DE10257763A1

DE10257763A1 - Methode zur Berechnung eines Ventilsteuerungsbefehls für einen Motor

Info

Publication number: DE10257763A1
Application number: DE10257763A
Authority: DE
Inventors: Lawrence A Mianzo; Brett D Collins; Ibrahim Haskara
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2003-06-26
Also published as: GB2384061A; GB0226083D0; US20030154966A1; GB2384061B; US6557540B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung von Ventilsteuerungsbefehlen für einen Motor mit variablen Ventilsteuerzeiten. Das Verfahren umfasst die Bestimmung eines Ventiloptimalwertterms (20), basierend auf einem Motorleistungsbefehl (16) und einem Umgebungsbedingungssignal, die Berechnung eines Ventilrückmeldungsterms (24), basierend auf dem Motorleistungsbefehl (16) und einer Motorleistungsrückmeldung (22), und Berechnung eines Ventilsteuerungsbefehls (26), basierend auf dem Ventiloptimalwertterm (20) und dem Ventilrückmeldungsterm (24).

Description

Technische Voraussetzungen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Berechnung von Befehlen für einen Motor und im besonderen auf die Berechnung eines Ventilsteuerungsbefehls für einen Motor mit variablen steuerbaren Ventilaktuatoren.

Hintergrund der Erfindung

Im Verbrennungsmotor der meisten Fahrzeuge durchläuft jeder Zylinder des Motors einen Kreislauf mit vier einzelnen Phasen. In der ersten Phase öffnet sich ein Einlassventil und ein Kolben zieht Luft und Treibstoff durch das Einlassventil in den Zylinder. In der zweiten Phase schließt sich das Einlassventil und der Kolben ändert die Richtung, um das Luft- und Treibstoff-Gemisch zu verdichten. In der dritten Phase entzündet ein Funke das Gemisch, welches den Kolben antreibt (und das Fahrzeug antreibt). In der vierten Phase öffnet sich ein Auslassventil und der Kolben ändert erneut die Richtung, um das verbrannte Gemisch durch das Auslassventil aus dem Zylinder zu stoßen.
Die Steuerung des Einlassventils und des Auslassventils eines jeden Zylinders ist eine schwierige Aufgabe. Die Motordrehzahl, die in den meisten Fahrzeugen 6000 U/min überschreiten kann, gibt vor, dass das Öffnen und Schließen des Einlassventils und des Auslassventils bis zu 50 mal pro Sekunde erfolgen können muss. In konventionellen Motoren aktuieren durch den Motor angetriebene Nocken das Einlassventil und das Auslassventil. Moderne Forschung jedoch hat gezeigt, dass Kraftstoffeffizienz und Ausgangsleistung des Motors mit der Korrektur der Ventilsteuerung für eine bestimmte Belastung des Motors optimiert werden können. Einige Motoren mit variabler Ventilsteuerung wurden vorgeschlagen, aber die theoretische Kraftstoffeffizienz und Ausgangsleistung dieser Motoren wurde bisher nicht erreicht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Ventilsteuerung zu schaffen, welches zu einer erhöhten Kraftstoffeffizienz und Leistung des Motors führt. Erfindungsgemäß wir dies durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema eines Fahrzeugs mit einen Motor, der mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert wird,
Fig. 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 3 zwei Zeitablauf-Diagramme der Ventile (-Schaltzeiten) eines Motors.
Die folgende Beschreibung der zwei bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung auf diese bevorzugten Verfahren einzuschränken, sondern den Fachmann auf dem Gebiet der variablen Ventilsteuerung in die Lage zu versetzen, diese Erfindung nachvollziehen und anzuwenden zu können.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist das bevorzugte Verfahren der Erfindung entwickelt worden, um von einer Steuereinheit 10 ausgeführt werden zu können, die die Ventilsteuerbefehle für einen Motor 12 mit elektromagnetischen Ventilaktuatoren 14 berechnet. Das Verfahren jedoch auch kann durch jede andere geeignete Vorrichtung zur Berechnung von Ventilsteuerbefehlen für jeden geeigneten Motor mit geeigneten variabel steuerbaren Ventilen ausgeführt werden.
Wie in Fig. 2 dargestellt umfasst das bevorzugte Verfahren der vorliegenden Erfindung sechs grundlegende Verfahrensschritte: Erhalt eines Motorleistungsbefehls 16; Empfang eines Umgebungsbedingungssignals 18; Bestimmung eines Ventiloptimalwertterms 20; Erhalt einer Motorleistungsrückmeldung 22; Berechnung eines Ventilrückmeldungsterms 24; und Berechnung eines Ventilsteuerungsbefehls 26 ausgehend vom Ventiloptimalwertterm 20 und vom Ventilrückmeldungsterm 24. Das ausgeführte Verfahren der Steuereinheit 10 kann selbstverständlich andere geeignete Aktionen vor, während, oder nach diesen grundlegenden Aktionen beinhalten.
Der Verfahrensschritt des Erhalts eines Motorleistungsbefehls 16 beinhaltet vorzugsweise den Empfang eines Fahrzeugperformancebefehls von einem Fahrer. Vorzugsweise wird der Fahrzeugperformancebefehl vom Fuß eines Fahrers durch Benutzung eines konventionellen Pedals 28, wie in Fig. 1 dargestellt, erhalten. Alternativ hierzu kann der Fahrzeugperformancebefehl des Fahrer durch jede geeignete andere Vorrichtung empfangen werden. Die Aktion des Erhalts eines Motorleistungsbefehls 16 beinhaltet ebenso vorzugsweise die Ableitung des Motorleistungsbefehls 16 vom Fahrzeugperformancebefehl. Der Motorleistungsbefehl 16 basiert vorzugsweise auf dem Fahrzeugperformancebefehl, könnte aber ebenso auf geeigneten anderen Befehlen basieren, wie z. B. einem Traktionskontrollsignal oder ein Tempomatsignal. Der Motorleistungsbefehl 16 ist vorzugsweise ein Soll-Motordrehmoment und weswegen der Motorleistungsbefehl 16 als ein Motordrehmomentbefehl angesehen werden könnte. Der Motorleistungsbefehl 16 kann jedoch alternativ jede andere geeignete Variable wie z. B. eine Soll-Motorbeschleunigung sein.
Der Verfahrenschritt des Empfangs eines Umgebungsbedingungssignals 18 umfasst vorzugsweise den Empfang eines Umgebungsbedingungssignals 18 von einem Umgebungssensor 30 im Fahrzeug. Der Umgebungssensor 30 misst vorzugsweise die Umgebungstemperatur außerhalb des Fahrzeugs und übermittelt diese Daten zur Steuereinheit 10, welche diese Daten dazu benutzt, den Ventiloptimalwertterm 20 zu bestimmen. Andere Informationen, wie z. B. der Umgebungsdruck, können bei der Bestimmung des Ventiloptimalwertterms 20 nützlich sein. Aus diesem Grund kann der Umgebungssensor 30 alternativ andere geeignete Informationen messen. Der Umgebungssensor 30 ist vorzugsweise ein konventioneller Umgebungssensor, kann aber ebenso jede andere geeignete Vorrichtung sein.
Gleichermaßen beinhaltet der Verfahrenschritt des Empfangs einer Motorleistungsrückmeldung 22 vorzugsweise den Empfang der Motorleistungsrückmeldung 22 von einem Motorsensor 32 im Fahrzeug. Der Motorsensor 32 misst vorzugsweise die Motordrehzahl und übermittelt diese Daten zur Steuereinheit 10, welche diese Daten dazu nutzt, den Ventiloptimalwertterm 20 und den Ventilrückmeldungsterm 24 zu bestimmen. Andere Motormessdaten, wie zum Beispiel Motordrehmomentdaten, können bei der Bestimmung dieser Terme nützlich sein. Aus diesem Grund kann der Motorsensor 32 alternativ jede andere geeignete Information messen. Der Motorsensor 32 ist vorzugsweise ein konventioneller Sensor, kann aber alternativ jeder andere geeignete Sensor sein.
Der Verfahrensschritt der Bestimmung des Ventiloptimalwertterms 20 beinhaltet vorzugsweise die Bestimmung des Ventiloptimalwertterms 20 basierend auf dem Motordrehmomentbefehl, den Umgebungstemperaturdaten, und den Motordrehzahldaten. Die Bestimmung jedoch kann ebenso von anderen geeigneten Faktoren ausgehen, wie Motordrehmomentdaten, Luft-Treibstoff-Verhältnisdaten, Motorverbrennungs-Stabilitäts-Daten, oder Umgebungsdruckdaten. Die Steuereinheit 10 beinhaltet vorzugsweise eine Nachschlagtabelle, die optimiert ist für Kraftstoffeffizienz, Ausgangsleistung und Motoremissionen basierend auf verschiedenen Motordrehmomentbefehlen, verschiedenen Umgebungstemperaturdaten von verschiedenen Motordrehzahldaten (oder Motordrehmomentdaten). Die Steuereinheit 10 kann alternativ derart programmiert sein, eine Echtzeitoptimierung der Kraftstoffeffizienz, der Ausgangsleistung, und der Motoremission (oder jeder anderen geeigneten Messgröße) ausgehend von dem Motordrehmomentbefehl, den Umgebungstemperaturdaten, und den Motordrehzahldaten (oder jedem anderen Befehl oder Messgröße) durchzuführen.
Der Verfahrensschritt der Berechnung des Ventilrückmeldungsterms 24 beinhaltet vorzugsweise den Vergleich des Motorleistungsbefehls 16 und der Motorleistungsrückmeldung 22. Nach der Definition dieses Terms dient der Ventilrückmeldungsterm 24 dazu, die Eingaben mit den Ausgaben zu vergleichen und einen Korrekturterm zu berechnen, basierend auf der Differenz, wenn vorhanden zu berechnen. Der Vergleich und die Berechnung werden vorzugsweise von der Steuereinheit 10 durchgeführt, können aber alternativ mit jeder geeigneten separaten Vorrichtung durchgeführt werden. Wie in Fig. 3A dargestellt, kann die Position des Kolbens im Zylinder als eine sinusförmige Kurve über die Zeit dargestellt werden. Das Ereignis der Öffnung des Auslassventils ("EVO"), das Schließen des Auslassventils ("EVC"), das Öffnen des Einlassventils ("IVO") und das Schließen des Einlassventils ("IVC") können aus dieser sinusförmigen Welle abgelesen werden. Wie in Fig. 3B dargestellt, können die Ereignisse des EVO, des EVC, des IVO und des IVC innerhalb des Zeitraums verschoben werden (beachte, dass sich die Verschiebungen des EVC und des IVO vorzugsweise spiegeln, aber alternativ getrennt voneinander gesteuert werden können). Die Korrektur der Zeitsteuerung des EVO, des EVC/IVC und des IVC kann, wenn teilweise, getrennt voneinander oder zusammen genutzt, für die angestrebte Kraftstoffeffizienz, Ausgangsleistung und Emissionen des Motors 12 des Fahrzeugs sorgen. Der Verfahrensschritt der Berechnung des Ventilsteuerungsbefehls 26 beinhaltet vorzugsweise die Berechnung eines EVO-Befehls, eines EVC/IVO-Befehls, und eines IVC-Befehls. Die Steuereinheit 10 kann selbstverständlich alternativ jeden anderen geeigneten Parameter für die Steuerung der variablen Ventilsteuerzeiten beinhalten.
Das zweite bevorzugte Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet die grundlegenden Verfahrensschritt des ersten bevorzugten Verfahrens und den zusätzliche grundlegenden Verfahrensschritt des Empfangs von Daten der Kraftstoffumsetzung (Verbrennungsdaten) und von Motoremissionsdaten. Diese beinhalten vorzugsweise den Empfang von Daten der Kraftstoffumsetzung und von Motoremissionsdaten von geeigneten Emissionssensoren (nicht dargestellt) im Zylinder oder am Auslassstutzen des Motors 12. Der Emissionssensoren messen vorzugsweise die Menge an NOx im Abgas und übermitteln diese Daten zu Steuereinheit 10. Die Steuereinheit 10 nutzt diese Informationen vorzugsweise, um den Ausgabewert der Nachschlagtabelle zu modifizieren, kann diese Information aber auch alternativ dazu benutzen, die Werte kontinuierlich in der Nachschlagtabelle zu korrigieren. Die Steuereinheit 10 kann alternativ diese Information als einen weiteren Faktor für die Bestimmung des Ventilrückmeldungsterms 24 benutzen. Die Emissionssensoren sind vorzugsweise konventionelle Emissionssensoren, können aber alternativ jeder andere geeignete Sensor sein.
Wie jeder Fachmann für die Steuerung von Motoren mit variabel steuerbaren Ventilen aus der vorhergehenden detaillierten Beschreibung und von den Figuren und Ansprüchen erkennen kann, können Modifikation und Veränderungen an den bevorzugten Verfahren vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, definiert in den folgenden Ansprüchen, zu verlassen. Bezugszeichenliste 10 control unit/Steuereinheit
12 engine/Motor
14 valve actuators/Ventilaktuatoren
16 engine performance command/Motorleistungsbefehl
18 environmental condition signal/Umgebungsbedingungssignal
20 valve feedforward term/Ventiloptimalwertterm
22 engine performance feedback/Motorleistungsrückmeldung
24 valve feedback term/Ventilrückmeldung
26 Valve timing command/Ventilsteuerungsbefehl
28 pedal/Pedal
30 environmental sensor/Umgebungssensor
32 engine sensor/Motorsensor
33 engine performance command/Fahrzeugperformancebefehl
engine torque command/Motordrehmomentbefehl
ambient temperature/Umgebungstemperatur
engine speed/Motordrehzahl
emission sensor/Emissionssensor

Claims

1. Verfahren zur Berechnung eines Ventilsteuerungsbefehls (26) für einen Motor (12) eines Fahrzeuges, umfassend:
Erhalt eines Motorleistungsbefehls (16);
Empfang eines Umgebungsbedingungssignals (18);
Bestimmung eines Ventiloptimalwertterms (20) basierend auf dem Motorleistungsbefehl (16) und dem Umgebungsbedingungssignals (18);
Empfang einer Motorleistungsrückmeldung (22);
Berechnung eines Ventilrückmeldungsterms (24) basierend auf dem Motorleistungsbefehl (16) und der Motorleistungsrückmeldung (22); und
Berechnung eines Ventilsteuerungsbefehls (26) basierend auf dem Ventiloptimalwertterm (20) und dem Ventilrückmeldungsterm (24).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass der Erhalt des Motorleistungsbefehls (16) den Empfang eines Fahrzeugperformancebefehls von einem Fahrer eines Fahrzeugs und die Ableitung des Motorleistungsbefehls (16) basierend auf dem Fahrzeugperformancebefehl einschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfang des Umgebungsbedingungssignals (18) den Empfang von Umgebungstemperaturdaten einschließt, wobei die Bestimmung eines Ventiloptimalwertterms (20) die Bestimmung des Ventiloptimalwertterms (20), basierend auf den Umgebungstemperaturdaten einschließt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung eines Ventiloptimalwertterms (20) die Bestimmung des Ventiloptimalwertterms (20) basierend auf der Motorleistungsrückmeldung (22) einschließt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das die Bestimmung des Ventiloptimalwertterms (20) die Bezugnahme auf eine Nachschlagetabelle mit dem Motorleistungsbefehl (16), der Umgebungstemperatur und der Motorleistungsrückmeldung (22) einschließt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erhalt der Motorleistungsrückmeldung (22) den Empfang von Motordrehzahldaten einschließt, wobei die Berechnung eines Ventilrückmeldungsterms (24) die Berechnung des Ventilrückmeldungsterms (24) unter Berücksichtigung der Motordrehzahldaten einschließt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erhalt des Motorleistungsbefehls (16) den Erhalt eines Motordrehmomentbefehls einschließt; wobei der Empfang einer Motorleistungsrückmeldung (22) den Empfang von Motordrehmomentdaten einschließt, und wobei die Berechnung des Ventilrückmeldungsterms (24) die Berechnung des Ventilrückmeldungsterms (24) basierend auf dem Motordrehmomentbefehl und den Motordrehmomentdaten einschließt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Ventilsteuerungsbefehls (26) die Berechnung eines EVO- Befehls, eines EVC/IVO-Befehls und eines IVC-Befehls beinhaltet.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoffumsetzungsdaten empfangen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Ventiloptimalwertterms (20) die Bestimmung eines Ventiloptimalwertterms (20) basierend auf den Kraftstoffumsetzungsdaten beinhaltet.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Ventilrückmeldungsterms (24) die Berechnung eines Ventilrückmeldungsterms (24) basierend auf den Kraftstoffumsetzungsdaten beinhaltet.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Motoremissionsdaten empfangen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Ventiloptimalwertterms (20) die Bestimmung des Ventiloptimalwertterms (20) basierend auf den Motoremissionsdaten beinhaltet.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Ventilrückmeldungsterms (24) die Berechnung des Ventilrückmeldungsterms (24) basierend auf den Motoremissionsdaten beinhaltet.