DE102018119458A1

DE102018119458A1 - Verfahren zur durchführung von einlassnockenhubzustandsübergängen

Info

Publication number: DE102018119458A1
Application number: DE102018119458.7A
Authority: DE
Inventors: Christopher E. Whitney; David N. HAYDEN
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2019-02-14
Also published as: CN109386337B; US20190048806A1; US10352253B2; CN109386337A

Abstract

Ein Verfahren zum Übergang zwischen zwei Einlassventilhubzuständen unter Bereitstellung eines konstanten Motordrehmoments umfasst die Schritte des Empfangens einer Hubänderungsanforderung von einer Motorsteuervorrichtung, des Bestimmens der aktuellen Phasenwinkel der Nockenwellen und des Bestimmens, ob sich die Einlass- und Auslassnockenwellen in Übergangspositionen befinden. Die Übergangspositionen sind exemplarisch und empirisch ermittelte Kombinationen von Betriebsbedingungen, die zu einem konstanten Motordrehmoment vor und nach dem Übergang des Einlassventilhubs führen. Ist dies der Fall, erfolgt ein geeigneter Übergang der Einlassventile, d. h. von niedrig zu hoch oder von hoch zu niedrig. Ist dies nicht der Fall, bewegen die Nockenversteller die Einlass- und Auslassnockenwellen in die Übergangspositionen. Wenn die Nockenversteller die Einlass- und Auslassnockenwellen in die Übergangspositionen bewegt haben, d. h. Positionen mit einem konstanten Motordrehmoment, wechselt der Einlassventilhub von hoch nach niedrig oder niedrig nach hoch.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren für den Übergang zwischen zwei Einlassnockenhubzuständen eines Verbrennungsmotors und insbesondere auf ein Verfahren für den Übergang zwischen einem ersten und einem zweiten Einlassnockenhubzustand eines Verbrennungsmotors, das ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment bereitstellt.
HINTERGRUND
Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, die die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können oder auch nicht.
Variable Ventilsteuerung und variabler Ventilhub sind derzeit verfügbar und beruhen auf Ansätzen zur Verbesserung der Leistung des Verbrennungsmotors und des Kraftstoffverbrauchs. Im Großen und Ganzen werden diese Ziele durch eine Anpassung der Motorleistung an die aktuellen Drehmomentanforderungen erreicht. Das heißt, bei hohen Anforderungen an das Drehmoment des Fahrers, wie beispielsweise das Beschleunigen auf einer Schnellstraße, werden Ventilsteuerung und Hub so eingestellt, dass eine maximale Leistungsabgabe und damit Leistung erreicht wird. Insbesondere wird in einem zweistufigen Ventilhubsystem ein hochprofilierter (Hub) Nocken verwendet, der einen maximalen Ventilhub und eine maximale Öffnungszeit bietet, wenn ein maximales Motordrehmoment erforderlich ist. Während der Fahrt mit einer konstanten Geschwindigkeit werden Ventilsteuerung und Hub so eingestellt, dass eine maximale Kraftstofferspamis erreicht wird. Wiederum wird in einem zweistufigen Ventilhubsystem ein niedrig profilierter (Hub) Nocken verwendet, der eine reduzierte Ventilhub- und Öffnungszeit und einen verbesserten Kraftstoffverbrauch ermöglicht
Das Vorhandensein und die Nutzung dieser beiden Variablen (Hub und Zeitverhalten) und die beiden Grenzen ihrer Einstellung (hoch und niedrig bei Hub und fortgeschritten und verzögert bei Zeitverhalten) werfen schnell die Frage auf, wann, d. h. unter welchen Bedingungen und mit welchen elektronischen und mechanischen Mitteln, die Zustände dieser beiden Variablen angepasst werden können, um ein oder mehrere technische und Leistungsziele zu erreichen.
Neben den direkten und inhärenten Betriebsaspekten derartiger Vorrichtungen gibt es auch Folgeaspekte. Wenn beispielsweise ein System Betriebsbedingungen erfasst, die eine Änderung des Ventilhubs oder der Ventilsteuerung erfordern, können andere Betriebsbedingungen einer derartigen Änderung nicht förderlich sein oder durch eine derartige Änderung beeinträchtigt werden. Das ultimative Kriterium, ob eine Änderung vorgenommen werden kann oder sollte, ist im Allgemeinen die Gesamtfahrzeugleistung und ob ein Fahrer anomale Bedingungen oder Transienten in der Motorleistung erfahren würde. Daher sollten derartige Änderungen oder Anpassungen ohne spürbare Verminderung oder Erhöhung der Motorleistung vorgenommen werden.
In der Praxis erfordert das Erreichen eines reibungslosen Ventilhubzustands oder eines Ventilsteuerungsübergangs oft eine vorübergehende Anpassung an andere Motorbetriebssysteme und -parameter. So kann beispielsweise eine kurzzeitige Funkenverzögerung zur Glättung des Übergangs genutzt werden, was jedoch auch nachteilige Auswirkungen hat. Eine weitere Möglichkeit, auch mit nachteiligen Folgen, besteht darin, eine verriegelte Drehmomentwandlerkupplung kurzzeitig zu entriegeln.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit einem Verfahren des Übergangs zwischen hohen und niedrigen und niedrigen und hohen Einlassventilhubzuständen bei einem konstanten Motordrehmoment, sodass diese Übergänge sowohl weich als auch für den Fahrzeugführer im Wesentlichen unmerklich sind. Das Verfahren umfasst die Schritte des Empfangens einer Schaltanforderung von einem Motorsteuermodul (ECM) oder einer ähnlichen Steuervorrichtung, das Ermitteln der momentanen Positionen der Ein- und Auslassnocken, d. h. der Phasenwinkel der Nockenwellen, und damit, ob sich die Ein- und Auslassnocken in Übergangspositionen befinden. Die Übergangspositionen sind empirisch ermittelte Kombinationen von Betriebsbedingungen, die zu einem konstanten Motordrehmoment vor, während und nach dem Übergang des Einlassventilhubs führen. Wenn Nockenwellen so positioniert sind, fordert das Verfahren einen geeigneten, d. h. niedrigen zu hohen oder hohen zu niedrigen Nockenhubzustandsübergang der Einlassventile. Wenn dies nicht der Fall ist, fordert das Verfahren, dass die Ein- und Auslassnockenwellenversteller und Nockenwellen durch Betätigen der Nockenwellenversteller in Übergangspositionen verfahren werden. Wenn die Nockenwellenversteller die Einlass- und Auslassnockenwellen in die Übergangspositionen bewegt haben, löst die Anforderung des Hubzustandsübergangs den Hubzustandsübergang aus, um den Einlassventilhub von hoch auf niedrig oder von niedrig auf hoch zu ändern.
Die Anwendung und Nutzung der vorliegenden Offenbarung in modernen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor führt zu einer verbesserten Fahrbarkeit durch die sanften Übergänge zwischen den Ventilhubzuständen und zu einem verbesserten Kraftstoffverbrauch, da erstens das Verfahren vorzugsweise keine Funkenverzögerung zur Glättung der Übergänge verwendet und zweitens die Drehmomentwandlerkupplung während dieser Übergänge blockiert bleiben kann. Dies ergibt sich, wie vorstehend erwähnt, aus dem Übergang zwischen einem hohen und einem niedrigen oder einem niedrigen und einem hohen Einlassventilhub bei einem konstanten Motordrehmoment.
Daher ist es ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren für den Übergang von einem ersten Nockenhubzustand zu einem zweiten Nockenhubzustand vorzusehen.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren für den Übergang von einem ersten Nockenhubzustand zu einem zweiten Nockenhubzustand bei einem im Wesentlichen konstanten Motordrehmoment vorzusehen.
Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren für den Übergang von einem hohen Nockenhubzustand zu einem niedrigen Nockenhubzustand oder einem niedrigen Nockenhubzustand oder einem hohen Nockenhubzustand vorzusehen.
Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren für den Übergang von einem hohen Nockenhubzustand zu einem niedrigen Nockenhubzustand oder einem niedrigen Nockenhubzustand oder einem hohen Nockenhubzustand bei einem im Wesentlichen konstanten Motordrehmoment vorzusehen.
Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren für den Übergang von einem ersten Nockenhubzustand zu einem zweiten Nockenhubzustand unter Beibehaltung eines Drehmomentwandlers in einem verriegelten Zustand vorzusehen.
Weitere Bereiche von Aspekten, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1A ist eine schematische Darstellung eines Teils eines Verbrennungsmotors zum Ausführen der Einlassnockenhubzustandsübergänge gemäß der vorliegenden Offenbarung;
1B ist eine vergrößerte, fragmentarische Darstellung im Teilschnitt des Rastmechanismus einer Einlassnockenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine exemplarische Grafik von typischen und repräsentativen Variationen der Einlass- und Auslassventilzeiten sowie von Variationen bei hohen und niedrigen Einlasshubzuständen;
3 ist eine exemplarische Grafik, welche die typische Leistung eines Verbrennungsmotors mit variablem Ventilhub im Hoch- und Niederhubzustand veranschaulicht;
4 ist eine exemplarische Grafik mit einer Motordrehzahl (RPM) auf der horizontalen (X) Achse und Luft pro Zylinder (APC) in Milligramm auf der vertikalen (Y) Achse, welche die maximale Öffnungsposition (IMOP) des Einlassventils in Grad für eine konstante Motorleistung bei einem Ventilzustandsübergang veranschaulicht;
5 ist eine exemplarische Grafik mit einer Motordrehzahl (RPM) auf der horizontalen (X) Achse und Luft pro Zylinder (APC) in Milligramm auf der vertikalen (Y) Achse, welche die maximale Öffnungsposition (EMOP) des Auslassventils in Grad für eine konstante Motorleistung bei einem Ventilzustandsübergang veranschaulicht;
6 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens für den Übergang von Einlassventilen eines Verbrennungsmotors zwischen einem ersten Hubzustand und einem zweiten Hubzustand gemäß der vorliegenden Offenbarung;
Die 7A, 7B, 7C und 7D sind zusammenhängende Diagramme im Zeitverlauf der Betriebszustände eines Verbrennungsmotors, die zwischen einem hohen Hubzustand und einem niedrigen Hubzustand der Einlassventile gemäß der vorliegenden Offenbarung wechseln.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen zu begrenzen.
Unter Bezugnahme auf die 1A und 1B wird ein Teil eines Verbrennungsmotors, der zum Ausführen von Einlassnockenhubzustandsübergängen gemäß des vorliegenden Verfahrens konfiguriert ist, dargestellt und allgemein mit der Referenznummer 10 bezeichnet. Der Motor 10 beinhaltet mehrere Kolben- und Zylinderanordnungen 12, von denen eine in 1 veranschaulicht ist. Jeder Kolben- und Zylinderanordnung 12 ist einer Zündkerze 14 zugeordnet. Zudem ist jeder Kolben- und Zylinderanordnung 12 eine Einlassnockenwelle 16 zugeordnet. Bei einem Vier-Zylinderverbrennungsmotor 10 werden durch die Einlassnockenwellen 16 zwei Einlassventile 18 hin- und herbewegt, die über eine Einlassnockenanordnung 20 gesteuert werden.
Die Einlassnockenanordnung 20 beinhaltet zwei Paar Nocken 22 mit je einem Niedrighubnocken 24A und einem unmittelbar angrenzenden Hochhubnocken 24B. Die Nockenpaare 22 sind durch ein zylindrisches Element 26, das eine Nockenspur 28 definiert, axial getrennt oder voneinander beabstandet. Die Einlassnockenanordnung 20 beinhaltet Innenverzahnungen 32, die komplementär zu den Außenverzahnungen 34 auf der Einlassnockenwelle 16 sind und mit diesen zusammenpassen, wodurch die Einlassnockenanordnung axial auf der Einlassnockenwelle 16 verschoben werden kann, während die Einlassnockenanordnung 20 drehbar mit der Einlassnockenwelle 16 gekoppelt wird.
Wie in 1B veranschaulicht, umfasst ein Rastmechanismus 36 ein federbelastetes Kugellager 38 in der Einlassnockenwelle 16, das mit einem Paar axial angrenzender Nuten oder Kanäle in der Einlassnockenanordnung 20 zusammenwirkt, um eine positive Auswahl und Erhaltung von zwei Positionen zu gewährleisten: einer ersten, hohen Hubposition nach links und einer zweiten, niedrigen Hubposition nach rechts. Ein zweistufiges Nockenhubstellglied 40 übersetzt einen Bolzen oder Mitnehmer 42, der sich selektiv in die Nockenspur 28 erstreckt und, wenn sich die Einlassnockenwelle 16 und die Einlassnockenanordnung 20 drehen, bewirkt dies, dass die Einlassnockenanordnung 20 von einer ersten Position, die in 1 veranschaulicht ist, in der die Hochhubnocken 24B die Einlassventile 18 in eine zweite Position, die rechts von der in 1 veranschaulichten Position, in der die Niederhubnocken 24A die Einlassventile 18 betätigen, gedrückt wird.
Das Nockenhubstellglied 40 wird von einem Hubsteuermodul 44 gesteuert, das Daten und Informationen über die aktuelle Winkelposition der Einlassnockenwelle 16 von einem Phasensteuermodul 46 empfängt. Daten und Informationen von einer Reihe von Sensoren 48, wie beispielsweise einem Drehzahlmesser, einem Kurbelwinkelsensor, einem (MAP)-Sensor, einem (MAF)-Sensor, einem Drosselklappensensor (TPS), einem Kühlmitteltemperatursensor sowie weiteren Sensoren werden einem Motorsteuermodul (ECM) 50 zur Verfügung gestellt, das unter anderem Befehle an das Hubsteuermodul 44 und das Phasensteuermodul 46 bereitstellt.
Die Einlassnockenwelle 16 wird durch einen Zahnriemen oder eine Kette 52 angetrieben, die wiederum durch die Motorkurbelwelle angetrieben wird (nicht dargestellt). Die Winkelposition der Einlassnockenwelle 16 kann in Bezug auf die Motorkurbelwelle durch einen Einlassnockenwellenversteller 54 eingestellt werden, der in der Lage ist, die Position der Einlassnockenwelle 16 in Bezug auf die Motorkurbelwelle über einen begrenzten Bereich, wie nachfolgend mit Bezug auf 2 beschrieben, vor- oder zurückzustellen.
Der Zahnriemen oder die Kette 52 treiben auch eine Auslassnockenwelle 56 über einen Auslassnockenwellenversteller 58 an, der ebenfalls in der Lage ist, die Position der Auslassnockenwelle 56 in Bezug auf die Motorkurbelwelle über einen begrenzten Bereich zu verschieben oder zu verzögern. Die Auslassnockenwelle 56 beinhaltet vorzugsweise zwei Auslassnocken 62 für jede Kolben- und Zylinderanordnung 12, die direkt an der Nockenwelle 56 befestigt sind und die jeweiligen Auslassventile 64 hin- und herbewegen.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nun eine exemplarische Grafik 80 mit typischen und repräsentativen Einlass- und Auslassnocken- und Ventilsteuerungsvariationen sowie Hoch- und Niederhubeinlassnocken- und Ventilöffnungsvariationen dargestellt. Der Kurbelwellenwinkel liegt auf der horizontalen Achse (X), wobei 0° (TDC) in der Mitte der Grafik und der Ventilhub in Millimetern auf der vertikalen Achse (Y) erscheinen. Die Kurven links von der Mitte (0° Kurbelwinkel) sind Auslassventilkurven: Kurve 82 zeigt eine erweiterte Auslassventilbetätigung und Kurve 84 eine verzögerte Auslassventilbetätigung. Die Kurven rechts von der Mitte sind Einlassventilkurven: eine Kurve 86 stellt eine vorgeschobene, hochhubige Einlassventilbetätigung dar, eine Kurve 88 eine verzögerte, hochhubige Einlassventilbetätigung, eine Kurve 92 eine vorgeschobene, niedrighubige Einlassventilbetätigung und eine Kurve 94 eine verzögerte, niedrighubige Einlassventilbetätigung. Es ist zu beachten, dass bei vorgeschobenen Auslassventilen und verzögerten Einlassventilen keine Überlappung der offenen Ventile erfolgt, während bei verzögerten Auslassventilen und vorgeschobenen Einlassventilen eine signifikante Überlappung der offenen Ventile auftritt. Es ist auch zu beachten, dass der typische Unterschied zwischen vorgeschobenen und verzögerten Auslassventilen in der Größenordnung von 50° und der typische Unterschied zwischen vorgeschobenen und verzögerten Einlassventilen in der Größenordnung von 60° liegt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 zeigt eine exemplarische Betriebskarte 100 die Motordrehzahl auf der horizontalen (X) Achse und das angezeigte Motordrehmoment auf der vertikalen (Y) Achse die Betriebszustände oder Bereiche 102 und 104, in denen entweder der hochhubige Nocken- und Ventilzustand (oder Modus) oder der niedrighubige Nocken- und Ventilzustand (oder Modus) verfügbar und durchführbar sind. Eine Linie, die diese Bereiche trennt, wird durch die Zahl 106 bezeichnet. Es ist zu beachten, dass die Linie 106 obere und untere Bestandteile, eine obere, fette Linie 106A und eine untere, gestrichelte Linie 106B beinhaltet. Die obere, fettgedruckte Linie 106A stellt den Austrittsschwellenwert aus dem Niedrighubzustand 104 und die untere, gestrichelte Linie den Eintrittsschwellenwert in den Niedrighubzustand 104 dar; der Abstand zwischen den Linien 106A und 106B stellt eine Hysterese dar, die das Schwingen des Steuersystems zwischen den beiden Ventilzuständen 102 und 104 minimiert.
Es sollte verstanden werden, dass der Betrieb im hohen Nockenhub- und Ventilzustand 102 maximale Leistung bietet, während der Betrieb im niedrigen Nockenhub- und Ventilzustand 104 maximale Kraftstoffeffizienz und Wirtschaftlichkeit bietet. Während der Betrieb mit niedrigen Drehzahlen und Drehmomenten im hohen Nocken- und Ventilhubzustand 102 durchaus möglich ist, bietet der Betrieb mit hohen Drehzahlen und Drehmomenten im niedrigen Nocken- und Ventilzustand 104 nicht die erwartete und gewünschte Leistung. Daher ist es erforderlich, im entsprechenden Ventil- und Nockenzustand, entweder 102 oder 104, entsprechend den aktuellen Fahrbedingungen und Anforderungen zu arbeiten und zwischen diesen Zuständen sowohl schnell als auch mit einem absoluten Minimum an Störungen des Motordrehmoments und der Fahrzeugleistung wechseln zu können.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 4 ist es erforderlich, zwischen einem niedrigen Nocken- und Einlassventilhubzustand (die Kurven 92 und 94 von 2) und einem hohen Nocken- und Einlassventilhubzustand (die Kurven 86 und 88 von 2) oder umgekehrt unter Bedingungen zu wechseln, die ein im Wesentlichen konstantes Motordrehmoment liefern. 4 ist eine exemplarische Grafik 110 mit einer Motordrehzahl (RPM) auf der horizontalen (X) Achse und Luft pro Zylinder (APC) in Milligramm auf der vertikalen (Y) Achse, welche die maximale Öffnungsposition (IMOP) des Einlassventils in Grad darstellt, die dieses Ziel erreicht. In der Praxis ist die Grafik 110 in einer nach dem vorliegenden Verfahren verwendeten Nachschlagetabelle dargestellt und beinhaltet mehrere Linien oder Kurven, die Kombinationen von Luft pro Zylinder und Motordrehzahl darstellen, die die entsprechende maximale Öffnungsposition der Einlassventile 18 (dargestellt in 1) vorgeben, auf die der Einlassnockenversteller 54 (ebenfalls dargestellt in 1) den Einlassnocken 16 vor der hohen auf die niedrige oder niedrige auf die hohe Nocken- und Ventilhubverschiebung einstellt, um eine im Wesentlichen konstante Motordrehzahl während der Verschiebung zu erreichen. Von oben nach unten in der Grafik 110 von 4 repräsentiert die Kurve 112 120°, die Kurve 114 repräsentiert 125°, die Kurve 116 repräsentiert 130°, die Kurve 118 repräsentiert 135°, die Kurve 122 repräsentiert 140°, die Kurve 124 repräsentiert 145° und die Kurve 126 repräsentiert 150°. Es sollte verstanden werden, dass die Daten von 4 lediglich veranschaulichend sind, aus der Analyse eines bestimmten Motors abgeleitet sind und exemplarisch wiedergegeben werden. Die Werte für andere Motoren variieren je nach Motorgröße, Leistung, Aspiration, Kraftstoffart und anderen mechanischen und betrieblichen Variablen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 5 ist es zum Erreichen des gewünschten konstanten Motordrehmoments bei Übergängen von niedrigem zu hohem oder hohem zu niedrigem Nocken- und Einlassventilhub auch erforderlich, die relative Position (Phase) der Auslassventile 64 mit dem Auslassnockenwellenversteller 58 anzupassen. 5 ist auch eine exemplarische Grafik 130 mit einer Motordrehzahl (RPM) auf der horizontalen (X) Achse und Luft pro Zylinder (APC) in Milligramm auf der vertikalen (Y) Achse, welche die maximale Öffnungsposition (EMOP) des Auslassventils in Grad darstellt, die dieses Ziel erreicht. In der Praxis ist die Grafik 130 in einer nach dem vorliegenden Verfahren verwendeten Nachschlagetabelle dargestellt und beinhaltet mehrere Linien oder Kurven, die Kombinationen von Luft pro Zylinder und Motordrehzahl darstellen, die die entsprechende maximale Öffnungsposition der Auslassventile 64 (dargestellt in 1) vorgeben, auf die der Auslassnockenversteller 58 (ebenfalls dargestellt in 1) den Auslassnocken 16 vor der hohen auf die niedrige oder niedrige auf die hohe Nocken- und Ventilhubverschiebung einstellt, um eine im Wesentlichen konstante Motordrehzahl während der Verschiebung zu erreichen. Von oben rechts nach unten links in der Grafik 130 von 5 repräsentiert die Kurve 132 -105°, die Kurve 134 repräsentiert -100°, die Kurve 136 repräsentiert -95°, die Kurve 138 repräsentiert -90°, die Kurve 140 repräsentiert -85°, die Kurve 142 repräsentiert ebenfalls -90°, die Kurve 144 repräsentiert ebenfalls -95°, die Kurve 146 repräsentiert ebenfalls -100°, die Kurve 148 repräsentiert -105° und die Kurve 150 repräsentiert -110°. Auch hier sollte verstanden werden, dass die Daten von 5 lediglich veranschaulichend sind, aus der Analyse eines bestimmten Motors abgeleitet sind und exemplarisch wiedergegeben werden. Die Werte für andere Motoren variieren je nach Motorgröße, Leistung, Aspiration, Kraftstoffart und anderen mechanischen und betrieblichen Variablen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 6 veranschaulicht ein Flussdiagramm die Schritte des Verfahrens zum Ausführen von Einlassnocken- und Ventilhubzustandsübergängen, die im Allgemeinen mit der Referenznummer 160 bezeichnet sind. Das Verfahren 160 beinhaltet einen Start- oder Initialisierungsschritt 162, in dem Register gelöscht oder zurückgesetzt werden, und weitere Initialisierungsschritte, nach denen das Verfahren 160 zu einem Datenerfassungs-(Verfahrens)-schritt 164 übergeht, in dem Motorbedingungen, wie beispielsweise Drehzahl, Saugrohrluftdruck, Saugrohrmassenstrom, Kurbelwellenwinkel, Phasenwinkel 54 und 58 und andere Variablen gelesen werden, um andere Variablen, wie das angegebene Motordrehmoment (siehe 3) zu bestimmen und einen möglichen Übergang zwischen Einlassventil und Nockenhub vorzubereiten. Das Verfahren 160 trifft dann auf einen ersten Entscheidungspunkt 166, der abfragt, ob beispielsweise aufgrund von Betriebsbedingungen oder einer Anforderung des Motorsteuermoduls 50 (siehe 1) ein Hubübergang angefordert wurde. Ist dies nicht der Fall, wird der Entscheidungspunkt 166 bei NO verlassen und das Verfahren kehrt zum Datenerfassungsschritt 164 zurück.
Wenn der erste Entscheidungspunkt 166 bei JA verlassen wird, geht das Verfahren 160 zu einem zweiten Entscheidungspunkt 170 über, der abfragt, ob sich die Einlassnockenwelle 16 und die Auslassnockenwelle 56 in Positionen befinden, in denen ein Hubübergang vorgenommen werden kann. Unter „Positionen, an denen ein Hubübergang vorgenommen werden kann“ sind hier Nockenphasenpositionen zu verstehen, an denen ein konstantes Motordrehmoment über den niedrigen zum hohen oder hohen zum niedrigen Hubübergang auftritt. Ist dies nicht der Fall, wird der zweite Entscheidungspunkt 170 bei NEIN verlassen und ein zweiter Verfahrensschritt 172 eingeleitet, der bewirkt, dass sich die Einlass- und die Auslassnockenwellenversteller 54 und 58 ihre jeweiligen Nockenwellen 16 und 56 in Übergangspositionen bewegen. Siehe 4 und 5 und den begleitenden Text. Basierend auf dieser Anforderung betätigt ein nachfolgender dritter Verfahrensschritt 174 die Nockenwellenversteller 54 und 58. Nach dieser Aktion wird das Verfahren am Ende von Schritt 176 beendet.
Es sollte verstanden werden, dass es unter bestimmten Betriebsbedingungen unter Umständen nicht möglich ist, die Nockenwellenversteller 54 und 58 auf Positionen einzustellen, die das gewünschte konstante Motordrehmoment über den Hubübergang bereitstellen. In derartigen Situationen kann die Drehmomentschwankung des Hubübergangs durch den Einsatz einer Motorfunkenverzögerung weiter reduziert werden.
Zurück zum zweiten Entscheidungspunkt 170, wenn sich die Einlassnockenwelle 16 und die Auslassnockenwelle 56 in Positionen befinden, in denen ein Hubübergang vorgenommen werden kann, wird der zweite Entscheidungspunkt 170 bei JA verlassen, wobei das Verfahren 160 zu einem vierten Verfahrensschritt 178 übergeht, der je nach Anforderung, die natürlich durch die aktuellen Betriebsbedingungen vorgegeben ist, einen Hubmodusübergang von hoch auf niedrig oder niedrig auf hoch anordnet. Anschließend betätigt der fünfte und letzte Verfahrensschritt 180 das in 1 veranschaulichte Nockenhubstellglied 40 gemäß der Anforderung aus dem vierten Verfahrensschritt 178, um einen Wechsel zwischen dem Einlassnocken- und dem Ventilhubzustand entweder von hoch auf niedrig oder niedrig auf hoch zu bewirken. Das Verfahren 160 endet dann wieder und am Ende des Schrittes 176.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 6, 7A, 7B, 7C und 7D werden vier Grafiken der Motorbetriebsparameter vor, während und nach einem Übergang von einem hohen Hubnockenzustand zu einem niedrigen Hubnockenzustand dargestellt. Die horizontale (X)-Achse in allen Grafiken ist die Zeit, die sich vom Zeitpunkt der Anforderung einer Änderung des Hubzustands (A) über eine Verzögerungszeit von etwa 300 bis 500 Millisekunden erstreckt, während der die Nockenversteller 54 und 58 auf Positionen gemäß den 4 und 5 eingestellt werden, um ein konstantes Motordrehmoment vor und nach der Verschiebung des Nockenhubzustands (B) zu erreichen, wobei der Hubzustand geändert (C) wird und der Betrieb im neuen Hubzustand beginnt (D).
Es ist zu beachten, dass ein erstes Drittel der Grafiken durch eine römische Zahl I gekennzeichnet ist, die einem in 6 erscheinenden Phasenabschnitt I des Verfahrens 160 entspricht und sich auf diesen bezieht und zwischen etwa 300 Millisekunden und 500 Millisekunden einnimmt, dass ein zweites Drittel der Grafiken durch eine römische Zahl II gekennzeichnet ist, die einem Phasenabschnitt II des Verfahrens 160 entspricht, das in 6 gezeigt ist und das etwa 10 Millisekunden beansprucht, und dass ein letztes Drittel der Grafiken durch eine römische Zahl III bezeichnet wird, die einem in 6 erscheinenden Phasenabschnitt III des Verfahrens 160 entspricht und der etwa 90 Millisekunden beansprucht.
7A zeigt den Krümmerabsolutdruck (MAP) auf KiloPascal, 7B zeigt die Einlassnockenposition in Grad, 7C zeigt die Auslassnockenposition in Grad und 7D zeigt das Motordrehmoment in Newtonmeter. Es ist zu beachten, dass 7D veranschaulicht, dass das Ziel des vorliegenden Verfahrens erreicht wurde, da das Motorabtriebsdrehmoment während der Änderung des Nocken- und Ventilhubzustands von hoch nach niedrig konstant bleibt.
Es sollte verstanden werden, dass, während die 7A, 7B, 7C und 7D Daten bezüglich einer Änderung des Nocken- und Ventilhubzustands von hoch zu niedrig darstellen, das Verfahren zur Änderung von einem niedrigen zu einem hohen Nocken- und Ventilhubzustand im Wesentlichen das gleiche ist. Während die Datenwerte unterschiedlich sind, beginnt das Verfahren wieder auf der linken Seite der Grafiken bei (A) und bewegt sich sequentiell durch die Positionen (B). (C) und (D) zu den angegebenen Zeitintervallen.
Die vorstehende Offenbarung ist lediglich exemplarisch und Abweichungen, die nicht vom Kern der Offenbarung abweichen, sollten als im Rahmen der Offenbarung befindlich verstanden werden. Diese Variationen sollten nicht als eine Abweichung vom Sinn und Umfang der Offenbarung betrachtet werden.

Claims

Verfahren zum Übergang zwischen zwei Einlassventilhubzuständen in einem Verbrennungsmotor, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Anweisung zum Verschieben eines Einlassventilhubzustands von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand, Bestimmen der aktuellen Winkelpositionen eines Einlassnockens und eines Auslassnockens, Bestimmen, ob sich ein Einlassnocken und ein Auslassnocken in Winkelpositionen befinden, wobei die angewiesene Verschiebung zu einem konstanten Motordrehmoment vor und nach der angewiesenen Verschiebung führt, Einstellen einer Phase des Einlassnockens und des Auslassnockens, um ein konstantes Drehmoment vor und nach der angewiesenen Verschiebung bereitzustellen. Befehlen eines Einlassnockenübergangs von einem ersten Hubzustand in einen zweiten Hubzustand.
Verfahren zum Übergang zwischen zwei Einlassventilhubzuständen nach Anspruch 1, worin die Anweisung, den Einlassventilhubzustand zu verschieben, in einem Motorsteuermodul erzeugt wird.
Verfahren zum Übergang zwischen zwei Einlassventilhubzuständen nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt der Motorfunkenverzögerung beim Steuern des Einlassnockenübergangs.
Verfahren zum Übergang zwischen zwei Einlassventilhubzuständen nach Anspruch 1, worin der Schritt zum Einstellen der Phase von Einlass- und Auslassnocken den Schritt zum Befehlen des Einlassnockenübergangs verzögert.
Verfahren zum Übergang zwischen zwei Einlassventilhubzuständen nach Anspruch 1 ferner mit dem Schritt der Verwendung von Nachschlagetabellen zum Bestimmen von Nockenwellenphasen, die unter aktuellen Betriebsbedingungen bei zwei Nockenhubzuständen ein konstantes Motordrehmoment liefern.
Verfahren zum Übergang zwischen zwei Einlassventilhubzuständen nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Abfragens einer Vielzahl von Motorsensoren zum Bestimmen der aktuellen Betriebsbedingungen.
Verfahren zum Übergang zwischen zwei Einlassventilhubzuständen nach Anspruch 6 ferner mit dem Schritt zum Bestimmen der Motordrehzahl und der Motorlast zum Berechnen des Motordrehmoments.
Verfahren zum Übergang zwischen einem ersten Einlassventilzustand und einem zweiten, unterschiedlichen Ventilzustand in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Anweisung zum Verschieben eines Einlassventilhubzustands vom ersten Zustand in den zweiten Zustand, Bestimmen einer momentanen Winkelpositionen eines Einlassnockens und eines Auslassnockens, Bestimmen, ob sich ein Einlassnocken und ein Auslassnocken in Positionen befinden, wobei die angewiesene Verschiebung zu einem konstanten Motordrehmoment vor und nach der angewiesenen Verschiebung führt, Einstellen der momentanen Winkelposition des Einlassnockens und des Auslassnockens, um ein konstantes Drehmoment vor und nach der angewiesenen Verschiebung bereitzustellen. Anweisen eines Stellglieds, eine Einlassnockenanordnung aus dem ersten Hubzustand in den zweiten Hubzustand zu verschieben.
Verfahren zum Übergang zwischen einem ersten Einlassventilzustand und einem zweiten Ventilzustand in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 8, worin der erste Zustand ein Hochhubnockenzustand ist, der Leistung bereitstellt, und der zweite Zustand ein Niedrighubnockenzustand ist, der Kraftstoffeinsparung bereitstellt.
Das Verfahren zum Übergang zwischen einem ersten Einlassventilzustand und einem zweiten Ventilzustand in einem Zylinder eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 8, worin der erste Zustand ein Niedrighubnockenzustand ist, der Kraftstoffeinsparung bereitstellt, und der zweite Zustand ein Hochhubnockenzustand ist, der Leistung bereitstellt.