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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Gehalts an Luft in einem Druckmittel eines elektrohydraulischen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit einem elektrisch schaltbaren Hydraulikventil, sowie einem Steuergerät zur Steuerung des Hydraulikventils.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektrohydraulische Ventiltriebe werden in Brennkraftmaschinen zum variabel steuerbaren Betrieb von Gaswechselventilen eingesetzt. Aus der
WO2011/069836 A1 ist beispielsweise ein elektrohydraulischer Ventiltrieb bekannt, bei dem ein erster von dem Steuernocken angetriebener Hydraulikkolben und ein zweiter, das Gaswechselventil antreibender Hydraulikkolben einen Druckraum begrenzen, der mittels eines Hydraulikventils dicht verschlossen oder in einen Druckentlastungsraum mündend geschaltet werden kann. Alternativ kann der Druckaufbau auch ohne Steuernocken durch eine Pumpe erfolgen die den erforderlichen Systemdruck zum Betätigen der Gaswechselventile erzeugt. Das Druckmittel wird hierbei von einer Druckversorgung der Brennkraftmaschine bereitgestellt und ist aus dem Öl des Schmiermittelkreislaufs gebildet oder das Öl hat einen Schmiermittelkreislaufs gebildet oder das Öl hat einen separaten von dem Motoröl getrennten Kreislauf.
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Das Druckmittel wie Öl kann hierbei einen variierenden Gehalt an Luft aufweisen, der durch Lufteintrag, beispielsweise in gelöstem Zustand oder als Schaum bei niedrigem Ölstand oder bei zu hohem Ölstand durch Planschen der Kurbelwelle erzeugt wird. Zu hohe Gehalte an Luft können hierbei insbesondere im Druckraum des Ventiltriebs aufgrund der wechselnden Drücke und der damit verbundenen mangelnden Steifigkeit des Druckmittels, Kavitäten und dergleichen zu schlecht reproduzierbaren Hüben, Ansprechzeiten und dergleichen des Gaswechselventils führen.
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Aus der
US 6 758 187 B2 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Luftgehalts von Öl in einem Schmiermittelkreislauf bekannt, bei dem anhand der Motordrehzahl, der Öltemperatur und der Belastung der Brennkraftmaschine der Gehalt an Luft im Öl abgeschätzt wird. Hierbei werden Eigenschaften des Öls, beispielsweise dessen Spezifikation, Verschmutzung, Alter und dergleichen nicht berücksichtigt.
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Aus der
EP 1 561 916 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Luftgehalts in Öl anhand einer Analyse des Frequenzspektrums des Ausgangssignals eines Öldrucksensors bekannt. Hierzu muss die Brennkraftmaschine mit einem speziellen zusätzlich zu einem oder anstatt eines üblicherweise vorhandenen Öldruckschalters eingesetzten Öldrucksensor versehen werden, der die Herstellung, den Betrieb und die Wartung der Brennkraftmaschine aufwendiger macht und verteuert.
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Aus der
DE 10 2005 029 824 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung des Luftgehalts in Öl bekannt, bei dem die Öldichte, die Luftdichte, die Öltemperatur und der Öldruck erfasst und ausgewertet werden. Hierzu muss die Brennkraftmaschine mit speziellen Sensoren des Öldrucks, der Öldichte und der Luftdichte versehen werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren vorzuschlagen, welches ohne zusätzliche Bauteile eine Ermittlung eines Gehalts an Luft in einem Druckmittel einer Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischem Ventiltrieb ermöglicht.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die diesem untergeordneten Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder. In einem vorteilhaften Verfahren zur Ermittlung eines Gehalts an Luft in einem Druckmittel eines elektrohydraulischen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine mit einem elektrisch schaltbaren Hydraulikventil, welches beispielsweise den Zufluss des Druckmittels zur Betätigung des Gaswechselventils steuert sowie einem Steuergerät zur Steuerung des Hydraulikventils, kann das Vorhandensein von Luft im Druckmittel mittels Echtzeitverfahrens ermittelt, beziehungsweise das Vorliegen eines über einer vorgegebenen Größe liegenden Gehalts erkannt werden, indem die Schaltzeiten des Hydraulikventils ausgewertet werden. Neben der bevorzugten Verwendung eines derart bestimmten Gehalts an Luft zur Beurteilung der Qualität des Ventiltriebs und der Durchführung von Hüben eines Gaswechselventils mit diesem kann der Gehalt der Luft in dem Druckmittel wie Öl eines Schmiermittelkreislaufs der Brennkraftmaschine zum Schutz der Brennkraftmaschine selbst, beispielsweise deren Schmierstellen an Kolbenlaufbahnen, Lager und dergleichen bei zu hohem Luftgehalt, zur Information eines Fahrers, damit dieser gegebenenfalls den Füllstand und/oder die Qualität des Öls wie Motoröls der Brennkraftmaschine überprüft oder überprüfen lässt, und/oder dergleichen dienen.
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Betreffend eine Überwachung des Ventiltriebs kann der Gehalt an Luft beispielsweise in Form einer Rückmeldung an ein Diagnosesystem des elektrohydraulischen Ventiltriebs dienen, um beispielsweise Fehlermeldungen zu vermeiden, die eine Fehlfunktion des Ventiltriebs ausgeben, obwohl dieser lediglich auf den Luftgehalt des Druckmittels rückführbar ist. Weiterhin kann beispielsweise eine von dem Luftgehalt abhängige Rückmeldung an die Steuerung der Brennkraftmaschine erfolgen, um beispielsweise durch den Luftgehalt erzeugte Fehlfunktionen des Ventiltriebs und die damit verbundene Fehlbedienung der Gaswechselventile zu kompensieren.
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Weiterhin kann dem Echtzeitmodell ein Prädiktionsmodell zugeordnet sein, welches aufgrund von vorhandenen Größen der Brennkraftmaschine und Eigenschaften des Druckmittels einen prädizierenden wie vorausschauenden Gehalt an Luft im Druckmittel ausgibt. Als dem Prädiktionsmodell zugrunde liegende Größen der Brennkraftmaschine können deren Kenndaten wie Arbeitsprinzip, Verdichtung, Anzahl und Form der Zylinder, Drehkennwerte der Kurbelwelle wie Drehzahl, Drehzahlgradienten und dergleichen, Temperatur, Ölführungsgeometrie, Motorkennfelder, Last, Laufleistung, Betriebsprogramm, Betriebszeit seit dem letzten Start und dergleichen vorgesehen sein.
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Als dem Druckmittel zugrunde liegende, den Luftgehalt maßgeblich bestimmende Größen können die Ölspezifikation, die Öltemperatur, die Ölviskosität, der Ölstand, bekannte Additive, dessen beispielsweise abhängig von Betriebsdaten der Brennkraftmaschine und den Außenbedingungen kumulierte Betriebszeit beziehungsweise ein daraus abgeleiteter Alterungsgrad und/oder dergleichen verwendet werden.
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Insbesondere die Drehkennwerte können hierbei als Größe vorteilhaft sein, da bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine der Ölfluss durch die Brennkraftmaschine und der Bypass durch die Ölpumpe hoch ist und daher eine Sättigung des Öls mit Luft gesteigert ist. Weiterhin ist der Ölstand eine bevorzugte Größe zur Verwendung im Prädiktionsmodell, da bei hohen Ölständen gegebenenfalls durch Planschvorgänge der Kurbelwelle und bei geringen Ölständen an der Ölpumpe Schaum entstehen kann. Weiterhin hängt der Luftgehalt des Druckmittels gemäß dem Henry-Dalton-Gesetz von dessen Außendruck ab. Der Luftgehalt nimmt mit dem Systemdruck zu, so dass dieser eine weitere relevante Größe darstellen kann. Durch die Auswertung dieser Größen kann ein Gehalt an Luft vorausschauend abgeschätzt werden.
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Das Echtzeitmodell erfasst anhand der elektrischen Schaltzeiten des Hydraulikventils das Eintreten von hohen Luftgehalten und die Beendigung dieser in Echtzeit. In besonders vorteilhafter Weise wird hierbei der Kolben (plunger, pusher) eines einen Schließkörper des Hydraulikventils betätigenden Elektromagneten als Sensor verwendet. Hierbei wird eine Beziehung des Gehalts an Luft im Druckmittel mit den Schaltvorgängen dieses Kolbens, besonders vorteilhaft während dessen Ausschaltzeiten, bei denen das Hydraulikventil geschlossen wird, hergestellt. Wenn lufthaltiges Druckmittel in dem Hydraulikventil vorhanden ist, wird der Kolben schneller verlagert, weil dieser in dem angereicherten Druckmittel weniger Reibung aufweist beziehungsweise vom Druckmittel weniger bedämpft wird. Infolge dessen wird abhängig vom Gehalt an Luft die Betätigungsgeschwindigkeit in einer auswertbaren Form beeinflusst. Übersteigt beispielsweise der Luftgehalt einen vorgegebenen Schwellwert, kann eine Ausschaltzeit infolge der beschleunigten Verlagerung des Kolbens nicht mehr vom Steuergerät genau erfasst werden, so dass ein entsprechender Luftgehalt im Sinne eines Schalters identifiziert werden kann. Im Falle einer größeren Abweichung nacheinander gemessener Ausschaltzeiten kann eine entsprechende Anzahl von Ausschaltzeiten gemittelt werden. Durch eine laufende Erfassung können die Zeitpunkte und Zeitintervalle einer hohen Belastung des Druckmittels mit Luft entsprechend in Echtzeit erfasst werden. Es hat sich hierbei gezeigt, dass bei eine Erfassbarkeit der Verlagerungsgeschwindigkeit des Kolbens überschreitenden Werten, bei denen ausschließlich ein Anschlagen des Kolbens ermittelt werden kann, einer entsprechenden Zeitdauer dieser schnellen Verlagerungen des Kolbens ein Auftreten und Verschwinden eines hohen Gehalts an Luft im Druckmittel, beispielsweise anhand einer vorgegebenen beziehungsweise vorgebbaren Größe erfasst werden kann. Beispielsweise kann der Beginn und das Ende einer Verschäumung des Druckmittels auf diese Weise erkannt werden. Diese Verschäumung kann mittels einer Vorhersage des Prädiktionsmodells verglichen werden. Anhand einer Auswertung der von dem Echtzeitmodell und dem Prädiktionsmodell ermittelten Zustände der Verschäumung kann im Weiteren beispielsweise beurteilt werden, ob diese Verschäumung kürzer, gleich, länger, viel länger dauert als ein Vergleichswert oder ob es sich um eine von dem Prädiktionsmodell nicht vorhergesehene Verschäumung handelt. Ein Lernmodell kann gegebenenfalls auftretende Diskrepanzen korrigieren.
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Der Beginn einer Überschreitung eines vorgegebenen Schwellwerts eines Luftgehalts kann beispielsweise erkannt werden, wenn eine Abweichung der Ausschaltzeit eines Ausschaltstroms des elektromagnetischen Aktuators des Hydraulikventils mit dem entsprechend hierzu verlagerten Kolben größer als eine mittlere Abweichung dieser Ausschaltzeit ist. Weiterhin kann der Beginn einer Überschreitung des Schwellwerts erkannt werden, wenn ein Mittelwert der Ausschaltzeit größer oder kleiner als ein Bezugsmittelwert der Ausschaltzeit ist. Weiterhin kann der Beginn einer Überschreitung des Schwellwerts erkannt werden, wenn ein Mittelwert der Steigung der Ausschaltzeit über die Zeit nicht auf einer Horizontalen liegt. Schließlich kann alternativ oder bevorzugt zusätzlich eine Überschreitung des Schwellwerts angenommen werden, wenn ein Diagnosestatus des Steuergeräts zur Überwachung der Ausschaltzeit des elektromagnetischen Aktuators außerhalb eines vorgegebenen Fensters liegt.
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Das Ende einer Überschreitung eines vorgegebenen Schwellwerts eines Luftgehalts in dem Druckmittel kann entsprechend erkannt werden, wenn eine Abweichung der Schaltzeiten in einem vorgegebenen Bereich einer Regelabweichung der Schaltzeit entspricht, ein Wert der Schaltzeit in einem vorgegebenen Bereich einer Regelschaltzeit entspricht, die Steigung der Schaltzeit im Wesentlichen einer Horizontalen entspricht und/oder der Diagnosestatus in dem vorgegebenen Fenster liegt.
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Dem Prädiktionsmodell und/oder dem Echtzeitmodell kann ein Lernmodell zugeschaltet sein, welches durch Bewertung der Ergebnisse dieser einen bewerteten Gehalt an Luft in dem Druckmittel feststellt. Abhängig von den mittels dieser ermittelten Gehalte an Luft in dem Druckmittel kann beispielsweise ein Flag für die Anwesenheit eines vorgegebenen, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitenden Gehalts an Luft vorgesehen sein, das in dem Steuergerät abgespeichert wird und nach einem Neustart und/oder wenn eine Funktion des Echtzeitmodells nicht durchführbar ist und/oder keine verlässlichen Werte liefert, zur Verfügung steht und nachfolgend vorgegebene Programmschritte steuern kann. Weiterhin kann das Lernmodell die mittels des Prädiktionsmodells und des Echtzeitmodells ermittelten Luftgehalte und/oder deren Zeitdauer miteinander vergleichen und aufeinander abstimmen.
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Die mittels der verschiedenen Modelle ermittelten und bewerteten Gehalte an Luft in dem Druckmittel können mittels einer diesen nachgeschalteten Diagnoseeinheit zu einem oder mehreren Diagnosesignalen aufbereitet werden. Dieses beziehungsweise diese Diagnosesignale werden auf das Steuergerät übertragen und/oder beispielsweise einem Diagnosecenter zur Bewertung des Ventiltriebs beziehungsweise des Gehalts an Luft im Druckmittel zur Verfügung gestellt. Beispielsweise kann ein Diagnosesignal ausgegeben werden, wenn ein über einem Grenzwert liegender Gehalt an Luft länger als eine vorgegebene Zeitschwelle ermittelt wird, ein mittels des Echtzeitmodells ermittelter Gehalt an Luft über einen längeren Zeitraum als ein mittels des Prädiktionsmodells ermittelter Gehalt an Luft vorliegt und/oder ein vorgegebener Gehalt an Luft mittels des Echtzeitmodells ermittelt und mittels des Prädiktionsmodells nicht ermittelt wird.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird mittels des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt ein Blockschaubild zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Das Blockschaltbild 1 der einzigen Figur zeigt den zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens vorteilhaften Aufbau mit dem Prädiktionsmodell 2, dem Echtzeitmodell 3 und dem Lernmodell 4. Über dem Eingang 5 stehen diesen und der Diagnoseeinheit 7 Größen in Form von Umgebungsbedingungen wie beispielsweise Größen der Brennkraftmaschine, der Außenbedingungen und/oder Eigenschaften des Druckmittels zur Verfügung. In dem Prädiktionsmodell 2 wird aus diesen Größen ein abgeschätzter, vorausschauender Gehalt an Luft in dem Druckmittel ermittelt, der mittels der Leitung 6 auf die Diagnoseeinheit 7 und mittels der Leitung 12 auf das Lernmodell 4 übertragen wird. Weiterhin wird ein Statussignal des Luftgehalts mittels der Leitung 8 auf das Lernmodell 4 übertragen. Die Eingänge 9, 10 übermitteln an das Echtzeitmodell 3 die Schaltzeiten und einen Schaltstatus des elektromagnetischen Aktuators eines Hydraulikventils eines Ventiltriebs zur Steuerung eines Gasventils. Die Schaltzeiten geben hierbei ein von dem Luftgehalt in Echtzeit abhängiges Signal wieder. In dem Echtzeitmodell 3 wird der Echtzeitluftgehalt des Druckmittels ermittelt und mittels der Leitung 11 auf die Diagnoseeinheit 7 und das Lernmodell 4 übertragen. Weiterhin werden überarbeitete Echtzeitbedingungen beispielsweise Ölzustandsbedingungen auf das Lernmodell 4 mittels der Leitung 13 übertragen. Über den Eingang 14 wird ein Zeitraster zum echtzeitabhängigen Abgleich und Zuordnung der Luftgehalte des Echtzeitmodells 3 und des Prädiktionsmodells 2 eingespeist. In dem Lernmodell werden diese Luftgehalte plausibilisiert, adaptiert und aufeinander abgestimmt. Das daraus resultierende Signal eines bewerteten Gehalts an Luft in dem Druckmittel wird mittels der Leitung 15 auf die Diagnoseeinheit 7 übertragen. Die Diagnoseeinheit 7 bildet mittels der über die Leitungen 6, 11 und 15 zur Verfügung stehenden Signale ein Flag bei vorhandenem Luftgehalt, einen Wert eines Luftgehalts sowie einen Diagnosestatus und überträgt diese über die Ausgänge 16, 17, 18 auf ein Steuergerät des Ventiltriebs und/oder der Brennkraftmaschine und/oder ein Diagnosecenter zur Bewertung von Fehlermeldungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blockschaltbild
- 2
- Prädiktionsmodell
- 3
- Echtzeitmodell
- 4
- Lernmodell
- 5
- Eingang
- 6
- Leitung
- 7
- Diagnoseeinheit
- 8
- Leitung
- 9
- Eingang
- 10
- Eingang
- 11
- Leitung
- 12
- Leitung
- 13
- Leitung
- 14
- Eingang
- 15
- Leitung
- 16
- Ausgang
- 17
- Ausgang
- 18
- Ausgang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011069836 A1 [0002]
- US 6758187 B2 [0004]
- EP 1561916 A1 [0005]
- DE 102005029824 A1 [0006]
