ansteuern der Ventilhub-Verstelleinrichtung zum Verstellen des Ventilhubs (X) auf den angeforderten Ventilhub (X_SP) und – nach der Ventilhubumschaltung auf den angeforderten Ventilhub (X_SP) Ansteuern der Phasen-Verstelleinrichtung zum Einstellen der Phase (PHI) auf den ermittelten Sollwert (PHI_SP).