DE102007060160B4

DE102007060160B4 - Strategie zur Aktivierung von Ölspritzdüsen

Info

Publication number: DE102007060160B4
Application number: DE200710060160
Authority: DE
Inventors: Bernd Steiner; Andreas Irlenbusch; Helmut Ruhland; Jan Mehring
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: DE102007060160A1

Abstract

Strategie zur Steuerung von Ölspritzdüsen eines Verbrennungsmotors, umfassend das Abfragen einer ersten Bedingung, mit der verifiziert wird, ob ein aktueller Öldruck (4) einen kalibrierbaren Öldruckschwellwert (6) überschreitet, und das Abfragen einer zweiten Bedingung, mit der verifiziert wird, ob eine Start- und Hochlaufphase des Verbrennungsmotors abgeschlossen ist, wobei diese zweite Bedingung negiert wird, und das Abfragen einer dritten Bedingung, mit der verifiziert wird, ob eine aktuelle Öltemperatur (14) unter einem kalibrierbaren Öltemperaturschwellenwert (16) liegt, das Abfragen einer vierten Bedingung, mit der verifiziert wird, ob ein erforderlicher Stellweg von Nockenwellenverstellern einen kalibrierbaren Schwellwert (18) unterschreitet, und Verknüpfen der Bedingungen in einer Und-Logik (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Strategie zur Steuerung von Ölspritzdüsen eines Verbrennungsmotors.
Die DE 10 2004 017 909 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Kühlung von zumindest einem Kolben einer Brennkraftmaschine. Hierbei wird entweder eine Schmierölpumpe (erste Variante) oder ein Magnetventil (zweite Variante) lastabhängig gesteuert. Bei der ersten Variante gewährleistet eine Steuereinheit, dass die Schmierölpumpe zur Bereitstellung eines variablen Druckes im Schmierölkreislauf bei unterschiedlichen Betriebszuständen lastabhängig geregelt wird, wobei ein Rückschlagventil eine Zuführung von Öl erst ab einem definierten Druck im Schmierölkreislauf zulässt. Bei der anderen Variante, ist das Ventil ein steuerbares Magnetventil welches von der Steuereinheit lastabhängig gesteuert wird. Bei dieser anderen Variante erfolgt dieses druckabhängige Öffnen des Ventils wohl nicht. Hier öffnet das Magnetventil in Abhängigkeit von der ermittelten Last. Zudem kann das Magnetventil zusätzlich in Abhängigkeit von der Motortemperatur, der Motordrehzahl und/oder der Schmieröltemperatur angesteuert werden.
Die DE 10 2005 006 054 A1 betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine, welche ein Schaltventil zur Steuerung der Ölmenge zur Kühlung des Kolbens hat, wobei das Schaltventil die Vorrichtung zur Kühlung des Kolbens betriebspunktabhängig steuert. Das Schaltventil wird geschlossen, wenn an anderer Stelle ein vorübergehend erhöhter Ölbedarf erfasst wird. Das Schaltventil wird von einem Steuergerät angesteuert, welches Betriebsparameter wie zum Beispiel die Drehzahl, die Last, die Kühlmitteltemperatur, die Öltemperatur und/oder die hydraulische Anforderung als Eingangswert erhält. Hieraus errechnet das Steuergerät die Öffnungszeiten des Schaltventils. Aus den Betriebsparametern ermittelt das Steuergerät den Kühlbedarf, und veranlasst das Schaltventil intermittierend zu öffnen. Allerdings schließt das Schaltventil nicht bei höchster Belastung des Kolbens, vielmehr ist das Schaltventil dauernd geöffnet. Erst wenn die hydraulische Anforderung, beispielsweise für einen Nockenwellenversteller erfasst wird, schließt das Schaltventil.
Die EP 1 070 836 A2 betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung der Kolben einer Brennkraftmaschine mittels einer Pumpe. Die Pumpe führt Öl aus dem Schmierölkreislauf über eine Zuführleitung dem Kolben zu. Die Ölzufuhr ist über ein in Abhängigkeit von Motorparametern gesteuertes Ventil geregelt. Das Öl wird zumindest auf eine Unterseite des Kolbens gespritzt. Zum Schmierölkreislauf gehört zumindest eine Hauptversorgungsleitung, an die mehrere Zuführleitungen mit je einer Austrittsöffnung angeschlossen sind. Es ist nur ein Ventil in der Hauptversorgungsleitung vorgesehen.
Auch die EP 1 362 993 A1 befaßt sich mit der Kühlung von Kolben eines Verbrennungsmotors. Hier ist ein Aufteilungsventil vorgesehen, welches einen Teil des Ölstroms aus der Hauptölleitung zu einem Ölkonditionierer strömend aufteilt.
Die US 2005/120982 A1 offenbart ein Ölverteilungssystem eines Verbrennungsmotors, mit einer Pumpe, einer Ölwanne und einer elektrischen Steuereinheit um die Versorgung der Hauptölleitung mit Öl aus der Ölwanne über einen Ölkreislauf zu bewirken. Der Ölkreislauf weist eine Kolbenkühlvorrichtung auf. Die Kolbenkühlvorrichtung hat eine Kolbenspritzdüse und eine separate Ölleitung, die mit dem Ölkreislauf in Verbindung steht. Mittels eines Steuerventils wird der Ölfluß in der separaten Ölleitung in Übereinstimmung mit den Kühlanforderungen des Kolbens gesteuert.
Die Zusammenfassung der JP 2005/273572 A offenbart ebenfalls eine Kolbenkühlvorrichtung. Um ein Klopfen des Verbrennungsmotors zu vermeiden, wird die eingespritzte Ölmenge bezüglich des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors verändert bzw. erhöht.
In Verbrennungsmotoren werden Ölspritzdüsen in der Regel zur Kühlung der Kolben eingesetzt. Neben dem Nutzeffekt der Kühlung sind weitere positive Eigenschaften denkbar wie z. B. eine schnellere Aufheizung des Öles nach dem Kaltstart, welche in einem geringeren Kraftstoffverbrauch resultiert, sowie die deutliche Reduzierung der Klopfneigung bei Ottomotoren. Neben diesen positiven Effekten von Ölspritzdüsen führt deren Einsatz unter Umständen aber auch zu Nachteilen. So kann z. B. der geringere Öldruck bei aktiven Spritzdüsen zu verringerten Stellgeschwindigkeiten öldruckbetriebener Aktuatoren, wie z. B. Nockenwellenstellern führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Strategie zur Steuerung der Ölspritzdüsen zur Verfügung zu stellen, welche die Ölspritzdüsen nur dann aktiviert, wenn ein Nutzeffekt erzielt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Strategie zur Steuerung der Ölspritzdüsen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Aktivierung der Ölspritzdüsen druckgesteuert mittels federbelasteter Ventile erfolgen kann. Mittels der erfindungsgemäßen Strategie dagegen, wird eine kennfeldgesteuerte Betätigung schaltbarer Ölspritzdüsen zur Verfügung gestellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
1 eine vollständige Strategie zur Steuerung der Ölspritzdüsen, und
2–6 Teilausschnitte der vollständigen Strategie aus 1.
1 zeigt die vollständige Strategie 1 zur kennfeldgesteuerten Steuerung bzw. Aktivierung der Ölspritzdüsen bzw. Düsen. Die Strategie 1 zur Aktivierung der Ölspritzdüsen bzw. Düsen ist modular aufgebaut, d. h. eine Reihe von Bedingungen wird mit einer logischen 'und'-Verknüpfung 2 abgefragt. Erst wenn alle Bedingungen erfüllt sind (logisch '1') werden die Ölspritzdüsen aktiviert.
Der logische Wert '1' der Ausgabevariablen 3 („oil jets active”) beschreibt die Aktivierung der Ölspritzdüsen. Wenn mindestens eine Randbedingung am Eingang der 'und' Verknüpfung 2 nicht erfüllt (logisch '0') ist, wird der Ausgang 3 ebenfalls logisch '0' und damit eine Aktivierung der Düsen unterbunden.
Im Folgenden werden nun die einzelnen Parameter beschrieben, die eine Auswirkung auf die Betätigung der Spritzdüsen haben:
Zunächst wird, wie in 2 (Sicherstellen eines minimalen Öldruckes zum Motorschutz) mittels des Vergleichsblocks 5 dargestellt, in einer ersten Bedingung verifiziert, dass der aktuelle Öldruck 4 (Input 1, 'measured or modeled oil pressure') einen kalibrierbaren Schwellwert 6 (poil_min) überschreitet. Diese Abfrage ist erforderlich damit unter allen Betriebsbedingungen ein minimaler Öldruck zum Bauteilschutz sichergestellt ist.
Als Eingangsgröße für diese Abfrage wird vorzugsweise der vom Öldrucksensor gemessene Öldruck verwendet werden. Mittels einer geeigneten, nicht dargestellten Logik kann ein Ausfall des Sensors sicher erkannt werden, so dass in diesem Falle über die Weitergabe eines geringen Druckwertes ein Einschalten der Öldüsen verhindert werden kann. Alternativ zu einem gemessenen Öldruck ist jedoch auch ein modellierter Wert als Eingangssignal für diese Abfrage denkbar. In diesem Falle kann der berechnete Wert jedoch in einer vorgeschalteten Logik mit dem Öldrucksensor oder -schalter derart überwacht und verknüpft sein, dass ein zu geringer Öldruck sicher zu einer Deaktivierung der Spritzdüsen führt.
Als unterer Grenzwert für den Öldruck, bei dem die Ölspritzventile eingeschaltet bzw. aktiviert werden können, wird der in 2 gezeigte Schwellwert 6 (poil_min) genutzt. Neben dem dargestellten fixen Schwellwert ist an dessen Stelle ebenfalls ein Kennfeld denkbar, um z. B. bei turboaufgeladenen Motoren den Grenzwert für die Aktivierung der Öldüsen in Abhängigkeit von Last und Drehzahl beeinflussen zu können.
Während Motorstart und Hochlauf sollten die Ölspritzdüsen bevorzugt abgeschaltet sein, damit der Aufbau des Öldruckes möglichst rasch erfolgt. Darüber hinaus wird mit deaktivierten Ventilen eine übermäßige Anlagerung des Öles an die Zylinderlaufbahnen vermieden, was sich günstig auf die Kaltstartemissionen auswirkt. 3 (Abschalten der Ölspritzdüsen bei Start oder Hochlauf des Verbrennungsmotors) zeigt diesen Teil der Strategie. Gängige Motorsteuerungen weisen die Start- und Hochlaufphase durch Setzen eines entsprechenden 'Flags' aus. Dieses Flag wird in der hier vorgestellten Strategie am Eingang 7 (crank or run up mode) ausgewertet.
Nachdem der Motorstart abgeschlossen ist, wird der Wert am Eingang 7 (crank or run up mode) auf '0' gesetzt. Die anschließende Negierung 8 führt dazu, dass diese zweite Bedingung eine Aktivierung der Ölspritzdüsen ermöglicht.
Basierend auf ein hinterlegtes Kennfeld 9 (Lookup Table (2-D)) können nun die Ölspritzdüsen, abhängig von Drehzahl 11 (eng speed) und Last 12 (eng load) aktiviert werden (4, (Last- und Drehzahlabhängigkeit der Ventilsteuerung bzw. der Aktivierung der Ölspritzdüsen)). Hiermit kann der Bereich erfaßt werden, in dem ein Einschalten der Düsen die Klopfneigung des Motors positiv beeinflußt.
Der Vergleich eines kalibrierbaren Grenzwertes 13 für die Öltemperatur (T_oil_limit) mit der aktuellen, gemessenen oder mittels eines Modells in der Motorsteuerung berechneten Öltemperatur 14 (measured or modeled oil temp) in dem Vergleichsblock 16 ermöglicht über eine Anbindung des in dem Kennfeld 9 erzeugten Ausgangssignals 15 mittels der in 5 (Schaltung der Ölspritzdüsen zum schnellen Aufheizen des Öles) dargestellten 'oder-Verknüpfung' 17 ein Einschalten der Düsen zum schnelleren Aufheizen des Öles unabhängig von Motorlast und -drehzahl während die Öltemperatur 14 als dritte Bedingung unter dem kalibrierten Schwellwert 13 liegt.
Bei eingeschalteten Ölspritzdüsen führt der Ölvolumenstrom der Düsen unter Umständen zu Problemen bei anderen Ölverbrauchern. Konstruktiv kann dieses Problem durch den Einbau einer größeren Ölpumpe behoben werden. Das führt jedoch in weiten Kennfeldbereichen zu einer überdimensionierten Ölpumpe und hat damit negative Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch.
Beispielhaft sei im Folgenden anhand von Nockenwellenverstellern (VCT) dargestellt, wie eine geeignete Strategie für die Ansteuerung der Ölspritzdüsen den Einsatz einer vergrößerten Ölpumpe vermeiden kann:
Nockenwellensteller benötigen zum schnellen Einstellen der gewünschten Steuerzeiten einen ausreichenden Öldruck. Ein schnelles Verfahren der VCTs ist insbesondere dann wichtig, wenn der erforderliche Verfahrweg der VCTs groß ist. So erfordert z. B. der Sprung von einer Leerlauf- oder Teillaststellung hin zu einer Volllastposition der VCTs eine hohe Dynamik bei großen Verstellwinkeln.
Der in 6 (Deaktivierung der Ölspritzdüsen bei hohen VCT Verstellanforderungen) vorgestellte Teil der Strategie sieht daher vor, dass die Ölspritzdüsen abgeschaltet werden können, wenn in einer vierten Bedingung verifiziert wird, dass der erforderliche Verstellweg der VCTs einen kalibrierbaren Schwellwert 18 (VCT_shift_trs) überschreitet. Hierzu werden die aktuellen Positionen der Einlaß- und Auslaßsteller 19 und 21 (19, intake VCT actual; 21, exhaust VCT actual) von den Zielwerten für die Nockenwellenpositionen 22 und 23 (22 intake VCT desired; 23, exhaust VCT desired) subtrahiert (Subtraktionsblöcke 24 bzw. 26), um Abweichungen zwischen den jeweiligen Soll- und Istwerten zu erhalten. Die Abweichungen werden in jeweiligen Vergleichsblöcken 27 bzw. 28 mit dem Grenzwert bzw. Schwellwert 18 (VCT_shift_trs) verglichen. Die Ergebnisse aus den Vergleichsblöcken 27 und 28 werden in einer Und-Verknüpfung 29 mit einander verbunden, wobei ein in der Und-Verknüpfung 29 erzeugtes Ausgangssignal als logisch „0” oder logisch „1” der Und-Logik 2 zugeführt wird. Die Ölspritzdüsen werden also erst dann aktiviert, wenn auch die vierte Bedingung erfüllt ist.
Der Einfachheit halber erfolgt in der Darstellung in 6 der Vergleich der angeforderten Verstellwinkel mit dem Schwellwert 18 unabhängig von der Nockenwellenverstellung. Hier ist eine Erweiterung der Strategie möglich um unterschiedliche Grenzwerte für die Deaktivierung der Spritzdüsen für Einlaß- und Auslaßnockenwelle darzustellen. Außerdem kann bei Bedarf die Strategie dahingehend erweitert werden, dass ein unterschiedlicher Schwellwert berücksichtigt wird wenn beide Nockenwellen gleichzeitig verfahren werden müssen.
Eine ähnliche Abfrage zur Deaktivierung der Ölspritzdüsen ist ebenfalls denkbar wenn andere Ölverbraucher (z. B. Schmierung des Turboladers o. Ä.) kurzfristig einen höheren Öldruck erfordern. Sinnvollerweise werden weitere Anforderungen die die Aktivierung der Ölspritzdüsen beeinflussen als separate Logikbausteine mit an die Und-Logik 2 angehängt, so dass der modulare Aufbau der Strategie und damit die Übersichtlichkeit erhalten bleiben.

Claims

Strategie zur Steuerung von Ölspritzdüsen eines Verbrennungsmotors, umfassend das Abfragen einer ersten Bedingung, mit der verifiziert wird, ob ein aktueller Öldruck (4) einen kalibrierbaren Öldruckschwellwert (6) überschreitet, und das Abfragen einer zweiten Bedingung, mit der verifiziert wird, ob eine Start- und Hochlaufphase des Verbrennungsmotors abgeschlossen ist, wobei diese zweite Bedingung negiert wird, und das Abfragen einer dritten Bedingung, mit der verifiziert wird, ob eine aktuelle Öltemperatur (14) unter einem kalibrierbaren Öltemperaturschwellenwert (16) liegt, das Abfragen einer vierten Bedingung, mit der verifiziert wird, ob ein erforderlicher Stellweg von Nockenwellenverstellern einen kalibrierbaren Schwellwert (18) unterschreitet, und Verknüpfen der Bedingungen in einer Und-Logik (2).
Strategie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als aktueller Öldruckwert (4) ein von einem Öldrucksensor gemessener Öldruck oder ein modellierter Öldruckwert in die erste Bedingung einfließt.
Strategie nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Ölspritzdüsen basierend auf einem hinterlegten Kennfeld (9) abhängig von der Drehzahl (11) und Last (12) aktiviert werden, wobei eine Anbindung eines in dem Kennfeld (9) erzeugten Ausgangssignals (15) über eine Oderverknüpfung (17) mit der dritten Bedingung erfolgt.
Strategie nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass aktuelle Positionen von Einlaß- und Auslaßstellern (19, 21) von Zielwerten für die Nockenwellenpositionen (22, 23) subtrahiert werden, so dass Abweichungen zwischen dem jeweiligen Soll- und Istwert (19, 22; 21, 23) erzielt werden, die mit dem Schwellwert (18) in Vergleichsblöcken (27, 28) verglichen werden, wobei die Ergebnisse in einer Und-Verknüpfung (29) mit einander verbunden werden, wobei ein in der Und-Verknüpfung (29) erzeugtes Ausgangssignal (31) einer Und-Logik (2) zugeführt und mit den drei Bedingungen verknüpft wird, so dass die Ölspritzdüsen erst aktiviert werden, wenn alle vier Bedingungen erfüllt sind.