-
TECHNISCHES
GEBIET
-
Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf Brennkraftmaschinen-Steuersysteme
und insbesondere auf das Vermeiden von Kolben-Ventil-Kollisionen,
vor allem bei Motoren, die mit variablen Ventilbetätigungssystemen
ausgestattet sind.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Entwickler
von Brennkraftmaschinen setzen verschiedene Techniken und Steuerungsstrategien
um, um Leistungsparameter zu verbessern, einschließlich der
Reduzierung von Abgasemissionen, des Steigerns der Motorleistung
und der Verbesserung der Kraftstoffersparnis. Eine Technik, die
Gelegenheit für
solche Verbesserungen bietet, liegt im Bereich einer verbesserten
Ventiltriebsteuerung, die versucht, durch Verbessern der Motoratmung
und Verringern der Pumpverluste, um so den volumetrischen Wirkungsgrad
zu erhöhen,
die Leistung zu verbessern. Verbesserungen der Motorleistung durch
Anwendung von Ventiltrieb-Steuerungsstrategien kommen herkömmlichen
Motoren mit Funkenzündung,
Motoren mit Kompressionszündung
und Motoren, die Motor-Zwischenstrategien anwenden, wie etwa Motoren
mit Kompressionszündung
und homogener Ladung, zugute.
-
Ventiltrieb-Steuerungsstrategien
können
die Steuerung der Größe des Ventilhubs
oder der Ventilöffnung,
der Dauer der Ventilöffnung
und des Timings der Ventilöffnung
umfassen und Einlassventile und/oder Aus lassventile umfassen. Ein
variables Nockenphasenstellsystem verändert typischerweise das Timing
der Einlassventilöffnung
relativ zur Kurbelwellenposition durch Verwendung einer Öldruck-betätigten Phasenstellvorrichtung,
die nur das Timing der Einlass- oder Auslassventilöffnung verändert, ohne
die Größe des Ventilhubs
oder die Ventilöffnungsdauer
zu beeinflussen. Ein variables Hubsteuersystem verändert typischerweise die
Größe und die
Dauer der Ventilöffnung
durch Verwendung einer zweistufigen Nockenwelle, wobei jede Stufe
der Nockenwelle wählbar
ist. Ein voll flexibles Ventilbetätigungssystem sieht eine variable
Nockenphasenverstellung und eine variable Hubsteuerung vor, um eine
Steuerung der Ventilöffnungsdauer,
des Ventilhubs und des Ventil-Timings zu ermöglichen.
-
Bei
einem Motorsystem, das ein Ventilbetätigungssystem verwendet, besteht
die Gefahr einer Kollision zwischen Motorventilen und Kolben. Koben/Ventil-Kollisionen
führen
zu einem unerwünschten
Geräusch und
der Gefahr einer Beschädigung
von Motorkomponenten, was zu Garantiefällen und teuren Reparaturen führt. Motorentwickler
haben Koben/Ventil-Kollisionen im Allgemeinen durch Einschränken des
Betriebsbereichs der Ventilsteuervorrichtungen vermieden. Jedoch
verringert die Einschränkung
des Betriebsbereichs einer Ventilsteuervorrichtung die Möglichkeit
des Motorentwicklers, die Motorleistung über seinen Betriebsbereich
zu optimieren.
-
Daher
werden ein Verfahren und ein System benötigt, die unter Beseitigung
der Gefahr einer Schädigung
des Motors infolge einer Kollision zwischen Motorventilen und Kolben
den Betrieb eines variablen Ventilbetätigungssystems über seinen
verfügbaren
Betriebsbereich ermöglichen.
Ein solches System und ein solches Verfahren ermöglichen eine aggressivere Ventilsteuerungsstrategie,
um die Motorleistung bei verschiedenen Antriebsstranganwendungen
zu maximieren.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst eine Verbesserung gegenüber herkömmlichen
Motorsteuerungen durch Bereitstellung eines Verfahrens und eines
Systems zum Vermeiden einer Kollision von Kolben und Motorventilen.
Dies erleichtert die Verwendung eines voll flexiblen variablen Ventilbetätigungssystems über seinen
Betriebsbereich ohne Auferlegung von willkürlichen Zwängen, die für variable Ventilbetätigungssysteme typisch
sind, und ermöglicht
so die Optimierung des Motorbetriebs.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind ein Verfahren und ein System beschrieben, die die
Betätigung eines
Motorventils steuern, das betätigt
werden kann, um den Verbrennungskammerfluss zu steuern. Die Verbrennungskammer
ist in einem Zylinder gebildet, der einen sich hin und her bewegenden
Kolben besitzt, der an einer Kurbelwelle funktional angebracht ist.
Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Kurbelwinkels, bei dem
eine Motorventilöffnung
auszulösen
ist. Es werden ein Soll-Ventilhub
und eine Dauer der Ventilöffnungszeit
bestimmt. Auf der Grundlage des Soll-Ventilhubs und der Dauer der
Ventilöffnungszeit
wird ein Öffnungsprofil
für das
Motorventil geschätzt.
Auf der Grundlage des geschätzten Öffnungsprofils
für das
Motorventil, eines Zylinderdurchmessers und eines Zylinderhubraums
wird ein erster Kurbelwinkel berechnet. Auf der Grundlage des ersten
Kurbelwinkels, einer linearen Position des Kolbens, die bestimmt
wird, wenn die Kurbelwelle bei dem ersten Kurbelwinkel ist, und
des geschätzten Öffnungsprofils
für das
Motorventil wird ein zweiter Kurbelwinkel bestimmt. Der Kurbelwinkel,
bei dem die Motorventilöffnung
auszulösen
ist, wird durch Addieren einer Sicherheitsspanne zu dem zweiten
Kurbelwinkel bestimmt.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung umfasst das Schätzen der Position des Ventils über einen
Bereich von einer geschlossenen Position zu einer vollständig geöffneten
Position als lineare Gleichung mit einer festen Steigung über den
Bereich von der geschlossenen Position zu der vollständig geöffneten
Position.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung umfasst das Bestimmen einer Differenz
zwischen dem geschätzten Ventilöffnungsprofil
und dem wirklichen Ventilöffnungsprofil,
um den zweiten Kurbelwinkel um die Sicherheitsspanne zu verschieben.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung umfasst das Bestimmen einer Differenz
zwischen dem geschätzten Ventilöffnungsprofil
und dem wirklichen Ventilöffnungsprofil
auf der Grundlage des Motorbetriebs und der Ventilbetätigungsmechanisierung.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung umfasst das Steuern einer Position
einer variablen Nockenphasenvorrichtung auf der Grundlage des bestimmten
Kurbelwinkels, bei dem die Motorventilöffnung auszulösen ist.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung umfasst das Ausführen des Verfahrens, um regelmäßig, wenigstens einmal
pro Motorzyklus, den Kurbelwinkel zu bestimmen, bei dem die Motorventilöffnung auszulösen ist.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung umfasst das Ausführen des Verfahrens, um regelmäßig, wenigstens einmal
pro Ventilereignis, den Kurbelwinkel zu bestimmen, bei dem die Motorventilöffnung auszulösen ist.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung umfasst, dass das Ventilbetätigungssystem
ein variables Ventilhubsteuersystem ist.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung umfasst, dass das Ventilbetätigungssystem
ein mehrstufiges Ventilhubsystem ist.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung umfasst, dass das Ventilbetätigungssystem
ein individuell betätigtes Ventilsteuersystem
ist.
-
Diese
und weitere Aspekte der Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet
beim Lesen und Verstehen der folgenden genauen Beschreibung der
Ausführungsformen
deutlich.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Erfindung kann Gestalt annehmen in bestimmten Teilen und einer bestimmten
Anordnung von Teilen, deren bevorzugte Ausführungsform ausführlich beschrieben
und in den begleitenden Zeichnungen gezeigt ist, die einen Teil
hiervon bilden und worin:
-
1 eine
schematische Darstellung eines exemplarischen Motors in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist;
-
2 ein
algorithmisches Flussdiagramm in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung ist;
-
3 eine
graphische Datendarstellung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist;
-
4 eine
graphische Datendarstellung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist; und
-
5–7 algorithmische
Flussdiagramme in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung sind.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Wenn
nun Bezug auf die Zeichnungen genommen wird, worin die Abbildungen
lediglich zum Zweck der Veranschaulichung von Ausführungsformen
der Erfindung und nicht zum Zweck der Begrenzung derselben dienen,
zeigt 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
und eines Steuerschemas der vorliegenden Erfindung. Das exemplarische
Verfahren und das exemplarische System sind an einer Brennkraftmaschine 5 mit
Funkenzündung
mit einem oder mehreren Zylindern 7 ausgeführt. In
dieser Ausführungsform umfasst
die Vorrichtung ein voll flexibles variables Ventilbetätigungssystem
('FVVA', fully flexible
variable valve actuation system), das eine Steuereinrichtung 11 und
eine Betätigungseinrichtung 9 umfasst,
die zum Steuern des Öffnens
und Schließens
von Einlassventilen 12 und Auslassventilen 14 der
Brennkraftmaschine 5 betrieben bzw. betätigt werden können. Die
Brennkraftmaschine 5 ist mit einer Motorsteuereinrichtung 10 gekoppelt, die
betrieben werden kann, um Motorsteuerungsschemen auf der Grundlage
von Bedienereingaben und anderen Faktoren auszuführen. Die FVVA-Steuereinrichtung 11 kann
betrieben werden, um Eingaben von der Motorsteuereinrichtung 10 anzunehmen
und die FVVA-Betätigungseinrichtung 9 in Übereinstimmung
mit den weiter unten beschriebenen Steuerschemen zu steuern. Die
Brennkraftmaschine umfasst vorzugsweise einen Mehrzylindermotor,
der einen Motorblock, einen Kopf und eine Kurbelwelle umfasst. In
dem Block sind mehrere Zylinder 7 gebildet, wobei jeder
Zylinder einen Kolben 16 enthält, der so betätigt wird,
dass er sich linear in diesem bewegt. Jeder Kolben ist mit der Kurbelwelle
mechanisch betätigbar über eine
Kolbenstange (nicht gezeigt) verbunden. Die Kurbelwelle ist an Hauptlagern
(nicht gezeigt) an gebracht. In jedem Zylinder 7 ist zwischen
der Oberseite jedes Kolbens 16 und dem Zylinderkopf 20 eine
Verbrennungskammer 18 gebildet. Die Kurbelwelle dreht sich
in den Hauptlagern in Reaktion auf eine durch die Kolbenstangen
auf sie ausgeübte
lineare Kraft als Ergebnis von Verbrennungsereignissen in jeder
Verbrennungskammer. Der Kopf 20 weist ein oder mehrere
Einlassventile 12 und ein oder mehrere Auslassventile 14 auf.
Die Einlassventile 12 können
betätigt
werden, um sie zu öffnen
und den Zustrom bzw. Zufluss von Luft und Kraftstoff zu der Verbrennungskammer 18 zuzulassen.
Die Auslassventile 14 können
betätigt
werden, um sie zu öffnen
und das Ausstoßen
von Verbrennungsprodukten aus der Verbrennungskammer 18 zuzulassen.
Es ist ein Kurbelsensor vorhanden, der im Wesentlichen in der Nähe der Kurbelwelle
angeordnet ist und dazu dient, die Kurbelwinkelposition zu messen,
wobei solche Informationen nützlich
zum Messen der Kurbelwellendrehzahl sind.
-
Das
FVVA-System umfasst vorzugsweise die FVVA-Steuereinrichtung 11 und
die FVVA-Betätigungseinrichtung 9,
die funktional an den Einlassventilen 12 und den Auslassventilen 14 des
Motors angebracht ist. Das FVVA-System kann betrieben werden, um
die Größe des Ventilhubs
L, die Dauer der Ventilöffnung
D und das Timing der Ventilöffnung θ der Einlassventile 12 und
der Auslassventile 14 in Reaktion auf die Eingabe von der
Steuereinrichtung 10 entsprechend den Steuerungsschemen
zu steuern. Die Motorsteuereinrichtung 10 kann vorzugsweise
betrieben werden, um die Eingabe von verschiedenen Motorsensoren
und die Bedienereingaben zu überwachen
und in Reaktion darauf mittels integrierter Steuerungsschemen in
Form von Algorithmen und Kalibrierungen verschiedene Steuervorrichtungen
zu betätigen.
Genauer überwacht
die Steuereinrichtung 10 den Motorbetrieb, Bedienereingaben
und Umgebungsbedingungen und bestimmt optimale Ventilöffnungsprofile
hinsichtlich der Größe des Ventilhubs
L, der Dauer der Ventilöffnung
D und des Timings der Ventilöffnung θ relativ
zur Kurbelwellen-Winkelposition. Diese Informationen werden über einen
Kommunikationsbus (nicht gezeigt) an die FVVA-Steuereinrichtung 11 übermittelt.
-
Die
Steuereinrichtung 10 ist vorzugsweise ein elektronisches
Steuermodul (electronic control modul, ECM), das eine Zentraleinheit
umfasst, die über
Datenbusse mit flüchtigen
und nicht flüchtigen
Speichervorrichtungen durch Signale elektrisch verbunden ist. Die
Steuereinrichtung 10 ist funktional mit anderen Mess- bzw.
Abfühlvorrichtungen
und Ausgabevorrichtungen zum Überwachen
und Steuern des Motorbetriebs gekoppelt. Die Ausgabevorrichtungen
umfassen vorzugsweise Subsysteme, die für eine korrekte Steuerung und
einen korrekten Betrieb des Motors 5 erforderlich sind,
einschließlich,
beispielhalber, eines Kraftstoffeinspritzsystems, eines Funkenzündsystems
(wenn ein Motor mit Funkenzündung
verwendet wird), eines Abgasrückführsystems
und eines Verdampfungssteuersystems. Die Motor-Messvorrichtungen
umfassen Vorrichtungen, die dazu dienen, den Motorbetrieb, die äußeren Bedingungen
und die Bedieneranforderung zu überwachen, und
sind typischerweise durch Signale mit der Steuereinrichtung 10 gekoppelt.
Steueralgorithmen werden typischerweise während im Voraus eingestellter
Schleifenzyklen ausgeführt,
derart, dass jeder Steueralgorithmus wenigstens einmal pro Schleifenzyklus
ausgeführt
wird. Schleifenzyklen werden bei einem typischen Motorbetrieb alle
3, 6, 15, 25 und 100 Millisekunden ausgeführt. Die Verwendung der Steuereinrichtung 10 zum Steuern
des Betriebs der Brennkraftmaschine 5 ist einem Fachmann
auf dem Gebiet wohlbekannt.
-
In
den 2 und 3 ist ein Verfahren zum Steuern
der Betätigung
und der Öffnung
der Motorventile, die betätigt
werden können,
um den Verbrennungskammerfluss zu steuern, gezeigt. Das Verfahren
wird vorzugsweise als ein oder mehrere Algorithmen in der Steuereinrichtung 10 ausgeführt.
-
Der
Algorithmus wird vorzugsweise einmal pro Motorzyklus ausgeführt, um
einen frühesten
Kurbelwinkel, der mit θC bezeichnet wird und bei dem das Öffnen eines
der Einlassventile 12 zu beginnen ist, zu bestimmen, um
eine Kolben/Ventil-Behinderung zu verhindern. Alle Kurbelwinkel
sind hier mit dem griechischen Buchstaben θ (Theta) bezeichnet. Der Algorithmus
kann stattdessen einmal pro Motorzyklus ausgeführt werden, um einen spätesten Kurbelwinkel,
der mit θC bezeichnet wird und bei dem das Schließen jedes
der Auslassventile 14 zu beginnen ist, zu bestimmen, um
eine Kolben/Ventil-Behinderung zu verhindern. Alternativ kann der
Algorithmus einmal pro Motorventilereignis ausgeführt werden,
wenn das spezifische Steuerungsschema es so verlangt. Beispiele
von Systemen, bei denen der Algorithmus bei jedem Motorventilereignis
ausgeführt
wird, umfassen Systeme, bei denen ein Motorventil zweimal während eines
einzigen Motorzyklus geöffnet
wird, und Motorsystem, die verschiedene Ventilprofile oder Ventile
für verschiedene
Zylinder verwenden. In den Algorithmen zugeordneten Kalibrierungswerten
umfasst sind Motorparameter einschließlich der Bohrung B, des Hubs,
des Verdrängungsvolumens
Vd und des Totraums VCL des
Zylinders; der Einlass- und Auslass-Motorventilabmessungen einschließlich des
Hubwegs und des damit zusammenhängenden
Durchflusses; der Nockenwellenprofile und des zugeordneten Motorventilhubwegs;
und anderer kalibrierter Werte, die notwendig sind, um ein Betriebssystem
für den
Motor bereitzustellen.
-
In 2 umfasst
der Algorithmus vorzugsweise im Voraus kalibrierte Information hinsichtlich
des Motorentwurfs einschließlich
des Zylinderbohrungsdurchmessers B (gemessen in Millimeter) und
der volumetrischen Verdrängung
Vd des Zylinders (gemessen in Kubikmillimeter
mm3) und des Totraums VCL (gemessen
in Kubikmillimeter mm3) (Block 100).
Die Steuereinrichtung kann betrieben werden, um Motorbetriebsbedingungen und
Bedienereingaben einschließlich
der Anforderung nach Leistung zu bestimmen (Block 102).
Auf der Grundlage von Motorbetriebs- und Steuerparametern einschließlich der
Bedieneranforderung nach Luftzustrom, des geplanten Abgasrückführungsanteils,
der Verdampfungskatalysator-Reinigungsrate
und anderer Faktoren, die das Motor-Luft/Kraftstoff-Verhältnis beeinflussen,
werden der Soll-Ventilhub L und die Dauer D der Ventilöffnungszeit
für den
nächsten
Motorzyklus bestimmt (Block 104). Ein erfahrener Praktiker
ist in der Lage, geeignete Niveaus für den Hub und die Dauer auf
der Grundlage des Motorbetriebs und der Steuerparameter als Teil
der Motorentwicklung und Motorkalibrierung vor dem Dauerbetrieb
des Motors zu bestimmen. Der Ventilhub L wird vorzugsweise in Längendimensionen,
in Millimetern, ausgedrückt.
Die Dauer D der Ventilöffnungszeit
wird vorzugsweise in Dimensionen des Drehwinkels θ der Kurbelwelle
ausgedrückt.
-
In 3 sind
für ein
Einlassventilöffnungsereignis
eine erste Linie 1, die die lineare Bewegung des Kolbens 16 zeigt,
und eine zweite Linie 2, die die lineare Bewegung des Motor-Einlassventils 12 zeigt,
beide relativ zu dem Kurbelwellen-Drehwinkel θ, gezeigt.
-
Die
Position des Kolbens
16 bei dem Kurbelwinkel θ wird mittels
der folgenden Gleichung berechnet:
wobei:
- P
- = Kolbenposition,
- B
- = Zylinderbohrung
(mm),
- Vd
- = Zylinderhubraum
(mm3),
- Vcl
- = Totraum (mm3) und
- θ
- = Kurbelwellen-Drehwinkel
(θ ≅ 0° am oberen
Totpunkt des Auspufftakts).
-
Auf
der Grundlage des Soll-Ventilhubs und der Dauer der Ventilöffnungszeit
(Block 106) wird ein Ventilöffnungsprofil geschätzt, das
als Linie 3 von 3 gezeigt ist. Dies umfasst
vorzugsweise das Schätzen
der Position des Ventils unter Anwendung einer linearen Gleichung
mit einer festen Steigung über
einen Bereich von einer geschlossenen Motorventilposition zu einer
vollständig
geöffneten
Motorventilposition. Somit wird das geschätzte Profil mit der Steigung
S durch Approximierung des gewünschten
Ventilprofils, das als Linie 3 von 3 gezeigt
ist, mittels einer Dreiecksform bestimmt. Daher wird die Steigung
S berechnet als: S
= 2 × L/D, [2]wobei:
- L
- = Ventilhub (mm) und
- D
- = Dauer (Kurbelwinkelgrade)(Block 108).
-
Ein
erster Punkt A wird durch Gleichsetzen der Steigung der Tangente
an das Kolbenprofil mit der Steigung S bestimmt.
-
-
Der
Punkt A umfasst den Punkt des ersten Kontaktes, wenn eine Kollision
zwischen dem Kolben 16 und dem Ventil 12 eintritt,
wobei das Ventil 12 dem geschätzten Ventilprofil folgt.
-
Nach
Auflösen
der Gleichung 1 beträgt
der Kurbelwinkel θ
A des Punktes A:
-
Der
erste Kurbelwinkel θA repräsentiert
einen minimalen Kurbelwinkel, bei dem der Kolben 16 das
Ventil 12 behindert. wobei das Ventil 12 dem geschätzten Ventilprofil
folgt.
-
Auf
der Grundlage des ersten Kurbelwinkels θ
A,
einer linearen Position des Kolbens, die bestimmt wird, wenn die
Kurbelwelle bei dem ersten Kurbelwinkel θ
A ist,
und dem geschätzten
Ventilöffnungsprofil
wird ein zweiter Kurbelwinkel θ
B berechnet (Block
112):
wobei P(θ
A)
die Position des Kolbens
16 bei dem Kurbelwinkel θ
A umfasst und durch Substituieren von θ
A für θ in der
obigen Gleichung 1 berechnet wird.
-
Der
endgültige
Kurbelwinkel θC, der den Kurbelwinkel umfasst, bei dem
die Öffnung
des Ventils beginnt, wenn es das Einlassventil 12 ist,
wird durch Verschieben des zweiten Kurbelwinkels θB um eine Sicherheitsspanne M bestimmt (Block 114): θC = θB + M [6]
-
Die
Sicherheitsspanne M ist ein Maß der
Differenz zwischen dem geschätzten
Ventilöffnungsprofil
und dem wirklichen Ventilöffnungsprofil.
Es wird vorzugsweise experimentell vor dem Dauerbetrieb oder der
regulären
Fertigung des Motors durch Bestimmen der Differenz zwischen dem
geschätzten
Ventilöffnungsprofil
und einem repräsentativen
Ventil mit Ventilbetätigungssystem
bestimmt. Die Sicherheitsspanne M wird vorzugsweise auf der Grundlage
der Motorbetriebsgeschwindigkeit und der Motorlast, der Ventilposition
und der Verbrennungskammergeometrie sowie der Betriebskennlinien
des Ventilöffnungsmechanismus
entwickelt. Wenn der Ventilöffnungsmechanismus
eine Kurbelwelle mit Nocken ist, umfassen die relevanten Betriebskennlinien das
Nockenprofil, das primär
im Kurbelwinkelbereich gemessen und beschrieben wird und von einem
erfahrenen Praktiker ohne weiteres durch Testen und Entwickeln bestimmbar
ist. Wenn der Ventilöffnungsmechanismus
ein nockenloses System ist, das eine elektrische betätigte oder
elektrisch/hydraulisch betätigte
Vorrichtung verwendet, umfassen die relevanten Betriebskennlinien
den Frequenzgang der Vorrichtung, der primär im Zeitbereich gemessen und
beschrieben wird und von einem erfahrenen Praktiker ohne weiteres
durch Testen und Entwickeln bestimmbar ist. Die Sicherheitsspanne
M kann entweder ein einziger skalarer Wert sein, typischerweise
wenn die Systemmechanisierung eine Nockenwelle umfasst, oder ein
Wertefeld sein, das auf der Grundlage der Betriebsbedingungen bestimmt
wird, typischerweise wenn die Systemmechanisierung eine nockenlose
Betätigung
der Ventile umfasst.
-
Alternativ
und mit Bezug auf 4 lautet, wenn der Algorithmus
verwendet wird, um einen spätesten Kurbelwinkel,
bei dem die Öffnung
eines der Auslassventile 14 beginnen soll, bestimmt wird,
so dass alle Auslassventile in einer zeitlichen Weise geschlossen
werden, um eine Kolben/Ventil- Behinderung
zu verhindern, die Gleichung zum Berechnen von θC wie
folgt: θC = θB – M, [7]wobei:
-
- θB
- = zweiter Kurbelwinkel
und
- M
- = Sicherheitsspanne.
-
Sobald
die Ventilschließzeit θC bestimmt ist, kann die Öffnungszeit für jedes
Auslassventil durch Subtrahieren der Ventilöffnungsdauer D von der Ventilschließzeit bestimmt
werden. Mit geringen Änderungen
können
die Gleichungen 1–6
zum Berechnen des Winkels θB für
ein Auslassventilereignis verwendet werden. Jedoch wird zu Gunsten
der besten Rechenleistung darauf hingewiesen, dass 4 im
Grunde eine Bildreflexion von 3 längs der
y-Achse ist (wobei θ = θ° oder oberer
Totpunkt). Daher können
die obigen Gleichungen 1–6,
die ein Einlassventilereignis beschreiben, zum Berechen der Kurbelwinkel
(θA, θB, θC) für
ein Auslassventilereignis ausgeführt
werden. Dies umfasst vorzugsweise das Berechnen der Winkel θA, θB und θC mittels der Gleichungen 1–6 und das
Negieren der resultierenden Werte. Beispielsweise wird, falls θ = 10° nach dem
oberen Totpunkt der mittels der Gleichungen 1–6 berechnete früheste Öffnungskurbelwinkel
ist, θ =
10° vor
dem oberen Totpunkt zu dem letzten Schließkurbelwinkel für jedes
Auslassventil.
-
Mit
Bezug auf 5 wird nun eine Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, wobei sie einen Ablaufplan für einen
Algorithmus zum Steuern der Ventile eines variablen Nockenphasenstellsystems
oder eines FVVA-Systems
bei einem gegebenen Ventilprofil umfasst. Die mechanischen Aspekte
des exemplarischen variablen Nockenphasenstellsystems sind bekannt
und werden hier nicht ausführlich
beschrieben. Bei dem variablen Nockenphasenstellsystem sind sowohl
für Einlass-
als auch für
Auslassventile der Ventilhub L und die Dauer D durch die Nockenprofile
festgelegt, während
die zeitliche Steuerung der Ventilöffnungszeit mittels einer herkömmlichen
Nockenphasenstellvorrichtung verändert
wird. Der Algorithmus bestätigt,
dass ein Befehl zum Aktualisieren der FVVA-Steuerung empfangen worden
ist (Block 122). In diesem Fall wird der Kurbelwinkel θC E, der den spätesten Kurbelschließwinkel
für das
Auslassventil 14 zum Vermeiden einer Kolben-Ventil-Kollision
repräsentiert,
berechnet (Block 124). Die Berechnungen des Kurbelwinkels θC E und θC I sind oben mit
Bezug auf die Gleichungen 1 bis 7 beschrieben worden. Dieser Kurbelwinkel θC E wird mit dem Auslassventilschließ EVC verglichen
(Block 126). Wenn der befohlene Auslassventilschließ EVC größer als
der Kurbelwinkel θC E ist (mit anderen
Worten, EVC später
als ist θC E ist), wird der
Kurbelwinkel θC E von dem Auslassventilschließ EVC subtrahiert
und das Ergebnis von dem befohlenen Auslassventilöffnungs
EVO subtrahiert (Block 128). Wenn der Auslassventilschließ EVC nicht
größer als
der Kurbelwinkel θC E ist, bleibt der
befohlene Auslassventilöffnungs
EVO unverändert.
Der Kurbelwinkel θC I, der den frühesten Öffnungskurbelwinkel
für das Einlassventil 12 zum
Vermeiden einer Kolben-Ventil-Kollision repräsentiert, wird berechnet (Block 130).
Der Kurbelwinkel θC I wird mit dem Einlassventilöffnungs
IVO verglichen (Block 132). Wenn der befohlene Einlassventilöffnungs
IVO kleiner als der Kurbelwinkel θC I ist (mit anderen Worten, IVO früher als θC I ist), wird der
befohlene Einlassventilöffnungs
IVO von dem Kurbelwinkel θC I subtrahiert und
das Ergebnis zu dem befohlenen Einlassventilöffnungs IVO addiert (Block 134).
Wenn der Einlassventilöffnungs
IVO nicht größer als
der Kurbelwinkel θC I ist, bleibt der
befohlene Einlassventilöffnungs
IVO unverändert.
-
Mit
Bezug auf 6 wird nun eine weitere Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, wobei sie einen Ablaufplan für einen
Algorithmus zum Steuern des Ventilhubs eines variablen Ventilhubsteuersystems oder
eines FVVA-Systems bei einem gegebenen Ventilhub und einer gegebenen
Dauer umfasst. Die mechanischen Aspekte des exemplarischen variablen
Ventilhubsteuersystems sind bekannt und werden hier nicht ausführlich beschrieben.
Bei dem variablen Ventilhubsteuersystem wird sowohl für Einlass-
als auch für
Auslassventile der Ventilhub L durch Wechseln zwischen zwei oder
mehreren Nockenprofilen eingestellt, wobei die Dauer D und die zeitliche
Steuerung der Einlassventilöffnungszeit
festgelegt sind. Der Algorithmus bestätigt, dass ein Befehl zum Aktualisieren
der FVVA-Steuerung
empfangen worden ist (Block 142). Der Algorithmus löst für das Auslassventil 14 unter
Verwendung der obigen Gleichungen 1–6 nach der Steigung SE auf (Block 144). Die im Block 144 berechnete
resultierende Steigung SE, multipliziert
mit einer Hälfte
der festgelegten Auslassventildauer EVD, wird zu dem maximalen Hub
L, der das Vermeiden einer Kolben-Ventil-Kollision ermöglicht.
Der befohlene Auslassventilhub EVL wird mit dem maximalen Hub SE × EVD/2
verglichen (Block 146). Wenn der befohlene Auslassventilhub
EVL größer als
der maximale Hub ist, wird der befohlene Auslassventilhub EVL gleich
dem maximalen Hub gesetzt (Block 148). Andernfalls bleibt
der ursprüngliche Auslassventilhub
EVL unverändert.
Der Algorithmus löst
für das
Einlassventil 12 unter Verwendung der obigen Gleichungen
1–6 nach
der Steigung SI auf (Block 150).
Die im Block 150 berechnete resultierende Steigung SI, multipliziert mit einer Hälfte der
festgelegten Einlassventildauer IVD, ist der maximale Hub, der das
Vermeiden einer Kolben-Ventil-Kollision ermöglicht. Der befohlene Einlassventilhub
IVL wird mit dem maximalen Hub SI × IVD/2
verglichen (Block 152). Wenn der befohlene Einlassventilhub
IVL größer als
der maximale Hub ist, wird der befohlene Einlassventilhub IVL gleich dem
maximalen Hub gesetzt. Andernfalls bleibt der ursprüngliche
Einlassventilhub IVL unverändert.
-
Mit
Bezug auf 7 wird nun eine weitere Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, wobei sie einen Ablaufplan für einen
Algorithmus zum Steuern der Ventildauer eines variablen Ventildauersteuersystems oder
eines FVVA-Systems bei einem gegebenen Ventil und einem gegebenen
Hub umfasst. Die mechanischen Aspekte des exemplarischen variablen
Ventildauersteuersystems sind bekannt und werden hier nicht ausführlich beschrieben.
Bei dem variablen Ventildauersteuersystem wird sowohl für Einlass-
als auch für
Auslassventile die Ventildauer D durch Wechseln zwischen zwei oder
mehreren Nockenprofilen eingestellt, während der Ventilhub L und die
zeitliche Steuerung der Einlassventilöffnungszeit und der Auslassventilschließzeit festgelegt
sind. Der Algorithmus bestätigt,
dass ein Befehl zum Aktualisieren der FVVA-Steuerung empfangen worden
ist (Block 162). Der Algorithmus löst für das Auslassventil 14 unter
Verwendung der obigen Gleichungen 1–6 nach der Steigung SE auf (Block 164). Aus der im Block 164 berechneten
resultierenden Steigung SE und dem festgelegten
Auslassventilhub EVL wird die minimale Auslassventilöffnungsdauer
(2 × EVL/SE) zum Vermeiden einer Kolben-Ventil-Kollision
berechnet. Die befohlene Auslassventilöffnungsdauer EVD wird mit der
minimalen Auslassventilöffnungsdauer
verglichen (Block 166). Wenn die befohlene Auslassventilöffnungsdauer
EVD kleiner als die minimale Auslassventilöffnungsdauer ist, wird die
befohlene Auslassventilöffnungsdauer
EVD gleich der minimalen Auslassventilöffnungsdauer 2 × EVL/SE gesetzt (Block 168). Andernfalls
bleibt die befohlene Auslassventilöffnungsdauer EVD unverändert. Der
Algorithmus löst
für das
Einlassventil 12 unter Verwendung der obigen Gleichungen
1–6 nach
der Steigung SI auf (Block 170).
Aus der im Block 170 berechneten resultierenden Steigung
SI und dem festgelegten Einlassventilhub
IVL wird die minimale Einlassventildauer (2 × IVL/SI)
zum Vermeiden einer Kolben-Ventil-Kollision
berechnet. Die befohlene Einlassventildauer IVD wird mit der minimalen
Einlassventildauer verglichen (Block 172). Wenn die befohlene
Einlassventilöffnungsdauer
IVD kleiner als die minimale Einlassventilöffnungsdauer ist, wird die
befohlene Einlassventildauer IVD gleich der minimalen Einlassventildauer
2 × IVL/SI gesetzt (Block 172). Andernfalls
bleibt die befohlene Einlassventildauer IVD unverändert.
-
Die
Erfindung ist mit spezifischem Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen
und Veränderungen daran
beschrieben worden. Anderen können
mit dem Lesen und Verstehen der Patentbeschreibung weitere Veränderungen
und Abwandlungen offenbar werden. Sämtliche solche Veränderungen
und Abwandlungen sollen, insoweit sie im Umfang der Erfindung liegen,
umfasst sein.
