DE10230935B4 - Operating method for an internal combustion engine with a variable-stroke valve train - Google Patents
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Abstract
Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem hubvariablen Ventiltrieb mit zumindest einem Gaswechselventil und zumindest einer Ventilfeder, wobei • die Hubhöhe des Gaswechselventils verändert wird, • die Brennkraftmaschine eine Nennleistungsdrehzahl aufweist, dadurch gekennzeichnet, • dass die Hubhöhe des Gaswechselventils in einem schwingungskritischen Drehzahlbereich des hubvariablen Ventiltriebs stufenlos verändert wird, um Schwingungsresonanzüberhöhungen zu reduzieren und die Drehzahl erhöhen zu können, wobei die Hubhöhe verändert wird, bis der schwingungskritische Drehzahlbereich überwunden ist, anschließend der geänderte Ventilhub auf einen Sollventilhub rückgestellt wird; anschließend die Drehzahl weiter erhöht wird, wobei • die Hubhöhe bei einer Drehzahl oberhalb der Nennleistungsdrehzahl verringert wird und wobei die Veränderung der Hubhöhe aus einem Kennfeld ausgelesen wird, wobei auch Resonanzbereiche im Ventiltrieb im Kennfeld abgelegt sind.Operating method for an internal combustion engine with a stroke-variable valve train with at least one gas exchange valve and at least one valve spring, wherein • the stroke height of the gas exchange valve is changed, • the internal combustion engine has a nominal output speed, characterized in that • the stroke height of the gas exchange valve is continuously variable in a vibration-critical speed range of the stroke variable valve train is changed in order to reduce vibration resonance increases and the speed can be increased, the stroke height being changed until the vibration-critical speed range has been overcome, after which the changed valve stroke is reset to a desired valve stroke; then the speed is further increased, whereby • the lifting height is reduced at a speed above the rated power speed and the change in lifting height is read from a map, resonance areas in the valve train also being stored in the map.
Description
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 4.The invention relates to an operating method for an internal combustion engine according to the preamble of patent claims 1 and 4, respectively.
Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus Liebl, J. (u. a.): Der neue BMW Vierzylinder-Ottomotor mit Valvetronic. Teil 2: Thermodynamik und funktionale Eigenschaften. In MTZ Motortechnische Zeitschrift, 2001, Jg. 62, Heft 7/8, seiten 570 bis 579.Such a method is known from Liebl, J. (et al.): The new BMW four-cylinder gasoline engine with Valvetronic. Part 2: Thermodynamics and functional properties. In MTZ Motortechnische Zeitschrift, 2001, Jg. 62, No. 7/8, pages 570 to 579.
Zum technischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung zählen ferner:
- •
DE 197 18 692 C2 - • DE-Fachbuch: Jordan, H.; Greiner, M.: Mechanische Schwingungen. Essen: Verlag W. Giradet, 1952, Seiten 61 bis 70;
- • Heil, B. (u. a.): Verbrauch und Emissionen – Reduzierungskonzepte beim Ottomotor. In: MTZ Motortechnische Zeitschrift, 2001, Jg. 62, Heft 12, Seiten 1022 bis 1035; sowie
- •
DE 34 33 934 A1 US3,602,205 DE 38 38 915 A1 DE 198 36 540 A1 DE 19724921 A1 DE 69703518 T2
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DE 197 18 692 C2 - • DE-Fachbuch: Jordan, H .; Greiner, M .: Mechanical vibrations. Essen: Verlag W. Giradet, 1952, pages 61 to 70;
- • Heil, B. (ua): Consumption and emissions - Reduction concepts for gasoline engines. In: MTZ Motortechnische Zeitschrift, 2001, Jg. 62, No. 12, pages 1022 to 1035; such as
- •
DE 34 33 934 A1 US3,602,205 DE 38 38 915 A1 DE 198 36 540 A1 DE 19724921 A1 DE 69703518 T2
Stand der TechnikState of the art
In der
Ein weiterer hubvariabler Ventiltrieb ist aus der noch nicht veröffentlichten
Hubvariable Ventiltriebe stellen ebenso wie konventionelle, dem Fachmann allgemein bekannte Ventiltriebe Feder-Massesysteme dar. Wie ferner allgemein bekannt ist, ist jedes Feder-Massesystem ein schwingfähiges System, welches zumindest eine Schwingungs-Resonanzspitze aufweist, in der eine Ventilfeder kein lineares Verhalten mehr aufweist. Derartige Resonanzüberhöhungen können zu Ventilfederbrüchen bzw. unkontrollierten Ventilbewegungen führen.Variable stroke valve trains, as well as conventional valve trains well known to those skilled in the art, are spring mass systems. Further, as is well known, each spring mass system is a vibratory system having at least one vibration resonance peak in which a valve spring no longer exhibits linear behavior. Such resonance peaks can lead to valve spring breaks or uncontrolled valve movements.
Aufgabenstellungtask
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Betriebsverfahren für einen gattungsgemäßen Ventiltrieb aufzuzeigen, das einen schwingungsunkritischen Betrieb erlaubt.Object of the present invention is therefore to show an operating method for a generic valve train, which allows a vibration-critical operation.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the feature in the characterizing part of patent claim 1.
Da die Drehzahl von Ventiltrieben zu hohen Drehzahlen hin neben weiteren Limitierungen auch durch das Schwingverhalten des Feder-Massesystems, Ventilfeder mit weiteren Bauteilen und Gaswechselventil, begrenzt ist, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Drehzahl zu höheren Drehzahlen hin in vorteilhafter Weise erhöht werden. Darüber hinaus können in allen Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine, beispielsweise durch einen Ketten-, bzw. Riemensteuertrieb in Verbindung mit dem Ventiltrieb störende Resonanzphänome auftreten. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens für die Brennkraftmaschine können sämtliche Schwingungsresonanzüberhöhungen vom Leerlauf bis zur Maximaldrehzahl reduziert werden. Die Veränderung des Ventilhubes kann in vorteilhafter Weise sowohl in Richtung Hubvergrößerung als auch in Richtung Hubverkleinerung erfolgen. Die Grenzen sind hierbei durch einen Minimal- und einen Maximalhub gesetzt. Durch die freie Auswahl der Richtung der Hubverstellung kann die Verstellung in schwingungskritischen Bereichen derart erfolgen, dass der Fahrer des Fahrzeuges mit der Brennkraftmaschine von der kurzfristigen Hubverstellung nichts bemerkt. Eine Vergrößerung des Ventilhubes führt zu einer Drehmoment- bzw. Leistungserhöhung, die beispielsweise durch ein Nachstellen einer Zusatz-Drosselklappe ausgeglichen werden kann. Demgegenüber kann eine Ventilhubverkleinerung beispielsweise im Teillastbereich bzw. im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Die Ventilhubverstellung kann, abhängig von der verwendeten Stelleinrichtung, in Stufen oder auch stufenlos erfolgen.Since the speed of valve trains is limited to high speeds in addition to other limitations by the vibration behavior of the spring mass system, valve spring with other components and gas exchange valve, the speed can be increased to higher speeds out in an advantageous manner by the inventive method. In addition, in all speed ranges of the internal combustion engine, for example, by a chain, or belt control drive in conjunction with the valve train disturbing resonance phenomena occur. With the aid of the operating method according to the invention for the internal combustion engine, all vibration resonance peaks from idle to maximum speed can be reduced. The change of the valve lift can be done in an advantageous manner both in the direction Hubvergrößerung and in the direction Hubverkleinerung. The limits are set by a minimum and a maximum stroke. The free selection of the direction of the stroke adjustment, the adjustment in vibration critical areas can be made such that the driver of the vehicle with the internal combustion engine from the short-term stroke adjustment noticed nothing. An increase in the valve lift leads to a torque or power increase, which can be compensated for example by adjusting an additional throttle. In contrast, a Ventilhubverkleinerung example, be used in the partial load range or in overrun operation of the internal combustion engine. The valve lift can be done in stages or continuously, depending on the actuator used.
Bei einer Verkleinerung des Ventilhubes gemäß Patentanspruch 2, in einem Drehzahlbereich höher als der Nennleistungsdrehzahl, werden zum einen – wie oben bereits erwähnt – schwingungskritische Bereiche vorteilhaft beeinflusst, zum anderen ist auch eine gezielte Leistungsrücknahme oberhalb des Nennleistungsdrehzahlpunktes erzielbar. Dies liefert dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges in vorteilhafter Weise die direkte Rückmeldung, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine bereits sehr hoch ist, da er direkt den Leistungsabfall der Brennkraftmaschine bemerkt. Somit wird ein ständiges Betreiben der Brennkraftmaschine im obersten Drehzahlbereich vermieden, sowie auf ein mögliches Überdrehen der Brennkraftmaschine hingewiesen.In a reduction of the valve lift according to claim 2, in a speed range higher than the rated speed, on the one hand - as already mentioned above - vibration critical areas are advantageously influenced, on the other hand, a targeted power recovery above the rated speed point achievable. This provides the driver of a motor vehicle advantageously direct feedback that the speed of the engine is already very high, as he noticed directly the power loss of the engine. Thus, a continuous operation of the internal combustion engine is avoided in the highest speed range, and pointed to a possible over-rotation of the engine.
Die heute übliche Steuerung von Brennkraftmaschinen über zumindest ein Kennfeld gemäß der Patentansprüche 3 und 4 kann in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, dass auch Resonanzbereiche im Ventiltrieb im Kennfeld abgelegt werden, und somit die Korrektur des Ventilhubes direkt aus einem Kennfeld heraus erfolgt.The current control of internal combustion engines over at least one characteristic field according to the claims 3 and 4 can be used in an advantageous manner that also resonance areas are stored in the valve train in the map, and thus the correction of the valve directly from a map out.
Die Ventilhubverstellung kann gemäß Patentanspruch 5 auf beliebige Art und Weise geschehen. Geeignete Systeme sind beispielsweise elektrische oder hydraulische bzw. pneumatische oder mechanische Systeme bzw. Kombinationen daraus, wie beispielsweise elektromechanische oder elektrohydraulische Systeme.The valve lift can be done in any manner according to claim 5. Suitable systems are, for example, electrical or hydraulic or pneumatic or mechanical systems or combinations thereof, such as, for example, electromechanical or electrohydraulic systems.
Insgesamt bietet das erfindungsgemäße Betriebsverfahren eine Optimierung des Schwingungsverhaltens im Ventiltrieb, sowie im Steuertrieb, d. h. im Zusammenwirken des Ventiltriebs mit sämtlichen Nebenaggregaten über Steuerriemen oder Steuerketten. Darüber hinaus ist die Ventilfederauslegung wesentlich vereinfacht, da schwingungskritische Drehzahlbereiche durch die Variation der Hubhöhe des Gaswechselventils vorteilhaft beeinflusst werden. Ferner führt das Betriebsverfahren zu einer Reduzierung des Verschleißes im Ventiltrieb, da durch die Reduzierung des Hubes des Gaswechselventils die im Ventiltrieb auftretenden Kräfte verringert werden.Overall, the operating method according to the invention provides an optimization of the vibration behavior in the valve train, as well as in the control drive, d. H. in conjunction with the valve train with all ancillary units via timing belts or timing chains. In addition, the valve spring design is considerably simplified because vibration-critical speed ranges are advantageously influenced by the variation of the lift height of the gas exchange valve. Furthermore, the operating method leads to a reduction of wear in the valve train, since the reduction of the stroke of the gas exchange valve, the forces occurring in the valve train can be reduced.
Im Praxisbetrieb kann eine Brennkraftmaschinensteuerung folgendermaßen ausgelegt werden. Nach einem Start der Brennkraftmaschine, entsprechend der Fahreranweisung über das Gaspedal, erfolgt eine Erhöhung der Drehzahl und ständiges Auslesen der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine für deren Steuerung. Beim Erreichen einer für den Ventiltrieb kritischen Drehzahl, Verändern des Ventilhubs- beispielsweise kennfeldgesteuert- bis der schwingungskritische Drehzahlbereich überwunden ist, wobei die Regelung derart erfolgt, dass der Fahrer von diesem Eingriff nichts bemerkt. Anschließend Rückstellen des veränderten Ventilhubs auf einen Sollventilhub und evtl. weitere Drehzahlerhöhung. Nach Erreichen der Nenndrehzahl, Reduzierung des Ventilhubs, um die abgegebene Leistung der Brennkraftmaschine langsam zu reduzieren, damit der Fahrer das Erreichen der maximal zulässigen Drehzahl der Brennkraftmaschine, ohne Blick auf einen Drehzahlmesser, rückgemeldet bekommt und in den nächsten Gang schalten kann. Beim Reduzieren der Drehzahl wird ebenfalls in schwingungskritischen Drehzahlbereichen der Ventilhub entsprechend der Kennfelddaten verändert.In practical operation, an engine control can be designed as follows. After a start of the internal combustion engine, according to the driver instruction on the accelerator pedal, there is an increase in the rotational speed and continuous reading of the operating parameters of the internal combustion engine for their control. When reaching a critical for the valve train speed, changing the Ventilhubs- example map controlled until the critical vibration speed range is overcome, the scheme is such that the driver of this intervention noticed nothing. Then reset the changed valve lift to a Sollventilhub and possibly further speed increase. After reaching the rated speed, reducing the valve lift to reduce the output power of the engine slowly so that the driver gets the achievement of the maximum permissible speed of the engine, without looking at a tachometer, reported back and can switch to the next gear. When reducing the speed, the valve lift is also changed in vibration-critical speed ranges according to the map data.
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R020 | Patent grant now final |
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