DE102013209652B4

DE102013209652B4 - Verfahren zum Evaluieren eines Ventilhubsensors und eines hydraulischen Ventilaktuators

Info

Publication number: DE102013209652B4
Application number: DE102013209652.6A
Authority: DE
Inventors: Ronald J. Pierik
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2020-09-10
Anticipated expiration: 2033-05-25
Also published as: DE102013209652A1; US20130325290A1; CN103470380A; US9512749B2

Abstract

Verfahren, das umfasst, dass:ein Ventilaktuator (140, 142) gesteuert wird, um ein Ventil (122, 130) eines Motors (102) aus einer ersten Hubposition in eine zweite Hubposition zu betätigen, die von der ersten Hubposition verschieden ist, wobei das Ventil (122, 130) ein Einlassventil (122) und/oder ein Auslassventil (130) umfasst; undeine Störung in einem Ventilhubsensor (194) und/oder in dem Ventilaktuator (140, 142) basierend auf einer Eingabe detektiert wird, die von dem Ventilhubsensor (194) empfangen wird, wenn das Ventil (122, 130) in die erste Ventilhubposition eingestellt wird und wenn das Ventil (122, 130) in die zweite Ventilhubposition eingestellt wird; unddas Ventil (122, 130) aus der ersten Hubposition in die zweite Hubposition eingestellt wird, indem ein Druck eines Hydraulikfluids, das dem Ventilaktuator (140, 142) zugeführt wird, auf einen ersten Druck eingestellt wird,wobei der erste Druck größer als ein zweiter Druck ist, der bewirkt, dass der Ventilaktuator (140, 142) das Ventil (122, 130) öffnet, undwobei der Ventilaktuator (140, 142) einen ersten Kolben (214) und einen zweiten Kolben (216) aufweist, die zusammenwirken, um das Ventil (122, 130) zu öffnen, wenn der Druck des Hydraulikfluids gleich dem zweiten Druck ist, dadurch g e k e n n z e ich n e t ,dass der erste Druck kleiner als ein dritter Druck ist, der bewirkt, dass der erste Kolben (214) das Ventil (122, 130) um einen Betrag anhebt, der größer als ein Hub des zweiten Kolbens (216) ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Kalibrieren eines Ventilhubsensors und zum Evaluieren eines Ventilhubsensors und eines hydraulischen Ventilaktuators.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft/Kraftstoffgemisch in Zylindern, um Kolben anzutreiben, was ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Luft tritt durch Einlassventile in die Zylinder ein. Kraftstoff kann mit der Luft gemischt werden, bevor die Luft in die Zylinder eintritt. Bei Motoren mit Funkenzündung löst ein Zündfunken die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs in den Zylindern aus. Bei Motoren mit Kompressionszündung verbrennt die Kompression in den Zylindern das Luft/Kraftstoffgemisch in den Zylindern. Abgas tritt durch Auslassventile aus den Zylindern aus.
Ein Ventilaktuator betätigt die Einlass- und Auslassventile. Der Ventilaktuator kann durch eine Nockenwelle angetrieben werden. Beispielsweise kann der Ventilaktuator eine hydraulische Hubeinrichtung sein, die mit der Nockenwelle unter Verwendung einer Stößelstange gekoppelt ist oder mit der Nockenwelle direkt gekoppelt ist. Alternativ kann der Ventilaktuator die Einlass- und Auslassventile unabhängig von einer Nockenwelle betätigen. Beispielsweise kann der Ventilaktuator hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch sein, und er kann in einem nockenlosen Motor oder in einem nockenlosen Ventiltrieb eingebunden sein.
Aus der DE 11 2005 001 705 T5 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Die US 6 178 934 B1 beschreibt ein ähnliches Verfahren zum Detektieren einer Störung in einem Ventilaktuator für ein Ventil eines Verbrennungsmotors.
In der DE 10 2008 042 049 A1 ist ebenfalls ein ähnliches Verfahren beschrieben.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Störung in einem Ventilhubsensor und/oder in dem Ventilaktuator eines Verbrennungsmotors auf zuverlässige Weise detektiert wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das Verfahren umfasst, dass ein Ventilaktuator gesteuert wird, um ein Ventil eines Motors aus einer ersten Hubposition in eine zweite Hubposition zu betätigen, die von der ersten Hubposition verschieden ist. Das Ventil umfasst ein Einlassventil und/oder ein Auslassventil. Eine Störung in einem Ventilhubsensor und/oder in dem Ventilaktuator wird basierend auf einer Eingabe, die von dem Ventilhubsensor empfangen wird, detektiert, wenn das Ventil in die erste Hubposition eingestellt wird und wenn das Ventil in die zweite Hubposition eingestellt wird.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen vollständiger verständlich werden, wobei:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
2 und 3 Schnittansichten eines beispielhaften Einlass- oder Auslassventils und eines beispielhaften hydraulischen Ventilaktuators gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung sind;
4 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsteuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist; und
5 und 6 Flussdiagramme sind, die beispielhafte Motorsteuerverfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein hydraulischer Ventilaktuator kann einen Hauptkolben und einen Verstärkungskolben aufweisen, der konzentrisch mit dem Hauptkolben angeordnet ist. Ein unter Druck stehendes Fluid kann auf den Hauptkolben und den Verstärkungskolben wirken, die wiederum mit einem Einlass- oder einem Auslassventil in Eingriff stehen und dieses dadurch anheben. Der Verstärkungskolben liefert einen zusätzlichen Flächenbereich und dadurch eine zusätzliche Kraft, um das Einlass- oder Auslassventil zu öffnen. Der Hauptkolben und der Verstärkungskolben können zusammenwirken, um das Einlass- oder Auslassventil anzuheben, bis der Verstärkungskolben einen Anschlag berührt. Ein zusätzlicher Druck kann erforderlich sein, um zu bewirken, dass der Hauptkolben das Einlass- oder Auslassventil über den Punkt hinaus anhebt, an dem der Verstärkungskolben den Anschlag berührt.
Ein Ventilaktuator kann einen Ventilhubsensor aufweisen, der einen Ventilhub detektiert. Typischerweise ermittelt ein Motorsteuermodul einen Offset des Ventilhubsensors basierend auf einer Eingabe, die von dem Ventilhubsensor empfangen wird, wenn der Ventilaktuator derart angeordnet ist, dass das Einlass- oder Auslassventil geschlossen ist. Zusätzlich wird die Verstärkung des Ventilhubsensors vorbestimmt, beispielsweise während der Montage des Ventilaktuators. Während des Motorbetriebs ermittelt das Motorsteuermodul den Ventilhub basierend auf einer Eingabe, die von dem Ventilhubsensor empfangen wird, dem Offset und der Verstärkung.
Ein Motorsteuersystem und ein Motorsteuerverfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung kalibrieren einen Ventilhubsensor und/oder evaluieren einen Ventilhubsensor und einen Ventilaktuator basierend auf einer Eingabe von dem Ventilhubsensor in zwei unterschiedlichen Ventilhubpositionen. Der Offset des Ventilhubsensors wird ermittelt, wenn sich ein Ventilaktuator in einer ersten Position befindet, um ein Einlass- oder ein Auslassventil zu schließen. Der Ventilaktuator wird anschließend in eine zweite Position eingestellt, in der ein Verstärkungskolben in dem Ventilaktuator einen Anschlag berührt. Wenn sich der Ventilaktuator in der zweiten Position befindet, kann eine Eingabe vom den Ventilhubsensor verwendet werden, um den Hub des Verstärkungskolbens basierend auf einer vorbestimmten Verstärkung zu ermitteln. Alternativ kann die Eingabe des Ventilhubsensors verwendet werden, um die Verstärkung des Ventilhubsensors basierend auf einem vorbestimmten Hub des Verstärkungskolbens zu ermitteln.
Der Hub des Verstärkungskolbens kann verwendet werden, um Störungen in dem Ventilhubsensor und/oder in dem Ventilaktuator zu detektieren. Beispielsweise kann eine Störung detektiert werden, wenn sich der Hub des Verstärkungskolbens außerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet. Der vorbestimmte Bereich kann während der Montage des Ventilaktuators festgelegt werden, indem der Hub des Verstärkungskolbens gemessen wird.
Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der ein Luft/Kraftstoffgemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug basierend auf einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird durch ein Einlasssystem 108 in den Motor 102 eingelassen. Lediglich beispielhaft kann das Einlasssystem 108 einen Einlasskrümmer 110 und ein Drosselventil 112 umfassen. Lediglich beispielhaft kann das Drosselventil 112 ein Schmetterlingsventil mit einem rotierbaren Blatt umfassen. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 steuert ein Drossel-Aktuatormodul 116, welches das Öffnen des Drosselventils 112 regelt, um die Luftmenge zu steuern, die in den Einlasskrümmer 110 eingelassen wird.
Luft aus dem Einlasskrümmer 110 wird in Zylinder des Motors 102 eingelassen. Obgleich der Motor 102 mehr als einen Zylinder aufweisen kann, ist zu Darstellungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Lediglich beispielhaft kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen.
Der Motor 102 kann unter Verwendung eines Viertakt-Motorzyklus arbeiten. Die vier Takte, die nachstehend beschrieben sind, werden als der Einlasstakt, der Kompressionstakt, der Verbrennungstakt und der Auslasstakt bezeichnet. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) treten zwei der vier Takte in dem Zylinder 118 auf. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen für den Zylinder 118 notwendig, um alle vier Takte zu durchlaufen.
Während des Einlasstakts wird Luft aus dem Einlasskrümmer 110 durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 eingelassen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoff-Aktuatormodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung regelt, um ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann an einem zentralen Ort oder an mehreren Orten, wie z.B. in der Nähe des Einlassventils 122 jedes der Zylinder, in den Einlasskrümmer 110 eingespritzt werden. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoff-Aktuatormodul 124 kann die Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder stoppen, die deaktiviert sind.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 118. Während des Kompressionstakts komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoffgemisch. Der Motor 102 kann ein Motor mit Kompressionszündung sein, in welchem Fall ein Temperaturanstieg in dem Zylinder 118 aufgrund der Kompression in dem Zylinder 118 das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Alternativ kann der Motor 102 ein Motor mit Funkenzündung sein, in welchem Fall ein Zündfunken-Aktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 basierend auf einem Signal von dem ECM 114 aktiviert, welche das Luft/Kraftstoffgemisch zündet. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit spezifiziert werden, zu der sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird.
Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann durch ein Zeitpunktsignal gesteuert werden, das spezifiziert, wie weit vor oder nach dem TDC der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition mit der Kurbelwellendrehnung in direkter Beziehung steht, kann der Betrieb des Zündfunken-Aktuatormoduls 126 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 die Lieferung des Zündfunkens an die deaktivierten Zylinder stoppen.
Das Erzeugen des Zündfunkens kann als ein Zündungsereignis bezeichnet werden. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann die Fähigkeit aufweisen, den Zeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündungsereignis zu variieren. Das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann sogar dann in der Lage sein, den Zündfunkenzeitpunkt für ein nächstes Zündungsereignis zu variieren, wenn ein Zündfunkenzeitpunktsignal zwischen einem letzten Zündungsereignis und dem nächsten Zündungsereignis verändert wird. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zündfunken-Aktuatormodul 126 kann den Zündfunkenzeitpunkt relativ zu dem TDC für alle Zylinder in dem Motor 102 um denselben Betrag variieren.
Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs den Kolben abwärts, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit zwischen dem Erreichen des TDC durch den Kolben und der Zeit definiert werden, zu welcher der Kolben zu einem unteren Totpunkt (BDC) zurückkehrt. Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich wieder von dem BDC aufwärts zu bewegen, und er treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 heraus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden mittels eines Abgassystems 134 aus dem Fahrzeug ausgesto-ßen.
Das Einlassventil 122 kann unter Verwendung eines Einlassventilaktuators 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 unter Verwendung eines Auslassventilaktuators 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassventilaktuatoren 140 mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassventilaktuatoren 142 mehrere Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) für den Zylinder 118 steuern. Alternativ kann ein einzelner Ventilaktuator ein oder mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 und ein oder mehrere Einlassventile für den Zylinder 118 betätigen.
Der Einlassventilaktuator 140 und der Auslassventilaktuator 142 betätigen das Einlassventil 122 bzw. das Auslassventil 130 unabhängig von einer Nockenwelle. Diesbezüglich kann der Motor 102 nockenlos sein, und die Ventilaktuatoren 140, 142 können hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch sein. Wie es hier gezeigt ist, sind die Ventilaktuatoren 140, 142 hydraulisch, und ein Hydrauliksystem 144 führt den Ventilaktuatoren 140, 142 unter Druck stehendes Fluid zu. Das Hydrauliksystem 144 umfasst eine Speichereinrichtung 146 und eine Pumpe 148, die ein Fluid von der Speichereinrichtung 146 zu den Ventilaktuatoren 140, 142 sendet.
Ein Ventil-Aktuatormodul 158 kann den Einlassventilaktuator 140 und den Auslassventilaktuator 142 basierend auf Signalen von dem ECM 114 steuern. Das Ventil-Aktuatormodul 158 kann den Einlassventilaktuator 140 steuern, um den Hub, die Dauer und/oder die zeitliche Einstellung des Einlassventils 122 einzustellen. Das Ventil-Aktuatormodul 158 kann den Auslassventilaktuator 142 steuern, um den Hub, die Dauer und/oder die zeitliche Einstellung des Auslassventils 130 einzustellen. Das Ventil-Aktuatormodul 158 kann die Pumpe 148 steuern, um den Druck des Fluids einzustellen, das den Ventilaktuatoren 140, 142 zugeführt wird.
Das Motorsystem 100 kann die Position der Kurbelwelle unter Verwendung eines Kurbelwellen-Positionssensors (CKP-Sensors) 180 messen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT-Sensors) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in dem Motor 102 oder an anderen Orten angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert, wie beispielsweise in einem Kühler (nicht gezeigt).
Der Druck in dem Einlasskrümmer 110 kann unter Verwendung eines Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors) 184 gemessen werden. Die Massenströmungsrate der Luft, die in den Einlasskrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenströmungssensors (MAF-Sensors) 186 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 112 umfasst.
Das Drossel-Aktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 112 unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS) 190 überwachen. Die Umgebungstemperatur der Luft, die in den Motor 102 eingelassen wird, kann unter Verwendung eines Einlassluft-Temperatursensors (IAT-Sensors) 192 gemessen werden. Das Ventil-Aktuatormodul 158 kann den Hub des Einlassventils 122 und des Auslassventils 130 unter Verwendung von Ventilhubsensoren (VLS) 194 überwachen. Das ECM 114 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen.
Das ECM 114 kalibriert die Ventilhubsensoren 194 und/oder detektiert Störungen in den Ventilhubsensoren 194 und den Ventilaktuatoren 140, 142 basierend auf einer Eingabe, die von den Ventilhubsensoren 194 in zwei verschiedenen Ventilhubpositionen empfangen wird. Das ECM 114 kann einen Serviceindikator 196 aktivieren, wenn eine Störung in den Ventilhubsensoren 194 und/oder den Ventilaktuatoren 140, 142 detektiert wird. Der Serviceindikator 196 gibt unter Verwendung einer sichtbaren Nachricht, einer hörbaren Nachricht und/oder einer fühlbaren Nachricht (z.B. einer Vibration) an, dass eine Wartung erforderlich ist.
Nun auf 2 und 3 Bezug nehmend, sind der Einfachheit halber beispielhafte Implementierungen lediglich des Einlassventils 122 und des Einlassventilaktuators 140 gezeigt. Das Auslassventil kann jedoch mit dem Einlassventil 122 identisch sein, und der Auslassventilaktuator 142 kann mit dem Einlassventilaktuator 140 identisch sein. Das Einlassventil 122 umfasst einen Ventilschaft 202, einen konischen Verschluss 204, der an einem Ende des Ventilschafts 202 befestigt ist, einen Federsitz 206, der an dem Ventilschaft 202 in der Nähe von dessen anderem Ende befestigt ist, und eine Ventilfeder 208, die zwischen dem Federsitz 206 und einer Ventilführung 210 eingeschlossen ist. Die Ventilfeder 208 wirkt auf den Federsitz 206, um den konischen Verschluss 204 gegen einen Ventilsitz 212 zu drücken.
Der Einlassventilaktuator 140 weist einen Hauptkolben 214, einen Verstärkungskolben 216, der konzentrisch mit dem Hauptkolben 214 angeordnet ist, einen Aktuatorkörper 218 und eine Aktuatorfeder 220 auf, die zwischen dem Verstärkungskolben 216 und dem Aktuatorkörper 218 eingeschlossen ist. Die Aktuatorfeder 220 hält den Verstärkungskolben 216 in Kontakt mit Flanschen 222 an dem Hauptkolben 214. Der Aktuatorkörper 218 weist einen Durchgang 224 und einen Kolbenanschlag 226 auf. Unter Druck stehendes Fluid strömt durch den Durchgang 224 und wirkt auf den Hauptkolben 214 sowie auf den Verstärkungskolben 216, um der Kraft der Ventilfeder 208 entgegenzuwirken und dadurch das Einlassventil 122 zu öffnen. Der Hauptkolben 214 und der Verstärkungskolben 216 wirken zusammen, um das Einlassventil 122 anzuheben, bis der Verstärkungskolben 216 den Kolbenanschlag 226 berührt.
Nun auf 4 Bezug nehmend, umfasst eine beispielhafte Implementierung des ECM 114 ein Leerlaufermittlungsmodul 402, ein Ventilsteuermodul 404, ein Sensorkalibrierungsmodul 406, ein Hubermittlungsmodul 408 und ein Störungsdetektionsmodul 410. Der Einfachheit halber beschreibt die nachstehende Diskussion das ECM 114 derart, dass es Störungen in dem Einlassventilaktuator 140 und/oder in dem einen der Ventilhubsensoren 194 detektiert, der den Hub des Einlassventils 122 misst, und dass es auch den einen der Ventilhubsensoren 194 kalibriert. Auf eine ähnliche Weise kann das ECM 114 jedoch Störungen in dem Auslassventilaktuator 142 und/oder in dem einen der Ventilhubsensoren 194 detektieren, der den Hub des Auslassventils 130 misst, und auch den einen der Ventilhubsensoren 194 kalibrieren.
Das Leerlaufermittlungsmodul 402 ermittelt, ob sich der Motor 102 im Leerlauf befindet. Wenn sich der Motor 102 im Leerlauf befindet, kann der Druck in dem Zylinder 118 ungefähr Null sein. Daher braucht der Einlassventilaktuator 140 lediglich die Kraft der Ventilfeder 108 zu überwinden, um das Einlassventil 122 anzuheben. Das Leerlaufermittlungsmodul 402 kann ermitteln, dass sich der Motor 102 im Leerlauf befindet, wenn die Drehzahl des Motors 102 kleiner als eine vorbestimmte Drehzahl ist und die Last an den Motor 102 kleiner als eine vorbestimmte Last ist. Das Leerlaufermittlungsmodul 402 gibt ein Signal aus, das angibt, ob sich der Motor 102 im Leerlauf befindet.
Ein Drehzahlermittlungsmodul 412 ermittelt die Motordrehzahl beispielsweise basierend auf einer Eingabe, die von dem Kurbelwellen-Positionssensor 180 empfangen wird. Ein Lastermittlungsmodul 414 ermittelt die Motorlast beispielsweise basierend auf einer Eingabe, die von dem Luftmassenströmungssensor 186 empfangen wird. Das Drehzahlermittlungsmodul 412 und das Lastermittlungsmodul 414 geben die Motordrehzahl bzw. die Motorlast aus.
Das Ventilsteuermodul 404 weist das Ventil-Aktuatormodul 158 an, das Einlassventil 122 aus einer ersten Hubposition in eine zweite Hubposition zu betätigen, wenn sich der Motor 102 im Leerlauf befindet. Die erste Hubposition kann einem Hub von Null entsprechen. Die zweite Hubposition kann die Position des Einlassventils 122 sein, bei welcher der Verstärkungskolben 216 den Kolbenanschlag 226 (3) berührt.
Das Ventilsteuermodul 404 kann das Ventil-Aktuatormodul 158 anweisen, das Einlassventil 122 aus der ersten Hubposition in die zweite Hubposition zu betätigen, indem der Druck des Fluids, das dem Einlassventilaktuator 140 zugeführt wird, auf einen ersten Druck eingestellt wird. Das Ventil-Aktuatormodul 158 kann den zugeführten Druck einstellen, indem die Pumpe 148 gesteuert wird. Der erste Druck kann größer als ein zweiter Druck sein, der bewirkt, dass der Einlassventilaktuator 140 das Einlassventil 122 öffnet. Der erste Druck kann kleiner als ein dritter Druck sein, der bewirkt, dass der Hauptkolben 214 das Einlassventil 122 über den Punkt hinaus anhebt, an dem der Verstärkungskolben 216 den Kolbenanschlag 226 (3) berührt.
Zusätzlich kann das Ventilsteuermodul 404 das Ventil-Aktuatormodul 158 anweisen, das Einlassventil 122 aus der ersten Hubposition in die zweite Hubposition zu betätigen, indem ein Strömungssteuerventil (nicht gezeigt) eingestellt wird. Das Strömungssteuerventil kann in dem Einlassventilaktuator 140 stromaufwärts des Durchgangs 224 in dem Aktuatorkörper 218 (3) angeordnet sein. Das Ventilsteuermodul 404 kann das Ventil-Aktuatormodul 158 anweisen, das Strömungssteuerventil in eine Position einzustellen, die einem maximalen Hub oder einem anderen Grad des Ventilhubs entspricht, der größer als der Hub des Verstärkungskolbens 216 ist. Der Hub des Einlassventils 122 kann jedoch aufgrund des Drucks des Hydraulikfluids, das dem Einlassventilaktuator 140 zugeführt wird, auf den Hub des Verstärkungskolbens 216 beschränkt sein.
Das Sensorkalibrierungsmodul 406 kalibriert den Ventilhubsensor 194. Das Sensorkalibrierungsmodul 406 kann den Ventilhubsensor 194 kalibrieren, indem der Offset des Ventilhubsensors 194 ermittelt wird. Das Sensorkalibrierungsmodul 406 kann den Offset des Ventilhubsensors 194 basierend auf einer Eingabe ermitteln, die von dem Ventilhubsensor 194 empfangen wird, wenn das Einlassventil 122 in die erste Hubposition eingestellt wird.
Das Sensorkalibrierungsmodul 406 kann den Ventilhubsensor 194 auch kalibrieren, indem die Verstärkung des Ventilhubsensors 194 ermittelt wird. Das Sensorkalibrierungsmodul 406 kann die Verstärkung des Ventilhubsensors 194 basierend auf einer Eingabe ermitteln, die von dem Ventilhubsensor 194 empfangen wird, wenn das Einlassventil 122 in die zweite Hubposition eingestellt wird. Das Sensorkalibrierungsmodul 406 kann eine Differenz zwischen einer Eingabe des Ventilhubsensors, die empfangen wird, wenn das Einlassventil in die erste Hubposition eingestellt wird, und einer Eingabe des Ventilhubsensors ermitteln, die empfangen wird, wenn das Einlassventil 122 in die zweite Hubposition eingestellt wird. Das Sensorkalibrierungsmodul 406 kann die Verstärkung des Ventilhubsensors 194 ermitteln, indem diese Differenz durch den Hub des Verstärkungskolbens 216 (3) dividiert wird. Der Hub des Verstärkungskolbens 216 kann beispielsweise vorbestimmt werden, indem der Hub während der Montage des Einlassventilaktuators 140 unter Verwendung eines Messinstruments (z.B. einer Zange) gemessen wird.
Das Sensorkalibrierungsmodul 406 gibt den Offset und/oder die Verstärkung des Ventilhubsensors 194 aus. Das Ventilsteuermodul 404 kann den Ventilhub basierend auf dem Offset und/oder der Verstärkung messen, und es kann dem Ventilhub des Einlassventils 122 unter Verwendung des gemessenen Ventilhubs als eine Rückkopplung für eine Regelung steuern. Das Ventilsteuermodul 404 kann den Ventilhub beispielsweise messen, indem der Offset von der Eingabe des Ventilhubsensors subtrahiert wird und indem die resultierende Differenz mit der Verstärkung multipliziert wird. Die Verstärkung kann vorbestimmt werden oder ermittelt werden, wie es vorstehend bezogen auf das Sensorkalibrierungsmodul 406 beschrieben ist.
Das Hubermittlungsmodul 408 ermittelt den Hub des Verstärkungskolbens 216 basierend auf dem gemessenen Ventilhub. Das Hubermittlungsmodul 408 kann den gemessenen Ventilhub auf die Weise ermitteln, die vorstehend unter Bezugnahme auf das Ventilsteuermodul 404 beschrieben ist. Alternativ kann das Hubermittlungsmodul 408 den gemessenen Ventilhub von dem Ventilsteuermodul 404 empfangen.
Ein erster Ventilhub kann gemessen werden, wenn das Einlassventil 122 in die erste Hubposition eingestellt wird. Ein zweiter Ventilhub kann gemessen werden, wenn das Einlassventil 122 in eine zweite Hubposition eingestellt wird. Das Hubermittlungsmodul 408 kann den Hub des Verstärkungskolbens 216 basierend auf der Differenz zwischen dem ersten Ventilhub und dem zweiten Ventilhub ermitteln. Das Hubermittlungsmodul 408 gibt den Hub des Verstärkungskolbens 216 aus.
Das Störungsdetektionsmodul 410 detektiert eine Störung in dem Einlassventilaktuator 140 und/oder in dem Ventilhubsensor 194, wenn der Hub des Verstärkungskolbens 216 außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Der Hub des Verstärkungskolbens 216 kann während der Montage des Einlassventilaktuators 140 gemessen werden, wie vorstehend erläutert wurde, und der vorbestimmte Bereich kann eine Funktion des gemessenen Hubs sein. Beispielsweise kann der gemessene Hub 2,2 Millimeter (mm) betragen, und der vorbestimmte Bereich kann 2,2 +/- 0,2 mm sein.
Das Störungsdetektionsmodul 410 kann den Serviceindikator 196 aktivieren, wenn eine Störung in dem Einlassventilaktuator 140 und/oder in dem Ventilhubsensor 194 detektiert wird. Es können verschiedene Diagnostiken ausgeführt werden, um zu ermitteln, ob die Störung durch Probleme des Ventilhubsensors (z.B. eine Drift) oder durch Probleme bei der Bewegung des Verstärkungskolbens (z.B. Abnutzung, Blockieren) bedingt ist. Der Einlassventilaktuator 140 und/oder der Ventilhubsensor 194 können beispielsweise physikalisch inspiziert und/oder ersetzt werden.
Nun auf 5 Bezug nehmend, beginnt ein Verfahren zum Kalibrieren eines Ventilhubsensors bei 502. Der Ventilhubsensor misst einen Hub eines Einlass- oder Auslassventils eines Motors. Bei 504 ermittelt das Verfahren, ob sich der Motor im Leerlauf befindet. Das Verfahren kann ermitteln, dass sich der Motor im Leerlauf befindet, wenn die Drehzahl des Motors kleiner als eine vorbestimmte Drehzahl ist und die Last an dem Motor kleiner als eine vorbestimmte Last ist. Wenn sich der Motor im Leerlauf befindet, fährt das Verfahren bei 506 fort. Ansonsten bleibt das Verfahren bei 504.
Bei 506 weist das Verfahren einen Ventilaktuator an, das Einlass- oder Auslassventil in eine erste Hubposition zu betätigen, die einem Hub von Null entspricht. Bei 508 überwacht das Verfahren die Ausgabe des Ventilhubsensors. Bei 510 ermittelt das Verfahren den Offset des Ventilhubsensors. Der Offset des Ventilhubsensors kann gleich der Ausgabe des Ventilhubsensors sein, wenn das Einlass- oder Auslassventil in die erste Hubposition eingestellt wird.
Bei 512 stellt das Verfahren den Druck eines Hydraulikfluids, das dem Ventilaktuator zugeführt wird, auf einen ersten Druck ein. Das Verfahren kann den Druck des Hydraulikfluids einstellen, indem eine Pumpe gesteuert wird, die das Hydraulikfluid dem Ventilaktuator zuführt. Der Ventilaktuator kann einen Hauptkolben und einen Verstärkungskolben aufweisen, der konzentrisch mit dem Hauptkolben angeordnet ist. Der Hauptkolben und der Verstärkungskolben können zusammenwirken, um das Einlass- oder Auslassventil zu öffnen, wenn der Druck des Hydraulikfluids gleich einem zweiten Druck ist. Der Hauptkolben kann das Einlass- oder Auslassventil über den Punkt hinaus anheben, an dem der Verstärkungskolben einen Kolbenanschlag in dem Ventilaktuator berührt, wenn der Druck des Hydraulikfluids gleich einem dritten Druck ist. Der erste Druck kann größer als der zweite Druck und kleiner als der dritte Druck sein.
Bei 514 weist das Verfahren den Ventilaktuator an, das Einlass- oder Auslassventil in eine zweite Hubposition zu betätigen. Die zweite Hubposition kann einem maximalen Hub oder einem anderen Grad des Ventilhubs entsprechen, der größer als der Hub des Verstärkungskolbens ist. Der Hub des Einlass- oder Auslassventils kann jedoch aufgrund des Drucks des Hydraulikfluids, das dem Ventilaktuator zugeführt wird, auf den Hub des Verstärkungskolbens beschränkt sein. Mit anderen Worten kann der Druck des dem Ventilaktuator zugeführten Hydraulikfluids, welcher auf den ersten Druck eingestellt ist, eine ausreichende Kraft ergeben, wenn er auf den Hauptkolben und den Verstärkungskolben einwirkt, um das Einlass- oder Auslassventil auf den Hub des Verstärkungskolbens anzuheben. Der erste Druck liefert jedoch möglicherweise keine ausreichende Kraft, um das Einlass- oder Auslassventil über den Hub des Verstärkungskolbens hinaus anzuheben, wenn der erste Druck auf den Hauptkolben, aber nicht auf den Verstärkungskolben wirkt, der bezüglich einer weiteren Bewegung gestoppt ist.
Bei 516 überwacht das Verfahren die Ausgabe des Ventilhubsensors. Bei 518 ermittelt das Verfahren die Verstärkung des Ventilhubsensors. Das Verfahren kann die Verstärkung ermitteln, indem die Differenz zwischen der Ausgabe, die bei 508 gemessen wird, und der Ausgabe, die bei 516 gemessen wird, ermittelt wird und indem diese Differenz durch den Hub des Verstärkungskolbens dividiert wird. Der Hub des Verstärkungskolbens kann vorbestimmt werden. Das Verfahren endet bei 520.
Nun auf 6 Bezug nehmend, beginnt ein Verfahren zum Detektieren einer Störung in einem Ventilhubsensor und/oder in einem Ventilaktuator bei 602. Bei 604 ermittelt das Verfahren, ob sich ein Motor im Leerlauf befindet. Das Verfahren kann ermitteln, dass sich der Motor im Leerlauf befindet, wenn die Drehzahl des Motors kleiner als eine vorbestimmte Drehzahl ist und die Last an dem Motor kleiner als eine vorbestimmte Last ist. Wenn sich der Motor im Leerlauf befindet, fährt das Verfahren bei 606 fort. Ansonsten bleibt das Verfahren bei 604
Bei 606 weist das Verfahren den Ventilaktuator an, ein Einlass- oder Auslassventil in eine erste Hubposition zu betätigen, die einem Hub von Null entspricht. Bei 608 überwacht das Verfahren die Ausgabe des Ventilhubsensors. Bei 610 ermittelt das Verfahren den Offset des Ventilhubsensors. Der Offset des Ventilhubsensors kann gleich der Ausgabe des Ventilhubsensors sein, wenn das Einlass- oder Auslassventil in die erste Hubposition eingestellt wird.
Bei 612 stellt das Verfahren den Druck des Hydraulikfluids, das dem Ventilaktuator zugeführt wird, auf einen ersten Druck ein. Das Verfahren kann den Druck des Hydraulikfluids einstellen, indem eine Pumpe gesteuert wird, die das Hydraulikfluid dem Ventilaktuator zuführt. Der Ventilaktuator kann einen Hauptkolben und einen Verstärkungskolben aufweisen, der konzentrisch mit dem Hauptkolben angeordnet ist. Der Hauptkolben und der Verstärkungskolben können zusammenwirken, um das Einlass- oder Auslassventil zu öffnen, wenn der Druck des Hydraulikfluids gleich einem zweiten Druck ist. Der Hauptkolben kann das Einlass- oder Auslassventil über den Punkt hinaus anheben, an dem der Verstärkungskolben einen Kolbenanschlag in dem Ventilaktuator berührt, wenn der Druck des Hydraulikfluids gleich einem dritten Druck ist. Der erste Druck kann größer als der zweite Druck und kleiner als der dritte Druck sein.
Bei 614 weist das Verfahren den Ventilaktuator an, das Einlass- oder Auslassventil in eine zweite Hubposition zu betätigen. Die zweite Hubposition kann einem maximalen Hub oder einem anderen Grad des Ventilhubs entsprechen, der größer als der Hub des Verstärkungskolbens ist. Der Hub des Einlass- oder Auslassventils kann jedoch aufgrund des Drucks des Hydraulikfluids, das dem Ventilaktuator zugeführt wird, auf den Hub des Verstärkungskolbens beschränkt sein.
Bei 616 misst das Verfahren den Hub des Einlass- oder Auslassventils. Da der Ventilhub durch den Druck des Hydraulikfluids beschränkt sein kann, kann der gemessene Ventilhub gleich dem Hub des Verstärkungskolbens sein. Das Verfahren kann den Hub des Einlass- oder Auslassventils unter Verwendung des Offsets und der Verstärkung des Ventilhubsensors messen. Beispielsweise kann das Verfahren den Ventilhub messen, indem der Offset von der Ausgabe des Ventilhubsensors subtrahiert wird, wenn das Einlass- oder Auslassventil in die zweite Hubposition eingestellt ist, und indem die resultierende Differenz mit der Verstärkung multipliziert wird. Die Verstärkung kann beispielsweise während der Montage des Ventilaktuators in einer bezüglich der Temperatur kontrollierten Umgebung vorbestimmt werden. Alternativ kann die Verstärkung ermittelt werden, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 518 von 5 beschrieben ist.
Bei 618 ermittelt das Verfahren, ob der gemessene Ventilhub außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Wenn der gemessene Ventilhub außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, fährt das Verfahren bei 620 fort, und es detektiert eine Störung in dem Ventilhubsensor und/oder in dem Ventilaktuator. Ansonsten fährt das Verfahren bei 604 fort. Das Verfahren endet bei 622.
Die vorstehende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Wie hierin verwendet, kann sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC); einen elektronischen Schaltkreis; einen Schaltkreis der Schaltungslogik; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code ausführt; andere geeignete Hardwarekomponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller von den vorstehenden Gegenständen, wie beispielsweise bei einem Ein-Chip-System, beziehen, ein Teil von diesen sein oder diese umfassen. Der Ausdruck Modul kann einen Speicher umfassen (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird.
Der Ausdruck Code, wie er vorstehend verwendet wird, kann eine Software, eine Firmware und/oder einen Mikrocode umfassen, und er kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Ausdruck gemeinsam genutzt, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet, dass ein Teil des Codes oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil des Codes oder der gesamte Code mehrerer Module durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Ausdruck Gruppe, wie er vorstehend verwendet wird, bedeutet, dass ein Teil des Codes oder der gesamte Code eines einzelnen Moduls unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann ein Teil des Codes oder der gesamte Code eines einzelnen Moduls unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten umfassen. Nicht einschränkende Beispiele des nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Mediums sind ein nicht flüchtiger Speicher, ein magnetischer Speicher und ein optischer Speicher.

Claims

Verfahren, das umfasst, dass: ein Ventilaktuator (140, 142) gesteuert wird, um ein Ventil (122, 130) eines Motors (102) aus einer ersten Hubposition in eine zweite Hubposition zu betätigen, die von der ersten Hubposition verschieden ist, wobei das Ventil (122, 130) ein Einlassventil (122) und/oder ein Auslassventil (130) umfasst; und eine Störung in einem Ventilhubsensor (194) und/oder in dem Ventilaktuator (140, 142) basierend auf einer Eingabe detektiert wird, die von dem Ventilhubsensor (194) empfangen wird, wenn das Ventil (122, 130) in die erste Ventilhubposition eingestellt wird und wenn das Ventil (122, 130) in die zweite Ventilhubposition eingestellt wird; und das Ventil (122, 130) aus der ersten Hubposition in die zweite Hubposition eingestellt wird, indem ein Druck eines Hydraulikfluids, das dem Ventilaktuator (140, 142) zugeführt wird, auf einen ersten Druck eingestellt wird, wobei der erste Druck größer als ein zweiter Druck ist, der bewirkt, dass der Ventilaktuator (140, 142) das Ventil (122, 130) öffnet, und wobei der Ventilaktuator (140, 142) einen ersten Kolben (214) und einen zweiten Kolben (216) aufweist, die zusammenwirken, um das Ventil (122, 130) zu öffnen, wenn der Druck des Hydraulikfluids gleich dem zweiten Druck ist, dadurch g e k e n n z e ich n e t , dass der erste Druck kleiner als ein dritter Druck ist, der bewirkt, dass der erste Kolben (214) das Ventil (122, 130) um einen Betrag anhebt, der größer als ein Hub des zweiten Kolbens (216) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass das Ventil (122, 130) aus der ersten Hubposition in die zweite Hubposition eingestellt wird, wenn eine Motordrehzahl kleiner als eine vorbestimmte Drehzahl ist und eine Motorlast kleiner als eine vorbestimmte Last ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass der Ventilhubsensor (194) basierend auf der Eingabe kalibriert wird, die von dem Ventilhubsensor (194) empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass der Ventilhubsensor (194) kalibriert wird, indem ein Offset und/oder eine Verstärkung des Ventilhubsensors (194) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass der Hub des zweiten Kolbens (216) basierend auf einer Eingabe ermittelt wird, die von dem Ventilhubsensor (194) empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst, dass die Störung in dem Ventilhubsensor (194) und/oder in dem Ventilaktuator (140, 142) detektiert wird, wenn der Hub des zweiten Kolbens (216) außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.