DE102016110864A1

DE102016110864A1 - Verfahren und System zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Turbomotors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer

Info

Publication number: DE102016110864A1
Application number: DE102016110864.2A
Authority: DE
Inventors: In Sang RYU; Kyoung Pyo Ha; You Sang SON; Kiyoung Kwon
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: US9970339B2; KR101744832B1; DE102016110864B4; US20170167318A1

Abstract

Verfahren und System zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Motors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer, der mit einem Turbolader versehen ist, aufweisend einen Datendetektor (10) zum Erfassen von Daten bezogen auf einen Fahrzustand eines Fahrzeuges, einen Nockenwellenpositionssensor (20) zum Erfassen einer Position einer Nockenwelle, eine Einlass-Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer(CVVD)-Vorrichtung (40) zur Steuerung einer Öffnungszeit eines Einlassventils des Motors, eine Auslass-Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit(CVVT)-Vorrichtung (55) zur Steuerung einer Öffnungs- und Schließzeit eines Auslassventils des Motors, und eine Steuereinrichtung (30), die derart konfiguriert ist, dass sie eine Mehrzahl von Steuerungsbereichen in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl und einer Motorlast basierend auf Signalen von dem Datendetektor (10) und dem Nockenwellenpositionssensor (20) klassifiziert und die Einlass-CVVD-Vorrichtung (40) und die Auslass-CVVT-Vorrichtung (55) entsprechend jedem Steuerungsbereich steuert.

Description

Für die Anmeldung wird die Priorität der am 11. Dezember 2015 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0176782 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Motors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer.
Ein Verbrennungsmotor verbrennt Mischgas, in welchem Kraftstoff und Luft in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt sind, durch einen festgelegten Zündmodus, um durch Explosionsdruck eine Leistung zu erzeugen.
Im Allgemeinen wird eine Nockenwelle von einem Steuerriemen angetrieben, der mit einer Kurbelwelle verbunden ist, welche die Linearbewegung eines Zylinderkolbens durch den Explosionsdruck in eine Drehbewegung umwandelt, um ein Einlassventil und ein Auslassventil zu betätigen, und während das Einlassventil geöffnet wird, wird Luft in eine Brennkammer angesaugt, und während das Auslassventil geöffnet wird, wird Gas ausgelassen, das in der Brennkammer verbrannt wird.
Um den Betrieb des Einlassventils und des Auslassventils zu verbessern und dadurch die Motorleistung zu erhöhen, werden ein Ventilhub und eine Ventil-Öffnungs/Schließzeit (Timing) entsprechend einer Drehzahl eines Motors gesteuert. Daher wurden eine Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer(CVVD)-Vorrichtung, welche die Öffnungsdauer eines Einlassventils und eines Auslassventils des Motors steuert, und eine Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit(CVVT)-Vorrichtung entwickelt, welche die Öffnungs- und Schließzeit des Einlassventils und des Auslassventils des Motors steuert.
Die CVVD-Vorrichtung stellt die Öffnungsdauer des Ventils durch Steuerung einer Öffnungszeit des Ventils ein. Außerdem rückt die CVVT-Vorrichtung die Öffnungs- und Schließzeit des Ventils in einem Zustand des Fixierens der Öffnungszeit des Ventils vor oder nach. Das heißt, wenn die Öffnungszeit des Ventils ermittelt ist, wird entsprechend der Öffnungsdauer des Ventils automatisch die Schließzeit ermittelt.
Jedoch sollten, da sowohl die CVVD-Vorrichtung als auch die DVVT-Vorrichtung bei dem Motor verwendet werden, die Öffnungsdauer und die Öffnungs/Schließzeit des Ventils gleichzeitig gesteuert werden.
Mit der Erfindung werden ein Verfahren und ein System zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Turbomotors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer geschaffen, die gleichzeitig die Öffnungsdauer und die Öffnungs/Schließzeit des Ventils durch Montage einer Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer-Vorrichtung an einem Einlass des Turbomotors und Montage einer Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit-Vorrichtung an einem Auslass des Turbomotors steuert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Turbomotors, der mit einer Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer(CVVD)-Vorrichtung an einem Einlass und einer Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit(CVVT)-Vorrichtung an einem Auslass versehen ist, aufweisen: Klassifizieren einer Mehrzahl von Steuerungsbereichen in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl und einer Motorlast, Verwenden einer maximalen Öffnungsdauer für ein Einlassventil und Begrenzen einer Überdeckung mit einem Auslassventil in einem ersten Steuerungsbereich, Verwenden der maximalen Öffnungsdauer für das Einlassventil und Einstellen der Überdeckung mittels einer Auslassventilschließ(EVC)-Zeit in einem zweiten Steuerungsbereich, Vorrücken einer Einlassventilschließ(IVC)-Zeit in einem dritten Steuerungsbereich, Annähern der Einlassventilschließ(IVC)-Zeit an den unteren Totpunkt in einem vierten Steuerungsbereich, Steuern einer Volllast (WOT) und Steuern der Einlassventilschließ(IVC)-Zeit auf nach dem unteren Totpunkt in einem fünften Steuerungsbereich, und Steuern der Volllast (WOT) und Vorrücken der Einlassventilschließ(IVC)-Zeit in einem sechsten Steuerungsbereich.
In dem ersten Steuerungsbereich kann die Überdeckung durch Nachrücken der IVC-Zeit auf einen IVC-Maximalwert und Setzen der EVC-Zeit auf einen EVC-Maximalwert begrenzt werden, um die Verbrennungsstabilität zu erhalten.
In dem zweiten Steuerungsbereich kann die Überdeckung durch Nachrücken der EVC-Zeit vergrößert werden, bis die Motorlast eine vorbestimmte Last erreicht, und durch Vorrücken der EVC-Zeit reduziert werden, wenn die Motorlast auf mehr als die vorbestimmte Last erhöht wird.
In dem dritten Steuerungsbereich kann die IVC-Zeit nahe an den unteren Totpunkt vorgerückt werden, wenn die Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl ist, und die IVC-Zeit kann auf nach dem unteren Totpunkt vorgerückt werden, wenn die Motordrehzahl über der vorbestimmten Drehzahl ist.
In dem vierten Steuerungsbereich kann die IVC-Zeit an den unteren Totpunkt angenähert werden, und die EVC-Zeit kann an den oberen Totpunkt angenähert werden.
In dem sechsten Steuerungsbereich kann die EVC-Zeit eng an den oberen Totpunkt angenähert werden, um die Überdeckung zu verhindern oder zu minimieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein System zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Motors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer, der mit einem Turbolader versehen ist, aufweisen: einen Datendetektor, der Daten bezogen auf einen Fahrzustand eines Fahrzeuges erfasst, einen Nockenwellenpositionssensor, der eine Position einer Nockenwelle erfasst, eine Einlass-Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer(CVVD)-Vorrichtung, die eine Öffnungszeit eines Einlassventils des Motors steuert, eine Auslass-Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit(CVVT)-Vorrichtung, die eine Öffnungs- und Schließzeit eines Auslassventils des Motors steuert, und eine Steuereinrichtung, die derart konfiguriert ist, dass sie eine Mehrzahl von Steuerungsbereichen in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl und einer Motorlast basierend auf Signalen von dem Datendetektor und dem Nockenwellenpositionssensor klassifiziert und die Einlass-CVVD-Vorrichtung und die Auslass-CVVT-Vorrichtung entsprechend dem Steuerungsbereich steuert, wobei die Steuereinrichtung in einem ersten Steuerungsbereich eine maximale Öffnungsdauer für das Einlassventil verwendet und eine Überdeckung mit einem Auslassventil begrenzt, in einem zweiten Steuerungsbereich die maximale Öffnungsdauer für das Einlassventil verwendet und die Überdeckung mittels einer Auslassventilschließ(EVC)-Zeit einstellt, in einem dritten Steuerungsbereich eine Einlassventilschließ(IVC)-Zeit vorrückt, in einem vierten Steuerungsbereich die Einlassventilschließ(IVC)-Zeit dicht an den unteren Totpunkt annähert, in einem fünften Steuerungsbereich eine Volllast (WOT) und die Einlassventilschließ(IVC)-Zeit nach dem unteren Totpunkt steuert, und in einem sechsten Steuerungsbereich die Volllast (WOT) steuert und die Einlassventilschließ(IVC)-Zeit vorrückt.
Die Steuereinrichtung kann in dem ersten Steuerungsbereich die IVC-Zeit auf einen IVC-Maximalwert nachrücken und die EVC-Zeit auf einen Maximalwert setzen, um die Verbrennungsstabilität zu erhalten.
Die Steuereinrichtung kann in dem zweiten Steuerungsbereich die Überdeckung durch Nachrücken der EVC-Zeit vergrößern, bis die Motorlast eine vorbestimmte Last erreicht, und die Überdeckung durch Vorrücken der EVC-Zeit reduzieren, wenn die Motorlast auf mehr als die vorbestimmte Last erhöht wird.
Die Steuereinrichtung kann in dem dritten Steuerungsbereich die IVC-Zeit nahe an den unteren Totpunkt vorrücken, wenn die Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl ist, und die IVC-Zeit auf nach den unteren Totpunkt vorrücken, wenn die Motordrehzahl über der vorbestimmten Drehzahl ist.
Die Steuereinrichtung kann in dem vierten Steuerungsbereich die IVC-Zeit an den unteren Totpunkt und die EVC-Zeit an den oberen Totpunkt annähern.
Die Steuereinrichtung kann in dem sechsten Steuerungsbereich die EVC-Zeit an den oberen Totpunkt annähern, damit die Überdeckung nicht auftritt.
Wie oben beschrieben, werden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Öffnungsdauer und die Öffnungs/Schließzeit des kontinuierlich variablen Ventils gleichzeitig gesteuert, so dass der Motor unter verbesserten Bedingungen gesteuert werden kann.
Das heißt, die Öffnungszeit und die Schließzeit des Einlassventils und des Auslassventils werden gesteuert, um dadurch die Kraftstoffeffizienz unter einer Teillastbedingung und die Antriebsleistung unter einer Hochlastbedingung zu verbessern. Außerdem kann eine Startkraftstoffmenge durch Erhöhung eines bestehenden Verdichtungsverhältnisses reduziert werden, und das Abgas kann durch Verkürzen der Zeit zum Erwärmen eines Katalysators reduziert werden.
Außerdem kann die Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit-Vorrichtung durch eine Vorrichtung in offener fester Form an dem Einlass ersetzt werden, und die Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer-Vorrichtung kann durch einen feststehenden Nocken an dem Auslass ersetzt werden, so dass die Herstellungskosten reduziert werden können.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Blockschema eines Systems zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Motors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht eines Einlasses, an dem eine Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer-Vorrichtung montiert ist, und eines Auslasses, an dem eine Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit-Vorrichtung montiert ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3A und 3B Flussdiagramme eines Verfahrens zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Motors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 Diagramme, welche die Öffnungsdauer, die Öffnungszeit und die Schließzeit eines Einlassventils in Abhängigkeit von einer Motorlast und einer Motordrehzahl darstellen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
5 Diagramme, welche die Öffnungsdauer, die Öffnungszeit und die Schließzeit eines Auslassventils in Abhängigkeit von einer Motorlast und einer Motordrehzahl darstellen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung zu beschränken. Es versteht sich, dass durch die Zeichnung hinweg die entsprechenden Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wurden nur bestimmte Ausführungsformen der Erfindung einfach anhand der Erläuterung gezeigt und beschrieben. Wie technisch versierte Fachleute realisieren würden, können die beschriebenen Ausführungsformen in unterschiedlicher Weise modifiziert werden, ohne von dem Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen.
Durch die Beschreibung und die folgenden Ansprüche hinweg sind, wenn nicht explizit das Gegenteil beschrieben ist, die Begriffe „aufweisen“ und Variationen, wie „aufweist“ oder „aufweisend“ so zu verstehen, dass sie den Einschluss von genannten Elementen, nicht aber den Ausschluss irgendwelcher anderer Elemente implizieren.
Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere ähnliche Begriffe, wie hierin verwendet werden, allgemeine Kraftfahrzeuge, einschließlich Hybridfahrzeuge, Steckdosen-Hybrid-Elektrofahrzeuge und andere Fahrzeuge mit Alternativkraftstoff (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Rohstoffen als Erdöl stammen) umfasst. Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybrid-Elektrofahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen, zum Beispiel einen Benzinantrieb und einen Elektroantrieb aufweist.
Außerdem versteht es sich, dass einige der Verfahren von wenigstens einer Steuereinrichtung ausgeführt werden können. Der Begriff Steuereinrichtung bezeichnet eine Hardware-Vorrichtung, die einen Speicher und einen Prozessor aufweist, welcher derart konfiguriert ist, dass er einen oder mehrere Schritte ausführt, die als dessen algorithmische Struktur ausgelegt werden sollten. Der Speicher ist derart konfiguriert, dass er algorithmische Schritte speichert, und der Prozessor ist speziell derart konfiguriert, dass er die algorithmischen Schritte ausführt, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, welche unten weiter beschrieben sind.
Ferner kann die Steuerlogik gemäß der vorliegenden Erfindung als nichtvergängliches computerlesbares Medium auf einem computerlesbaren Medium ausgestaltet sein, das ausführbare Programminstruktionen enthält, die von einem Prozessor, einer Steuereinrichtung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele der computerlesbaren Medien umfassen, jedoch sind nicht darauf beschränkt, ROM, RAM, CD-ROMs, Magnetbänder, Disketten, Speichersticks, Chipkarten und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Speichermedium kann auch in netzwerkgekoppelten Computersystemen verteilt werden, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise, z.B. durch einen Telematikserver oder ein Steuerbereichsnetzwerk (CAN) gespeichert und ausgeführt wird.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die Zeichnung eine Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, weist ein System zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Motors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einen Datendetektor 10, einen Nockenwellenpositionssensor 20, eine Steuereinrichtung 30, eine Einlass-Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer(CVVD)-Vorrichtung 40, eine Einlass-Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit(CVVT)-Vorrichtung 45, eine Auslass-Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer(CVVD)-Vorrichtung 50 und eine Auslass-Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit(CVVT)-Vorrichtung 55 auf.
Der Datendetektor 10 erfasst Daten bezogen auf einen Fahrzustand des Fahrzeuges zur Steuerung der CVVD-Vorrichtungen und der DVVT-Vorrichtungen und weist einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11, einen Motordrehzahlsensor 12, einen Öltemperatursensor 13, einen Luftstromsensor 14 und einen Gaspedalpositionssensor 15 auf.
Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 11 erfasst eine Fahrzeuggeschwindigkeit, überträgt ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 30 und ist an einem Rad des Fahrzeuges montiert.
Der Motordrehzahlsensor 12 erfasst eine Drehzahl des Motors aus einem Phasenwechsel einer Kurbelwelle und überträgt ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 30.
Der Öltemperatursensor (OTS) 13 erfasst eine Temperatur von Öl, das durch ein Ölsteuerventil (OCV) hindurchströmt, und überträgt ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 30.
Die von dem Öltemperatursensor 13 erfasste Öltemperatur kann durch Ermitteln einer Kühlmitteltemperatur mittels eines Kühlmitteltemperatursensors, der in einer Kühlmittelpassage eines Ansaugkrümmers montiert ist, gemessen werden. Daher kann in dieser Ausführungsform der Öltemperatursensor 13 einen Kühlmitteltemperatursensor umfassen, und die Öltemperatur sollte als Kühlmitteltemperatur verstanden werden.
Der Luftstromsensor 14 erfasst eine Luftmenge, die in den Ansaugkrümmer angesaugt wird, und überträgt ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 30.
Der Gaspedalpositionssensor 15 erfasst ein Maß, mit dem ein Fahrer ein Gaspedal drückt, und überträgt ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 30. Der Positionswert des Gaspedals kann 100% sein, wenn das Gaspedal vollständig gedrückt ist, und der Positionswert des Gaspedals kann 0% sein, wenn das Gaspedal gar nicht gedrückt ist.
Ein Drosselklappenpositionssensor (TPS), der in einem Ansaugrohr montiert ist, kann anstelle des Gaspedalpositionssensors 15 verwendet werden. Daher kann in dieser Ausführungsform der Gaspedalpositionssensor 15 einen Drosselklappenpositionssensor umfassen, und der Positionswert des Gaspedals sollte als ein Öffnungswert der Drosselklappe verstanden werden.
Der Nockenwellenpositionssensor 20 erfasst eine Änderung eines Nockenwellenwinkels und überträgt ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung 30.
Wie in 2 gezeigt, ist die Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer-Vorrichtung 40 mittels einer Vorrichtung in fester Form an dem Einlass montiert, und die Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit-Vorrichtung 55 ist mittels eines feststehenden Nockens an dem Auslass montiert.
Dementsprechend sind gemäß der Ausführungsform der Erfindung die Einlassventilöffnungs(IVO)-Zeit und die Auslassventilöffnungsdauer (EVD) festgelegt. Zum Beispiel ist es für den Kraftstoffverbrauch vorteilhaft, dass die IVO-Zeit einen Wert in der Nähe des oberen Totpunktes in den meisten Teillastbereichen hat, so dass die IVO-Zeit als 0–10 Grad vor dem oberen Totpunkt festgelegt werden kann. Ferner werden der Kraftstoffverbrauch und die Hochgeschwindigkeitsleistung verbessert, wenn die EVD lange dauert, so dass die EVD als 210–230 Grad festgelegt werden kann.
Die Einlass-Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer(CVVD)-Vorrichtung 40 steuert eine Öffnungszeit eines Einlassventils des Motors entsprechend einem Signal von der Steuereinrichtung 30.
Die Auslass-Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit(CVVT)-Vorrichtung 55 steuert die Öffnungs- und Schließzeit des Auslassventils des Motors entsprechend einem Signal von der Steuereinrichtung 30.
Die Steuereinrichtung 30 klassifiziert eine Mehrzahl von Steuerungsbereichen in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl und einer Motorlast basierend auf Signalen von dem Datendetektor 10 und dem Nockenwellenpositionssensor 20 und steuert die Einlass-CVVD-Vorrichtung 40 und die Auslass-CVVT-Vorrichtung 55 entsprechend dem Steuerungsbereich. Hierin kann die Mehrzahl von Steuerungsbereichen in sechs Bereiche klassifiziert werden.
Wie oben beschrieben, sind die IVO-Zeit und die EVD festgelegt, so dass die Steuereinrichtung 30 die Einlassventilschließ(IVC)-Zeit und die Auslassventilschließ(EVC)-Zeit durch die Einlass-Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer(CVVD)-Vorrichtung 40 und die Auslass-Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit(CVVT)-Vorrichtung 55 steuern kann. Das heißt, die Auslassventilöffnungs(EVO)-Zeit kann in Abhängigkeit von der Auslassventilöffnungsdauer (EVD) ermittelt werden, wenn die Auslassventilschließ(EVC)-Zeit gesteuert wird.
Die Steuereinrichtung 30 verwendet eine maximale Öffnungsdauer für ein Einlassventil und begrenzt eine Überdeckung mit einem Auslassventil in einem ersten Steuerungsbereich, verwendet die maximale Öffnungsdauer für das Einlassventil und stellt die Überdeckung mittels einer Auslassventilschließ(EVC)-Zeit in einem zweiten Steuerungsbereich ein, rückt eine Einlassventilschließ(IVC)-Zeit in einem dritten Steuerungsbereich vor, nähert die Einlassventilschließ(IVC)-Zeit an den unteren Totpunkt in einem vierten Steuerungsbereich an, steuert eine Volllast (WOT) und die Einlassventilschließ(IVC)-Zeit nach dem unteren Totpunkt in einem fünften Steuerungsbereich, und steuert die Volllast (WOT) und rückt die Einlassventilschließ(IVC)-Zeit in einem sechsten Steuerungsbereich vor.
Zu diesen Zwecken kann die Steuereinrichtung 30 als wenigstens ein Prozessor realisiert sein, der von einem vorbestimmten Programm betrieben wird, und das vorbestimmte Programm kann programmiert werden, um jeden Schritt eines Verfahrens zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Motor mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchzuführen.
Verschiedene hierin beschriebenen Ausführungsformen können in einem Aufzeichnungsmedium realisiert werden, das zum Beispiel von einem Computer oder einem ähnlichen Gerät mittels einer Software, einer Hardware oder einer Kombination davon gelesen werden kann.
Die Hardware der hierin beschriebenen Ausführungsformen kann durch wenigstens eines von anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs), digitalen Signalprozessoren (DSPs), digitalen Signalverarbeitungsvorrichtungen (DSPDs), programmierbaren Logikvorrichtungen (PLDs), feldprogrammierbaren Gatteranordnungen (FPGAs), Prozessoren, Steuereinrichtungen, Mikrosteuereinrichtungen, Mikroprozessoren und elektrischen Einheiten zum Durchführen anderer Funktionen realisiert werden.
Die Software, wie Verfahren und Funktionen der beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung, können durch separate Software-Module realisiert werden. Jedes der Software-Module kann eine oder mehrere Funktionen und Operationen ausführen, die in den Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Software-Code kann durch eine Software-Anwendung realisiert werden, die in einer geeigneten Programmsprache geschrieben ist.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die 3A bis 5 ein Verfahren zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Motors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausführlich beschrieben.
In den 4 und 5 stellen ein IVD-Kennfeld und ein EVD-Kennfeld einen Kurbelwinkel dar, ein IVO-Zeit-Kennfeld stellt einen Winkel vor dem oberen Totpunkt dar, ein IVC-Zeit-Kennfeld stellt einen Winkel nach dem unteren Totpunkt dar, ein EVO-Zeit-Kennfeld stellt einen Winkel vor dem unteren Totpunkt dar, und ein EVC-Zeit-Kennfeld stellt einen Winkel nach dem oberen Totpunkt dar.
Wie in den 3A und 3B gezeigt, beginnt ein Verfahren zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Motors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Schritt S100 mit dem Klassifizieren einer Mehrzahl von Steuerungsbereichen in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl und einer Motorlast durch die Steuereinrichtung 30.
Die Steuereinrichtung 30 kann Steuerungsbereiche klassifizieren, wie einen ersten Steuerungsbereich, wenn die Motorlast kleiner als eine erste vorbestimmte Last ist, einen zweiten Steuerungsbereich, wenn die Motorlast größer als oder gleich wie die erste vorbestimmte Last und kleiner als eine zweite vorbestimmte Last ist, und einen dritten Steuerungsbereich, wenn die Motorlast größer als oder gleich wie die zweite vorbestimmte Last und kleiner als eine dritte vorbestimmte Last ist. Außerdem kann die Steuereinrichtung 30 Steuerungsbereiche klassifizieren, wie einen vierten Steuerungsbereich, wenn die Motorlast größer als oder gleich wie die zweite vorbestimmte Last ist, und die Motordrehzahl größer als oder gleich wie eine erste vorbestimmte Drehzahl und kleiner als eine zweite vorbestimmte Drehzahl ist, einen fünften Steuerungsbereich, wenn die Motorlast größer als oder gleich wie die dritte vorbestimmte Last ist, und die Motordrehzahl kleiner als die erste vorbestimmte Drehzahl ist, und einen sechsten Steuerungsbereich, wenn die Motorlast größer als oder gleich wie die dritte vorbestimmte Last ist, und die Motordrehzahl größer als oder gleich wie die zweite vorbestimmte Drehzahl ist.
Wenn in Schritt S100 die Steuerungsbereiche entsprechend der Motorlast und der Motordrehzahl klassifiziert sind, ermittelt die Steuereinrichtung 30 in Schritt S110, ob ein momentaner Motorzustand zu dem ersten Steuerungsbereich gehört.
Wenn in Schritt S110 der momentane Motorzustand zu dem ersten Steuerungsbereich gehört, verwendet die Steuereinrichtung 30 in S120 eine maximale Öffnungsdauer für das Einlassventil und begrenzt eine Überdeckung mit dem Auslassventil.
Wie oben beschrieben, ist die IVO-Zeit auf 0–10 Grad vor dem oberen Totpunkt festgelegt, so dass es für den Kraftstoffverbrauch vorteilhaft ist, dass die Steuereinrichtung 30 die IVC-Zeit in dem ersten Steuerungsbereich nachrückt, wenn der Motor eine niedrige Last hat. Dementsprechend kann, wie in 4 gezeigt, die Steuereinrichtung 30 die IVC-Zeit auf etwa 100–110 Grad nach dem unteren Totpunkt nachrückt, um die späte Einlassventilschließ(LIVC)-Position zu erhalten.
Außerdem kann die Steuereinrichtung 30 die Überdeckung durch Verschieben der EVC-Zeit in eine Richtung nach dem oberen Totpunkt und Setzen der EVC-Zeit als einen Maximalwert begrenzen, um die Verbrennungsstabilität zu erhalten.
Wenn in Schritt S110 der momentane Motorzustand nicht zu dem ersten Steuerungsbereich gehört, ermittelt die Steuereinrichtung 30 in S130, ob der momentane Motorzustand zu dem zweiten Steuerungsbereich gehört.
Wenn in Schritt S130 der momentane Motorzustand zu dem zweiten Steuerungsbereich gehört, verwendet die Steuereinrichtung 30 in Schritt S140 die maximale Öffnungsdauer für das Einlassventil und steuert die Überdeckung mittels der EVC-Zeit.
Das heißt, die Steuereinrichtung 30 kann die EVC-Zeit in eine Richtung nach dem oberen Totpunkt nachrücken, bis die Motorlast ansteigt und die vorbestimmte Last erreicht, um die Überdeckung zu vergrößern.
Hierin vergrößert sich die Überdeckung und verringert sich das Einlasspumpen, wenn die EVC-Zeit nach dem oberen Totpunkt gesteuert wird, jedoch ist gemäß der Ausführungsform der Erfindung die Auslassöffnungsdauer festgelegt, und die EVO-Zeit ist nahe an dem unteren Totpunkt, so dass sich das Auslasspumpen erhöhen kann. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung 30 die vergrößerte Überdeckung durch Vorrücken der EVC-Zeit in eine Schließposition reduzieren, wenn die Motorlast auf mehr als die vorbestimmte Last erhöht wird.
Ferner kann die Steuereinrichtung 30 die späte Einlassventilschließ(LIVC)-Position durch Verwendung des Einlasses als eine maximale Öffnungsdauer zur Verhinderung des Klopfens entsprechend einer Erhöhung der Motorlast wie im ersten Steuerungsbereich halten.
Wenn in Schritt S130 der momentane Motorzustand nicht zu dem zweiten Steuerungsbereich gehört, ermittelt die Steuereinrichtung 30 in Schritt S150, ob der momentane Motorzustand zu dem dritten Steuerungsbereich gehört.
Wenn in Schritt S150 der momentane Motorzustand zu dem dritten Steuerungsbereich gehört, rückt die Steuereinrichtung 30 in Schritt S160 die IVC-Zeit vor.
Da die IVC-Zeit auf die LIVC-Position (zum Beispiel einen Winkel von 100–110 Grad nach dem unteren Totpunkt) in dem ersten und dem zweiten Steuerungsbereich gesteuert wird, kann das Klopfen erzeugt werden, wenn die Motorlast erhöht wird. Dementsprechend kann die Kraftstoffeffizienz verschlechtert werden, da der Ladedruck erhöht wird und das Klopfen verstärkt wird. Um den oben genannten Effekt zu verhindern, rückt die Steuereinrichtung 30 die IVC-Zeit vor.
Zu diesem Zeitpunkt kann, wie in 4 gezeigt, die Steuereinrichtung 30 die IVC-Zeit schnell nahe an den unteren Totpunkt vorrücken, wenn die Motordrehzahl kleiner als oder gleich wie eine vorbestimmte Drehzahl ist, und kann die IVC-Zeit auf einen Winkel von 30–50 Grad nach dem unteren Totpunkt langsam vorrücken, wenn die Motordrehzahl größer als die vorbestimmte Drehzahl ist, um die Charakteristik des Turbomotors zu reflektieren. Die vorbestimmte Drehzahl kann 1500 U/min sein.
Wenn in Schritt S150 der momentane Motorzustand nicht zu dem dritten Steuerungsbereich gehört, ermittelt die Steuereinrichtung 30 in S170, ob der momentane Motorzustand zu dem vierten Steuerungsbereich gehört.
Wenn in Schritt S170 der momentane Motorzustand zu dem vierten Steuerungsbereich gehört, nähert die Steuereinrichtung 30 in Schritt 180 die IVC-Zeit an den unteren Totpunkt an.
Der vierte Steuerungsbereich kann ein Niedrigdrehzahlladebereich derart sein, dass die Motorlast größer als oder gleich wie die zweite vorbestimmte Last ist, und die Motordrehzahl größer als oder gleich wie die erste vorbestimmte Drehzahl und kleiner als die zweite vorbestimmte Drehzahl ist. Zum Beispiel kann die vorbestimmte Drehzahl 1500 U/min sein, und die zweite vorbestimmte Drehzahl kann 2500 U/min sein.
Die Steuereinrichtung 30 steuert die IVC-Zeit nahe an den unteren Totpunkt, um dadurch die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Außerdem kann die Steuereinrichtung 30 die Ventilüberdeckung durch Annäherung der EVC-Zeit an den oberen Totpunkt verhindern. Dementsprechend kann eine kurze Einlassöffnungsdauer (z.B. 180 Grad) in dem vierten Steuerungsbereich verwendet werden.
Wenn in Schritt S170 der momentane Motorzustand nicht zu dem vierten Steuerungsbereich gehört, ermittelt die Steuereinrichtung 30 in Schritt S190, ob der momentane Motorzustand zu dem fünften Steuerungsbereich gehört.
Wenn in Schritt S190 der momentane Motorzustand zu dem fünften Steuerungsbereich gehört, öffnet die Steuereinrichtung 30 in Schritt S200 eine Drosselklappe vollständig und steuert die IVC-Zeit nach den unteren Totpunkt.
In dem Turbomotor wird, wenn bei der Motordrehzahl von kleiner als die erste vorbestimmte Drehzahl (z.B. 1500 U/min) die Drosselklappe auf Volllast (WOT) gesteuert wird, der Einlassöffnungsdruck durch Aufladung höher als der Auslassöffnungsdruck. Daher ist der Effekt einer Spülungserscheinung, bei welchem Verbrennungsgas des Auslasses abgegeben wird, in dem Turbomotor im Vergleich zu einem Saugmotor bedeutend.
Dementsprechend kann, wie in 4 gezeigt, die Steuereinrichtung 30 die IVC-Zeit auf einen Winkel von 0–20 Grad nach den unteren Totpunkt steuern, um die Spülung zu erzeugen. Jedoch kann in der Ausführungsform der Erfindung, da die IVO-Zeit festgelegt ist, der Spülungseffekt nicht groß sein, obwohl die IVC-Zeit nach den unteren Totpunkt gesteuert wird.
Um den Spülungseffekt zu überhöhen, sollte die EVO-Zeit nach den unteren Totpunkt nachgerückt werden. In der Ausführungsform der Erfindung ist die Auslassöffnungsdauer festgelegt, und die EVC-Zeit wird nachgerückt, wenn die EVO-Zeit nachgerückt wird, so dass sich die Überdeckung vergrößern kann. Dementsprechend kann sich die Motorleistung in dem fünften Steuerungsbereich verringern.
Wenn in Schritt S190 der momentane Motorzustand nicht zu dem fünften Steuerungsbereich gehört, ermittelt die Steuereinrichtung 30 in Schritt S210, ob der momentane Motorzustand zu dem sechsten Steuerungsbereich gehört.
Wenn in Schritt S210 der momentane Motorzustand zu dem sechsten Steuerungsbereich gehört, öffnet die Steuereinrichtung 30 in Schritt 220 die Drosselklappe vollständig und rückt die IVC-Zeit vor.
Wenn die WOT-Steuerung bei einer hohen Drehzahl durchgeführt wird, wird in einem Saugmotor das Klopfen kaum erzeugt, jedoch kann in dem Turbomotor das Klopfen verstärkt werden. Daher kann, wie in 4 gezeigt, die Steuereinrichtung 30 die IVC-Zeit innerhalb eines Winkels von 50 Grad nach dem unteren Totpunkt vorrücken, um das Klopfen durch Verringerung des Ladedruckes zu reduzieren.
Ferner geht, wenn in dem sechsten Steuerungsbereich die Motordrehzahl größer als die zweite vorbestimmte Drehzahl (z.B. 2500 U/min) ist, die Spülungserscheinung verloren, da der Auslassöffnungsdruck viel höher als der Einlassöffnungsdruck ist. Daher nähert, wie in 5 gezeigt, die Steuereinrichtung 30 die EVC-Zeit an den oberen Totpunkt an, um eine Überdeckung zu verhindern. Zu diesem Zeitpunkt kann, obwohl die Auslassöffnungsdauer festgelegt ist, die EVC-Zeit gesteuert werden, da die EVC-Zeit auf einen Winkel von 30 Grad vor dem unteren Totpunkt vorgerückt ist.
Wie oben beschrieben, werden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Öffnungsdauer und die Öffnungs/Schließzeit des kontinuierlich variablen Ventils gleichzeitig gesteuert, so dass der Motor unter verbesserten Bedingungen gesteuert werden kann.
Das heißt, die Öffnungszeit und die Schließzeit des Einlassventils und des Auslassventils werden optimal gesteuert, um dadurch die Kraftstoffeffizienz unter einer Teillastbedingung und die Antriebsleistung unter einer Hochlastbedingung zu verbessern. Außerdem kann eine Startkraftstoffmenge durch Erhöhung eines bestehenden Verdichtungsverhältnisses reduziert werden, und das Abgas kann durch Verkürzen der Zeit zum Erwärmen eines Katalysators reduziert werden.
Außerdem kann die Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit-Vorrichtung durch eine Vorrichtung in offener fester Form an dem Einlass weggelassen werden, und die Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer-Vorrichtung kann durch einen feststehenden Nocken an dem Auslass weggelassen werden, so dass die Herstellungskosten erheblich reduziert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2005-0176782 [0001]

Claims

Verfahren zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Turbomotors, der mit einer Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer(CVVD)-Vorrichtung an einem Einlass und einer Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit(CVVT)-Vorrichtung an einem Auslass versehen ist, wobei das Verfahren aufweist: Klassifizieren einer Mehrzahl von Steuerungsbereichen in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl und einer Motorlast (S100); Verwenden einer maximalen Öffnungsdauer für ein Einlassventil und Begrenzen einer Überdeckung mit einem Auslassventil in einem ersten Steuerungsbereich (S120); Verwenden der maximalen Öffnungsdauer für das Einlassventil und Einstellen der Überdeckung mittels einer Auslassventilschließ(EVC)-Zeit in einem zweiten Steuerungsbereich (S140); Vorrücken einer Einlassventilschließ(IVC)-Zeit in einem dritten Steuerungsbereich; Annähern der Einlassventilschließ(IVC)-Zeit an den unteren Totpunkt in einem vierten Steuerungsbereich (S180); Steuern einer Volllast (WOT) und Steuern der Einlassventilschließ(IVC)-Zeit auf nach dem unteren Totpunkt in einem fünften Steuerungsbereich (S200); und Steuern der Volllast (WOT) und Vorrücken der Einlassventilschließ(IVC)-Zeit in einem sechsten Steuerungsbereich (S220).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in dem ersten Steuerungsbereich die Überdeckung durch Nachrücken der IVC-Zeit auf einen IVC-Maximalwert und Setzen der EVC-Zeit auf einen EVC-Maximalwert begrenzt wird, um die Verbrennungsstabilität zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem zweiten Steuerungsbereich die Überdeckung durch Nachrücken der EVC-Zeit vergrößert wird, bis die Motorlast eine vorbestimmte Last erreicht, und durch Vorrücken der EVC-Zeit reduziert wird, wenn die Motorlast auf mehr als die vorbestimmte Last erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem dritten Steuerungsbereich die IVC-Zeit nahe an den unteren Totpunkt vorgerückt wird, wenn die Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl ist, und die IVC-Zeit auf nach dem unteren Totpunkt vorgerückt wird, wenn die Motordrehzahl über der vorbestimmten Drehzahl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem vierten Steuerungsbereich die IVC-Zeit an den unteren Totpunkt angenähert wird, und die EVC-Zeit an den oberen Totpunkt angenähert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in dem sechsten Steuerungsbereich das Annähern der EVC-Zeit an den oberen Totpunkt die Überdeckung verhindert.
System zur Steuerung der Ventil-Öffnungs/Schließzeit eines Motors mit kontinuierlich variabler Ventilöffnungsdauer, der mit einem Turbolader versehen ist, wobei das System aufweist: einen Datendetektor (10) zum Erfassen von Daten bezogen auf einen Fahrzustand eines Fahrzeuges; einen Nockenwellenpositionssensor (20) zum Erfassen einer Position einer Nockenwelle; eine Einlass-Kontinuierlich-variable-Ventilöffnungsdauer(CVVD)-Vorrichtung (40) zur Steuerung einer Öffnungszeit eines Einlassventils des Motors; eine Auslass-Kontinuierlich-variable-Ventil-Öffnungs/Schließzeit(CVVT)-Vorrichtung (55) zur Steuerung einer Öffnungs- und Schließzeit eines Auslassventils des Motors; und eine Steuereinrichtung (30), die derart konfiguriert ist, dass sie eine Mehrzahl von Steuerungsbereichen in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl und einer Motorlast basierend auf Signalen von dem Datendetektor (10) und dem Nockenwellenpositionssensor (20) klassifiziert und die Einlass-CVVD-Vorrichtung (40) und die Auslass-CVVT-Vorrichtung (55) entsprechend jedem Steuerungsbereich steuert, wobei die Steuereinrichtung (30) in einem ersten Steuerungsbereich eine maximale Öffnungsdauer für das Einlassventil verwendet und eine Überdeckung mit einem Auslassventil begrenzt, in einem zweiten Steuerungsbereich die maximale Öffnungsdauer für das Einlassventil verwendet und die Überdeckung mittels einer Auslassventilschließ(EVC)-Zeit einstellt, in einem dritten Steuerungsbereich eine Einlassventilschließ(IVC)-Zeit vorrückt, in einem vierten Steuerungsbereich die Einlassventilschließ(IVC)-Zeit an den unteren Totpunkt annähert, in einem fünften Steuerungsbereich eine Volllast (WOT) und die Einlassventilschließ(IVC)-Zeit nach dem unteren Totpunkt steuert, und in einem sechsten Steuerungsbereich die Volllast (WOT) steuert und die Einlassventilschließ(IVC)-Zeit vorrückt.
System nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung (30) in dem ersten Steuerungsbereich die IVC-Zeit auf einen IVC-Maximalwert nachrückt und die EVC-Zeit auf einen EVC-Maximalwert setzt, um die Verbrennungsstabilität zu erhalten.
System nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuereinrichtung (30) in dem zweiten Steuerungsbereich die Überdeckung durch Nachrücken der EVC-Zeit vergrößert, bis die Motorlast eine vorbestimmte Last erreicht, und die Überdeckung durch Vorrücken der EVC-Zeit reduziert, wenn die Motorlast über die vorbestimmte Last erhöht wird.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Steuereinrichtung (30) in dem dritten Steuerungsbereich die IVC-Zeit nahe an den unteren Totpunkt vorrückt, wenn die Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl ist, und die IVC-Zeit auf nach den unteren Totpunkt vorrückt, wenn die Motordrehzahl über der vorbestimmten Drehzahl ist.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Steuereinrichtung (30) in dem vierten Steuerungsbereich die IVC-Zeit an den unteren Totpunkt und die EVC-Zeit an den oberen Totpunkt annähert.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Steuereinrichtung (30) in dem sechsten Steuerungsbereich die EVC-Zeit an den oberen Totpunkt annähert, um die Überdeckung zu verhindern.