DE102012207517A1

DE102012207517A1 - Steuereinheit für eine vollvariable hydraulische Ventilsteuervorrichtung von Gaswechselventilen an Hubkolbenbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102012207517A1
Application number: DE102012207517A
Authority: DE
Inventors: Piergiacomo Traversa; Christian Harlacher
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2013-11-07
Also published as: WO2013167292A1

Abstract

Steuereinheit für eine vollvariable hydraulische Ventilsteuervorrichtung von Gaswechselventilen an Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit zumindest einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, auf einer Nockenwelle angeordneten Nocken, der mit einer hydraulischen Gebereinheit zur Druckerzeugung in Wirkverbindung steht, mit zumindest einer hydraulischen Nehmereinheit, die mit zumindest einem Gaswechselventil in Verbindung steht, mit zumindest einem elektrischen, von der Steuereinheit beherrschten hydraulischen Schaltventil, wobei die Steuereinheit beim Betrieb nach dem Hochlaufen der Hubkolbenbrennkraftmaschine eine selektive, der Hubbewegung der Gaswechselventile zugeordnete Ansteuerung des oder der Schaltventile vornimmt und mit zumindest einem Druckraum, der mit der Gebereinheit, der Nehmereinheit und dem Schaltventil in Wirkverbindung steht, wobei die Steuereinheit das zumindest eine Schaltventil so ansteuert, dass während der Hochlauf- und/oder Startphase der Hubkolbenbrennkraftmaschine das Öffnen und Schließen des zumindest einen Gaswechselventils an festen Winkelpositionen erfolgt, die innerhalb des maximalen Hubs des/der Gaswechselventile auf Basis der vollen Nockenerhebungskurve (4) liegen.

Description

Gebiet der Erfindung
Steuereinheit für eine vollvariable hydraulische Ventilsteuervorrichtung von Gaswechselventilen an Hubkolbenbrennkraftmaschinen,
mit zumindest einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, auf einer Nockenwelle angeordneten Nocken, der mit einer hydraulischen Gebereinheit zur Druckerzeugung in Wirkverbindung steht,
mit zumindest einer hydraulischen Nehmereinheit, die mit zumindest einem Gaswechselventil in Verbindung steht,
mit zumindest einem elektrischen, von der Steuereinheit beherrschten hydraulischen Schaltventil, wobei die Steuereinheit beim Betrieb nach dem Hochlaufen der Hubkolbenbrennkraftmaschine eine selektive, der Hubbewegung der Gaswechselventile zugeordnete Ansteuerung des oder der Schaltventile vornimmt und
mit zumindest einem Druckraum, der mit der Gebereinheit, der Nehmereinheit und dem Schaltventil in Wirkverbindung steht.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige vollvariable hydraulische Ventilsteuervorrichtung für Gaswechselventile ist aus der DE- 10 2009 011 983 A1 bekannt. Bei dieser Ventilsteuervorrichtung erfolgt die Ansteuerung der Schaltventile während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine selektiv, der Hubbewegung der Gaswechselventile zugeordnet (auch zylinderselektiv), wobei der maximale Hub der Gaswechselventile dann gegeben ist, wenn das Schaltventil den Druckraum bereits geschlossen hat, wenn die Gebereinheit, die als Pumpenkolben ausgebildet ist, den vollständigen Hub ggf. auch mit einer den vollständigen Hub ggf. auch mit einer Vornockenerhebung des Nockens überträgt.
Durch entsprechende Ansteuerung der Schaltventile und Absteuerung des Volumens im Druckraum können beliebige Erhebungen der Gaswechselventile und variable Zeiten innerhalb des maximalen Hubs gesteuert werden.
Es wurde bereits vorgeschlagen, aber nicht veröffentlicht, während der Hochlauf- und/oder der Startphase der Hubkolbenbrennkraftmaschine die Steuerventile nach Bewegungserkennung des Starts der Hubkolbenbrennkraftmaschine an der Kurbelwelle direkt anzusteuern, so dass der maximale Hub des Nockens ggf. mit der Vornockenerhebung vollständig auf das entsprechende Gaswechselventil übertragen wird. Diese direkte Ansteuerung soll sowohl beim Kaltstart als auch im Start-/Stoppmodus erfolgen.
Durch diese direkte Ansteuerung und Übertragung des vollen Hubs des Nockens kommt ggf. auch der Vornocken für die Abgasrückführung zum Einsatz und bewirkt dadurch das Ansaugen von Restgas aus dem Abgastrakt der Hubkolbenbrennkraftmaschine. Dadurch verschlechtert sich das zündfähige Gemisch im Zylinder, was eine Verschlechterung der Verbrennung und damit ein unsauberes und längeres Startverhalten zur Folge hat. Vor allem auch im Stopp-/Startbetrieb, wenn noch heißes Abgas im Abgastrakt vorhanden ist und die Brennkraftmaschine nach einem kurzen Stopp wieder gestartet wird, führt diese direkte Ansteuerung zu einer Verschlechterung der Startfähigkeit.
Auch beim sogenannten Kaltstart ist ein zu frühes und zu langes Öffnen der Gaswechselventile und eine damit einhergehende Hubüberschneidung nicht erwünscht, da dadurch die Zylinderfüllung mit Frischluft nicht konkret für jeden Arbeitshub und jeden Start eingestellt werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Gaswechselventile an Hubkolbenbrennkraftmaschinen derart anzusteuern, dass ein gutes Startverhalten mit kurzer Start- und Hochlaufphase gegeben ist. Dies soll auch bei einer Nockenkonfiguration erreicht werden, bei der Vornocken zur Auslösung einer Abgasrückführung vorgesehen sind. Die Vorgaben sollen mit einfachen kostengünstigen Mitteln erreicht werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Steuereinheit das zumindest eine Schaltventil so ansteuert, dass während der Hochlauf- und/oder Startphase der Hubkolbenbrennkraftmaschine das Öffnen und Schließen des zumindest einen Gaswechselventils an festen Winkelpositionen erfolgt, die innerhalb der maximalen Hubs des/der Gaswechselventile auf Basis des vollen Nockenhubverlaufs liegen.
Dies bedeutet, dass erfindungsgemäß bei der Bewegungserkennung der Hubkolbenbrennkraftmaschine an der Kurbelwelle eine strategische Ansteuerung der Gaswechselventile zur dedizierten Füllung des Brennraums der Zylinder der Hubkolbenbrennkraftmaschine erfolgt.
Diese strategische Ansteuerung resultiert in einem definierten Gaswechselventilöffnungs- und -schließzeitpunkt und verhindert somit eine unerwünschte Zylinderfüllung sowohl von Frischgas als auch von Abgas.
Durch diese erfindungsgemäße Ansteuerung der Schaltventile der vollvariablen hydraulischen Ventilsteuervorrichtung wird eine verbesserte Gemischbildung und Zylinderfüllung erreicht und somit ein verbessertes Start- und Hochlaufverhalten mit verkürzter Start- und Hochlaufdauer gewährleistet.
Die Steuereinheit gemäß der Erfindung kann sowohl bei Ein- als auch Auslassventilen und dies in ein- oder mehrventiliger Ausführung zur Anwendung kommen.
Die Nockenwelle kann ohne oder mit Nockenwellenversteller, also Nockenwellendrehverstellung zur Anwendung kommen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Ansteuerung des/der Schaltventile und damit der Winkelpositionen des Öffnen und Schließens der Gaswechselventile in Abhängigkeit der Temperatur der Hubkolbenbrennkraftmaschine oder des hydraulischen Übertragungsmediums beim Start der Hubkolbenbrennkraftmaschine erfolgt.
Dadurch kann das Start- und Hochlaufverhalten der Hubkolbenbrennkraftmaschine der Temperatur derselben oder der Temperatur des hydraulischen Übertragungsmediums angepasst werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Ansteuerung des/der Schaltventile und damit der Winkelpositionen des Öffnen und Schließens der Gaswechselventile in Abhängigkeit der Viskosität des hydraulischen Übertragungsmediums erfolgt. Dies kann dann bedeutsam sein, wenn die Viskosität sich nicht linear zur Temperatur verhält und damit eine Modifizierung der Ansteuerung aufgrund der Viskosität von Bedeutung ist.
Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Ansteuerung des/der Schaltventile und damit der Winkelpositionen des Öffnen und Schließens der Gaswechselventile in Abhängigkeit des hydraulischen Drucks, insbesondere des Versorgungsdrucks erfolgt, mit dem die Hubkolbenbrennkraftmaschine das Medium, insbesondere Öl anliefert. Dadurch kann z. B. der Zeitpunkt zu dem der Versorgungsdruck ansteht, detektiert und verwertet werden. Dies ist insbesondere in Verbindung mit dem Start- und Hochlaufvorgang der Brennkraftmaschine wichtig. Sobald der Versorgungsdruck ansteht, ist auch das Verhalten des Ventiltriebs unterschiedlich, da dann eine andere Ansteuerung zweckmäßig ist, um z. B. eine schlagartige Huberhöhung der Gaswechselventile durch zusätzliches Ölvolumen und höheren Druck auszugleichen.
Bei einer Einrichtung zum Ansteuerung einer vollvariablen hydraulischen Ventilsteuervorrichtung für Gaswechselventile an Hubkolbenbrennkraftmaschinen, bei der der/die Nocken einen Vornocken zur Auslösung einer Abgasrückführung aufweisen, wird vorgeschlagen, dass die Ansteuerung des/der Schaltventile so erfolgt, dass die Winkelpositionen des Öffnen und Schließens der Gaswechselventile außerhalb der Vornockenerhebung aber innerhalb der Hauptnockenerhebung liegen. Dadurch wird erreicht, dass während der Hochlauf- und/oder Startphase kein Restgas aus dem Abgastrakt angesaugt werden kann, so dass dadurch eine Gemischverschlechterung vermieden wird.
Es sei noch darauf hingewiesen, dass die elektronische Steuereinheit beim Start bzw. Hochlaufen der Hubkolbenbrennkraftmaschine auch mit einer verkürzten rudimentären Berechnungskette benutzt werden kann, so dass eine Variante mit zusätzlichen zeitlichen Vorteilen für eine Berechnung der gewünschten Winkelpositionen erreicht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1: ein Diagramm mit den Zusammenhängen von elektrischem Stromsignal, Verlauf des Druckes im hydraulischen Druckraum und der resultierenden Erhebung eines Gaswechselventils,
2 ein Diagramm mit einer Erhebungskurve eines Nockens mit Vornocken und einer resultierenden gesteuerten Ventilerhebungskurve eines Gaswechselventils und
3 ein Diagramm mit Ansteuerung der Schaltventile mit sofortiger Dauer-Beaufschlagung des/der Schaltventile gemäß dem internen Vorschlag und mit einer definierten Ansteuerung der Schaltventile gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 bis 3 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 der Verlauf eines elektrischen Stromes bezeichnet, der von einer nicht dargestellten elektronischen Steuereinheit an einem ebenfalls nicht dargestellten Schaltventil initiiert wird.
In 1 ist zusätzlich zu dem Stromverlauf 1 mittels einer punktierten Linie der resultierende Druckverlauf 2 im Druckraum der hydraulischen Ventilsteuervorrichtung und mit 3 die vom Druckverlauf 2 erzeugte Ventilerhebungskurve bezeichnet.
2 zeigt eine mit 4 bezeichnete Nockenerhebungskurve mit einem Vornocken 6, wie sie Basis für eine nicht dargestellte hydraulische Gebereinheit ist. Mittels einer durch Dreiecke markierten Linie ist die Ventilerhebungskurve 3 bezeichnet, die innerhalb der maximal möglichen Ventilerhebungskurve liegt, die ihrerseits praktisch gleich der Nockenerhebungskurve 4 sein kann.
Bei der intern bekannten Ansteuerung entspricht die Ventilerhebungskurve praktisch der Nockenerhebungskurve, weil die Steuereinheit das Schaltventil während der Hochlauf- und/oder Startphase der Hubkolbenbrennkraftmaschine so langanhaltend und dauerhaft ansteuert, dass das Schaltventil längerfristig geschlossen ist und der von der Gebereinheit erzeugte Druck sich voll auf die Ventilerhebung auswirkt.
Bei der erfindungsgemäßen Ansteuerung der Schaltventile durch die elektronische Steuereinheit, wird nach Erkennen der Drehbewegung der Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine das Schaltventil nur so lange angesteuert, dass der Druckverlauf 2 und damit die Ventilerhebungskurve 3 eindeutig innerhalb der Nockenerhebungskurve 4 liegen, sodass z.B. der Vornocken 6 nicht wirksam wird.
In 3 ist der Verlauf des elektrischen Stromes 1 in der unteren Hälfte des Diagramms dargestellt. Nach Bewegungserkennung an der Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine wird gemäß der intern bekannten Ansteuerung von der elektronischen Steuereinheit am Schaltventil ein mit 1a bezeichneter Strom initiiert, der über eine Zeit von 1,2 bis mehr als 1,5 Sekunden ansteht. Daraus folgt ein mit 2 bezeichneter, in der oberen Hälfte des Diagramms dargestellter Druckverlauf, der der vollen Nockenerhebungskurve entspricht, so dass daraus ein maximaler Hub des/der Gaswechselventile erzeugt wird. Entsprechend der erfindungsgemäßen Ansteuerung der Schaltventile durch die elektronische Steuereinheit wird nach Erkennen der Drehbewegung der Kurbelwelle der Hubkolbenbrennkraftmaschine ein Strom 1 initiiert wird, der aber nur eine Zeit von 1,2 bis etwas mehr als 1,3 Sekunden ansteht. Daraus folgt ein Druckanstieg 5, der nur ein kurzes Öffnen eines Gaswechselventils zur Folge hat. Danach wird der Strom abgeschaltet und es erfolgt eine erneute Bestromung des Schaltventils passend zur vorgesehenen Hubbewegung der Gaswechselventile (zylinderselektiv) von ca. 1,4 bis etwa 1,55 Sekunden, wodurch ein Druckanstieg 5a initiiert wird, der einen längeren Öffnungshub des Gaswechselventils z. B. gemäß der Ventilerhebungskurve 3 in 2 zur Folge hat, ohne Übertragung eines Druckanstiegs aufgrund des Vornockens 6.
Bezugszeichenliste

1: elektrisches Stromsignal der Ansteuerung des Hydraulikventils (schematisch)
1a: elektrisches Stromsignal der Ansteuerung des Hydraulikventils (schematisch)
2: resultierender hydraulischer Druckverlauf im Hydraulikraum
3: Ventilerhebungskurve der resultierenden Ventilerhebung des Motorventils
4: Nockenerhebungskurve
5: Druckanstieg
5a: Druckanstieg
6: Vornocken

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009011983 A1 [0002]

Claims

Steuereinheit für eine vollvariable hydraulische Ventilsteuervorrichtung von Gaswechselventilen an Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit zumindest einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, auf einer Nockenwelle angeordneten Nocken, der mit einer hydraulischen Gebereinheit zur Druckerzeugung in Wirkverbindung steht, mit zumindest einer hydraulischen Nehmereinheit, die mit zumindest einem Gaswechselventil in Verbindung steht, mit zumindest einem elektrischen, von der Steuereinheit beherrschten hydraulischen Schaltventil, wobei die Steuereinheit beim Betrieb nach dem Hochlaufen der Hubkolbenbrennkraftmaschine eine selektive, der Hubbewegung der Gaswechselventile zugeordnete Ansteuerung des oder der Schaltventile vornimmt und mit zumindest einem Druckraum, der mit der Gebereinheit, der Nehmereinheit und dem Schaltventil in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit das zumindest eine Schaltventil so ansteuert, dass während der Hochlauf- und/oder Startphase der Hubkolbenbrennkraftmaschine das Öffnen und Schließen des zumindest einen Gaswechselventils entsprechend einer Ventilerhebungskurve (3) erfolgt, die innerhalb des maximalen Hubs des/der Gaswechselventile auf Basis der vollen Nockenerhebungskurve (4) liegt.
Steuereinheit für eine vollvariable hydraulische Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des/der Schaltventile und damit der Verlauf der Ventilerhebungskurve (3) der Gaswechselventile in Abhängigkeit der Temperatur der Hubkolbenbrennkraftmaschine oder des hydraulischen Übertragungsmediums beim Start der Hubkolbenbrennkraftmaschine erfolgt.
Steuereinheit für eine vollvariable hydraulische Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des/der Schaltventile und damit der Verlauf der Ventilerhebungskurve (3) der Gaswechselventile in Abhängigkeit der Viskosität des hydraulischen Übertragungsmediums erfolgt.
Steuereinheit für eine vollvariable hydraulische Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des/der Schaltventile und damit der Verlauf der Ventilerhebungskurve (3) der Gaswechselventile in Abhängigkeit des Drucks des hydraulischen Übertragungsmediums und/oder des Versorgungsdrucks der Hubkolbenbrennkraftmaschine erfolgt.
Steuereinheit für eine vollvariable hydraulische Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des/der Schaltventile und damit der Verlauf der Ventilerhebungskurve (3) der Gaswechselventile beim Start bzw. Hochlaufen der Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer verkürzten rudimentären Berechnungskette erfolgt.
Steuereinheit für eine vollvariable hydraulische Ventilsteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest einer der Nocken einen Vornocken zur Auslösung einer Abgasrückführung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des/der Schaltventile so erfolgt, dass die Ventilerhebungskurve (3) der Gaswechselventile innerhalb der Nockenerhebungskurve (4) einschließlich der Erhebung eines Vornockens (6) liegt.