DE102019125119A1 - Method for controlling the opening and / or closing times of switching valves of an internal combustion engine - Google Patents

Method for controlling the opening and / or closing times of switching valves of an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Schaltventilen (1) einer Brennkraftmaschine,wobei Ermittlung einer ersten Schaltzeit t(i) eines Schaltventils für ein vorbestimmtes erstes Ereignis, Ermittlung einer zweiten Schaltzeit t(i+1) des Schaltventils für ein vorbestimmtes zweites Ereignis, Bewertung der ermittelten ersten Schaltzeit t(i) des Schaltventils sowie Bewertung der ermittelten zweiten Schaltzeit t(i+1) des Schaltventils, im Hinblick darauf, ob die ermittelte Schaltzeit t(i); t(i+1) plausibel ist oder nicht, Ermittlung einer Schaltzeitstreuung zwischen der ermittelten ersten Schaltzeit t(i) und der ermittelten zweiten Schaltzeit t(i+1), Ermittlung eines Öffnungs- oder Schließzeitpunkts für das Schaltventil oder Durchführung eines Kalibriervorgangs für das Schaltventil in Abhängigkeit von der ermittelten Schaltzeitstreuung.The invention relates to a method for controlling the opening and closing times of switching valves (1) of an internal combustion engine, determining a first switching time t (i) of a switching valve for a predetermined first event, determining a second switching time t (i + 1) of the switching valve for a predetermined second event, evaluation of the determined first switching time t (i) of the switching valve and evaluation of the determined second switching time t (i + 1) of the switching valve, with regard to whether the determined switching time t (i); t (i + 1) is plausible or not, determining a switching time spread between the determined first switching time t (i) and the determined second switching time t (i + 1), determining an opening or closing time for the switching valve or performing a calibration process for the Switching valve depending on the determined switching time spread.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte von Schaltventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte von Schaltventilen eines elektro-hydraulischen vollvariablen Ventiltriebsystems für die Steuerung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.The present invention relates to a method for controlling the opening and / or closing times of switching valves of an internal combustion engine, in particular a method for controlling the opening and / or closing times of switching valves of an electro-hydraulic fully variable valve train system for controlling the gas exchange valves of an internal combustion engine of a motor vehicle.

In Strömungssystemen mit Ventilen, die durch elektromagnetische, elektro-hydraulische oder elektro-pneumatische Vorrichtungen gesteuert sind, ist es für eine effiziente Regelung und Sicherstellung einer stets einwandfreien Funktion des Systems wichtig, jederzeit die Öffnungs- und Schließzeiten dieser Ventile während ihres Betriebs zu kennen, zu überwachen und bedarfsweise anzupassen. Bei modernen Ventiltrieben für Verbrennungsmotoren werden beispielsweise die Einlassventile nicht wie in konventionellen Ventiltrieben direkt mittels einer Eingangsnockenwelle sondern über zwischen der Eingangsnockenwelle und den Einlassventilen zwischengeschaltete Hydraulikkammern, welche durch elektromagnetische Schaltventile gesteuert sind, betätigt. Solche vollvariablen Ventilsteuerungseinrichtungen ermöglichen variable Einstellungen der Ventilöffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile sowie variable Ventilhübe bis hin zu temporären kompletten Zylinderabschaltungen im Betrieb. Unter den unterschiedlichen variablen Ventilsteuerungssystemen haben diejenigen, die in der Lage sind, die Ventilöffnungszeiten und Ventilschließzeiten der Gaswechselventile in einer sehr flexiblen Weise zu steuern, wie das bekannte UniAir-System, die Fähigkeit, die Leistung und Wirtschaftlichkeit des Motors im gesamten Betrieb zu optimieren. Derartige Steuerungen ermöglichen eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs ohne nennenswerte Leistungseinbußen und erleichtern die Einhaltung strengerer Abgasvorschriften. Wichtig ist dabei, dass die eingestellten Steuerzeiten von den Ventilen exakt eingehalten werden. Jedoch können im Betrieb Abweichungen der Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile von einem voreingestellten Sollwert auftreten, beispielsweise aufgrund von Fehlern im elektromagnetischen, hydraulischen oder mechanischen System, oder aufgrund von Alterungseffekten. In einem geschlossenen Regelkreis kann ein variables Ventilsteuerungssystem erkannte Sollabweichungen der Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile kompensieren. Das wesentliche Element für eine solche Regelung ist ein Rückkopplungssignal, welches die Abweichung, den Fehler oder die Änderung einer Steuerungsauswirkung einer Steuerungsmaßnahme enthält. Das Rückkopplungssignal kann genutzt werden, um den Sollwert anzupassen und um die Steuerungsgenauigkeit zu verbessernIn flow systems with valves that are controlled by electromagnetic, electro-hydraulic or electro-pneumatic devices, it is important to know the opening and closing times of these valves at all times during their operation for efficient control and ensuring that the system always functions properly. to be monitored and adjusted if necessary. In modern valve trains for internal combustion engines, for example, the intake valves are not actuated directly by means of an input camshaft, as in conventional valve trains, but via hydraulic chambers connected between the input camshaft and the intake valves, which are controlled by electromagnetic switching valves. Such fully variable valve control devices enable variable settings of the valve opening and closing times of the gas exchange valves as well as variable valve lifts up to and including temporary complete cylinder shutdowns during operation. Among the various variable valve control systems, those who are able to control the valve opening times and valve closing times of the gas exchange valves in a very flexible manner, like the well-known UniAir system, have the ability to optimize the performance and economy of the engine throughout the operation. Such controls make it possible to reduce fuel consumption without any significant loss of performance and make it easier to comply with stricter emissions regulations. It is important that the set valve timing is precisely adhered to. However, deviations in the opening and closing times of the valves from a preset target value can occur during operation, for example due to errors in the electromagnetic, hydraulic or mechanical system, or due to aging effects. In a closed control loop, a variable valve control system can compensate for detected setpoint deviations in the opening and closing times of the valves. The essential element for such a control is a feedback signal which contains the deviation, the error or the change in a control effect of a control measure. The feedback signal can be used to adjust the setpoint and to improve the control accuracy

Das o.g. vollvariable elektro-hydraulische Ventiltriebsystem „UniAir“ ist aus dem Angebot der Anmelderin bekannt. Dieses modular aufgebaute System umfasst im Kern elektro-hydraulische Aktorelemente (beispielsweise in Form von Schaltventilen oder sog. Schnellschaltventilen) zur Betätigung von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine, einen Softwarebaustein für das Motormanagement sowie einen applikationsspezifischen Kalibrierungsdatensatz zur Kalibrierung der Aktorelemente. Statt durch starre Verbindungselemente zwischen Nockenwelle und Ventil überträgt das UniAir System ein definiertes Ölvolumen, das in einem Hochdruckraum eingeschlossen ist, die Nockenkontur auf das Motorventil. Eine mittels Schlepphebel durch die Nockenwelle angetriebene Pumpe baut den dafür benötigten Druck im Hochdruckraum auf. Neben der elektro-hydraulischen Aktorik ist die Steuerung ein zentraler Baustein des UniAir-Systems. Der Regelalgorithmus wird in Form eines Softwaremoduls zur Verfügung gestellt und in die Motorsteuerung als Baustein integriert. Als Eingangsgrößen nutzt die Elektronik Sensorsignale über die Stellung von Nocken- und Kurbelwelle. Hinzu kommen Informationen über die Öltemperatur im UniAir-Modul. Daraus setzt sie die Vorgaben des Motormanagements um und bestromt die Schalt- bzw. Magnetventile des UniAir-Systems entsprechend. Über die Ein- und Ausschaltzeiten der Schaltventile überwacht die Steuerung die zylinderindividuelle Schaltung der Gaswechselventile und kompensiert toleranz- und alterungsbedingte Veränderungen im Systemverhalten sowie Effekte durch Qualitätsschwankungen im Betriebsöl.The above-mentioned fully variable electro-hydraulic valve train system "UniAir" is known from the applicant's offer. This modular system essentially comprises electro-hydraulic actuator elements (for example in the form of switching valves or so-called quick-acting valves) for actuating gas exchange valves of the internal combustion engine, a software module for engine management and an application-specific calibration data set for calibrating the actuator elements. Instead of using rigid connecting elements between the camshaft and valve, the UniAir system transfers a defined volume of oil, which is enclosed in a high-pressure chamber, the cam contour to the engine valve. A pump driven by the camshaft using a rocker arm builds up the pressure required for this in the high-pressure chamber. In addition to the electro-hydraulic actuators, the control is a central component of the UniAir system. The control algorithm is made available in the form of a software module and integrated into the engine control as a component. The electronics use sensor signals relating to the position of the camshaft and crankshaft as input variables. There is also information about the oil temperature in the UniAir module. From this, it implements the specifications of the engine management and energizes the switching or solenoid valves of the UniAir system accordingly. The control monitors the cylinder-specific switching of the gas exchange valves via the switch-on and switch-off times of the switching valves and compensates for tolerance and aging-related changes in the system behavior as well as effects due to fluctuations in the quality of the operating oil.

In der DE 10 2016 219 941 A1 wird bereits ein Verfahren zur Regelung der Schaltzeit eines vorzugsweiseelektrohydraulischen Schaltventils beschrieben. Insbesondere soll mithilfe des Verfahrens die modelltechnische Bereitstellung einer exakten Temperatur (mit annähernd Sensorgenauigkeit) eines Solenoid Schaltventils ermöglicht werden, zum Zweck einer Vorausberechnung der nominalen Schaltzeit.In the DE 10 2016 219 941 A1 a method for regulating the switching time of a preferably electrohydraulic switching valve is already described. In particular, the method is intended to enable the model to provide an exact temperature (with approximately sensor accuracy) of a solenoid switching valve for the purpose of calculating the nominal switching time in advance.

Aus der DE 10 2015 200 472 ist ferner ein Verfahren zur Erfassung und Steuerung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Ventilen in einem Strömungssystem mittels eines Drucksensors zur Messung von Drücken in einer Strömungspassage des Strömungssystems bekannt.From the DE 10 2015 200 472 Furthermore, a method for detecting and controlling the opening and closing times of valves in a flow system by means of a pressure sensor for measuring pressures in a flow passage of the flow system is known.

Aufgabe der Vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Verfahren zur Steuerung der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte von Schaltventilen eines elektro-hydraulischen vollvariablen Ventiltriebsystems für die Ansteuerung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bereit zu stellen, welches mit Blick auf Schaltung der Schaltventile bzw. deren Ansteuerung weiter verbessert ist. Insbesondere soll der Einfluss von produktionsbedingten unterschiedlichen Schaltzeiten der Schaltventile weitestgehend eliminiert werden.The object of the present invention is to provide a method for controlling the opening and closing times of gas exchange valves of an internal combustion engine, in particular a method for controlling the opening and / or closing times of switching valves of an electro-hydraulic fully variable valve train system for controlling gas exchange valves of an internal combustion engine of a motor vehicle ready to provide which one is facing Switching of the switching valves or their control is further improved. In particular, the influence of production-related different switching times of the switching valves should be eliminated as far as possible.

Neue thermodynamische Verbrennungskonzepte erfordern eine hohe Präzision hinsichtlich der Steuerzeiten der Motorventile. Das eingangs beschriebene UniAir System besitzt Schnellschaltventile (SSVs), welche maßgeblich das Systemverhalten (Motorventilöffnen - und schließen) beeinflussen. Um den Einfluss der produktionsbedingten unterschiedlichen Schaltzeiten der Schnellschaltventile zu eliminieren, wird die Schaltzeit gemessen und kompensiert bzw. vorgehalten. Diese Schaltzeit kann allerdings nur näherungsweise kompensiert werden, da die Schaltzeit für das folgende Arbeitsspiel unbekannt ist. Aus diesem Grund kann nur der gleitende Mittelwert kompensiert werden, die Streuung um den Mittelwert jedoch nicht. Es ist demnach wichtig die Schaltzeitstreuung so gering wie möglich zu halten, um einen optimalen Verbrennungsprozess zu erzielen.New thermodynamic combustion concepts require a high level of precision with regard to the timing of the engine valves. The UniAir system described at the beginning has quick-acting valves (SSVs), which significantly influence the system behavior (engine valve opening and closing). In order to eliminate the influence of the different switching times of the high-speed switching valves due to production, the switching time is measured and compensated or held in reserve. However, this switching time can only be compensated approximately, since the switching time for the following work cycle is unknown. For this reason, only the moving average can be compensated, but not the spread around the average. It is therefore important to keep the switching time spread as low as possible in order to achieve an optimal combustion process.

Als einen Einflussparameter auf die Schaltzeitstreuung wurde die Amplitude der Spitzen-Bestromung des Schnellschaltventils identifiziert. Derzeit wird die Schaltzeitstreuung nicht berechnet und als Bewertungskriterium bei der Bestromung der Schnellschaltventile nicht herangezogen. Die Folge kann ein schlechter Verbrennungsprozess sein, bzw. neuartige Verbrennungskonzepte nicht ermöglichen.The amplitude of the peak energization of the high-speed valve was identified as an influencing parameter on the switching time spread. The switching time spread is currently not calculated and is not used as an evaluation criterion when energizing the high-speed switching valves. The consequence can be a poor combustion process or not enable new combustion concepts.

Die eingangs genannte Aufgabe der Erfindung wird nun gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte von Schaltventilen einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The above-mentioned object of the invention is now achieved by a method for controlling the opening and / or closing times of switching valves of an internal combustion engine with the features of claim 1.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Schaltventilen einer Brennkraftmaschine umfasst die Verfahrensschritte:

  • - Ermittlung einer ersten Schaltzeit t(i) eines Schaltventils für ein vorbestimmtes erstes Ereignis,
  • - Ermittlung einer zweiten Schaltzeit t(i+1) des Schaltventils für ein vorbestimmtes zweites Ereignis,
  • - Bewertung der ermittelten ersten Schaltzeit t(i) des Schaltventils sowie Bewertung der ermittelten zweiten Schaltzeit t(i+1) des Schaltventils, im Hinblick darauf, ob die ermittelte Schaltzeit t(i); t(i+1) plausibel ist oder nicht,
  • - und für den Fall, dass die ermittelten aufeinander folgenden Schaltzeiten t(i) und t(i+1) als plausibel bewertet wurden, erfolgt eine
  • - Ermittlung einer Schaltzeitstreuung zwischen der ermittelten ersten Schaltzeit t(i) und der ermittelten zweiten Schaltzeit t(i+1), und erfolgt eine
  • - Ermittlung eines Öffnungs- oder Schließzeitpunkts für das Schaltventil in Abhängigkeit von der ermittelten Schaltzeitstreuung oder erfolgt eine Durchführung eines Kalibriervorgangs für das Schaltventil in Abhängigkeit von der ermittelten Schaltzeitstreuung.
A method according to the invention for controlling the opening and closing times of switching valves of an internal combustion engine comprises the following method steps:
  • - Determination of a first switching time t (i) of a switching valve for a predetermined first event,
  • - Determination of a second switching time t (i + 1) of the switching valve for a predetermined second event,
  • - Evaluation of the determined first switching time t (i) of the switching valve and evaluation of the determined second switching time t (i + 1) of the switching valve, with regard to whether the determined switching time t (i); t (i + 1) is plausible or not,
  • - and in the event that the ascertained successive switching times t (i) and t (i + 1) have been assessed as plausible, an
  • - Determination of a switching time spread between the determined first switching time t (i) and the determined second switching time t (i + 1), and a
  • - Determination of an opening or closing time for the switching valve depending on the determined switching time spread or a calibration process for the switching valve is carried out depending on the determined switching time spread.

Durch die Berechnung der Schaltzeitstreuung können Schnellschaltventile besser charakterisiert und ggf. Maßnahmen auch zur Minimierung der Schaltzeitstreuung während des Betriebs eingeleitet werden. Zusätzlich können mit der Information über die Schaltzeitstreuung neue Einflussparameter z.B. bei der Kalibrierung identifiziert werden.By calculating the switching time spread, quick-acting valves can be better characterized and, if necessary, measures can also be taken to minimize the switching time spread during operation. In addition, the information about the switching time spread can be used to identify new influencing parameters, e.g. during calibration.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Ansteuerung der Schaltventile und damit der Verbrennungsprozess im Hinblick auf Kraftstoffverbrauch weiter optimiert werden.The method according to the invention enables the control of the switching valves and thus the combustion process to be further optimized with regard to fuel consumption.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ermittlung der Schaltzeitstreuung gemäß der folgenden Formel erfolgt: Schaltzeitstreuung = t(i) - t(i+).According to an advantageous embodiment of the invention it can be provided that the determination of the switching time spread is carried out according to the following formula: Switching time spread = t (i) −t (i +).

Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass mittels einer einfach umzusetzenden Berechnung, anhand von Daten, die zumeist im Steuergerät des Systems ohnehin verfügbar sind, eine Ermittlung der Schaltzeitstreuung erfolgen kann.The advantage of this refinement is that the switching time spread can be determined using a calculation that is easy to implement and based on data that are mostly available in the control unit of the system.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit von dem Ergebnis der ermittelten Schaltzeitstreuung die Maximalamplitude für die Ansteuerung des Schaltventils angepasst wird, wodurch eine sehr effektive Anpassung der Schaltzeiten der Schaltventile ermöglicht wird.According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that the maximum amplitude for the control of the switching valve is adapted as a function of the result of the determined switching time spread, which enables a very effective adaptation of the switching times of the switching valves.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016219941 A1 [0004]DE 102016219941 A1 [0004]
  • DE 102015200472 [0005]DE 102015200472 [0005]

Claims (3)

Verfahren zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Schaltventilen (1) einer Brennkraftmaschine, insbesondere Verfahren zur Steuerung der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte von Schaltventilen eines elektro-hydraulischen vollvariablen Ventiltriebsystems für die Steuerung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Ermittlung einer ersten Schaltzeit t(i) eines Schaltventils für ein vorbestimmtes erstes Ereignis, - Ermittlung einer zweiten Schaltzeit t(i+1) des Schaltventils für ein vorbestimmtes zweites Ereignis, - - Bewertung der ermittelten ersten Schaltzeit t(i) des Schaltventils sowie Bewertung der ermittelten zweiten Schaltzeit t(i+1) des Schaltventils, im Hinblick darauf, ob die ermittelte Schaltzeit t(i); t(i+1) plausibel ist oder nicht, - und für den Fall, dass die ermittelten aufeinander folgenden Schaltzeiten t(i) und t(i+1) als plausibel bewertet wurden, erfolgt eine - Ermittlung einer Schaltzeitstreuung zwischen der ermittelten ersten Schaltzeit t(i) und der ermittelten zweiten Schaltzeit t(i+1), und erfolgt eine - Ermittlung eines Öffnungs- oder Schließzeitpunkts für das Schaltventil in Abhängigkeit von der ermittelten Schaltzeitstreuung oder erfolgt eine Durchführung eines Kalibriervorgangs für das Schaltventil in Abhängigkeit von der ermittelten Schaltzeitstreuung.Method for controlling the opening and closing times of switching valves (1) of an internal combustion engine, in particular a method for controlling the opening and / or closing times of switching valves of an electro-hydraulic fully variable valve drive system for controlling the gas exchange valves of an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising the following method steps: - Determination of a first switching time t (i) of a switching valve for a predetermined first event, - Determination of a second switching time t (i + 1) of the switching valve for a predetermined second event, Evaluation of the determined first switching time t (i) of the switching valve and evaluation of the determined second switching time t (i + 1) of the switching valve, with regard to whether the determined switching time t (i); t (i + 1) is plausible or not, - and in the event that the ascertained successive switching times t (i) and t (i + 1) have been assessed as plausible, an - Determination of a switching time spread between the determined first switching time t (i) and the determined second switching time t (i + 1), and a Determination of an opening or closing time for the switching valve as a function of the determined switching time spread or a calibration process for the switching valve is carried out as a function of the determined switching time spread. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Schaltzeitstreuung gemäß der folgenden Formel erfolgt: Schaltzeitstreuung = t(i) - t(i+1 ).Procedure according to Claim 1 , characterized in that the switching time spread is determined according to the following formula: Switching time spread = t (i) - t (i + 1). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Ergebnis der ermittelten Schaltzeitstreuung die Maximalamplitude für die Ansteuerung des Schaltventils angepasst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum amplitude for the control of the switching valve is adapted as a function of the result of the determined switching time spread.
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