DE112017005085T5

DE112017005085T5 - Verfahren zum steuern eines ventiltriebs

Info

Publication number: DE112017005085T5
Application number: DE112017005085.5T
Authority: DE
Inventors: Simon Shepherd; Richard Tyrrell
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2019-07-04
Also published as: GB2556673B; GB201715471D0; GB201616956D0; GB2556673A; WO2018065252A1

Abstract

Verfahren (50) zum Steuern eines elektromagnetischen Ventilstellglieds (400) mit einer drehbaren Nockenwelle (404) zum Betätigen eines Ventils (440) eines Motors (20), wobei das Verfahren (50) umfasst: Planen (52) eines Ventilhubereignisses, das eine Öffnungsphase vom Nullventilhub zu einem maximalen Ventilhub und eine Schließphase vom maximalen Ventilhub zum Nullventilhub umfasst; Anweisen (54) des elektromagnetischen Ventilstellglieds (400), die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle (404) zu beschleunigen, bei konstanter oder variabler Beschleunigung während mindestens einer oder mehrerer von: die Öffnungsphase; die Schließphase; einen Abschnitt der Öffnungsphase sowie einen Abschnitt der Schließphase; und das Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds (400), die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle (404) nach der Schließphase und vor dem Beginn des nächsten dem Ventil (440) zugeordneten Ventilhubereignisses einzustellen oder umzukehren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Ventiltriebs. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht es sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Ventiltriebs eines Motors eines Fahrzeugs.
Aspekte der Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren, eine Steuerung, ein System, einen Motor, ein Fahrzeug und ein Computerprogramm.
HINTERGRUND
Ein herkömmlicher Hubkolben-Verbrennungsmotor verwendet Ventile (typischerweise Sitzventile), um den Gasfluss in die und aus den Zylindern zu steuern und so die Verbrennung zu erleichtern. Ein Ventiltrieb ist ein System, das den Betrieb der Ventile steuert.
Ein exemplarischer Ventiltrieb umfasst eine drehbare Nockenwelle. Die Nockenwelle besteht aus einem oder mehreren Nocken. Jeder Nocken drückt durch Nockenaktion direkt oder indirekt auf ein Ventil, um das Ventil aus einer geschlossenen Position in eine geöffnete Position zu verschieben (anzuheben). Der Ventiltrieb umfasst Ventilrückstellfedern. Jede Ventilrückstellfeder spannt das Ventil vor, um das Ventil aus der geöffneten Position in die geschlossene Position zu verschieben, wenn der Nocken nicht mehr auf das Ventil drückt. Die Form des Nockens und die Ausarbeitung der Ventilrückstellfedern bestimmen die sich mit der Zeit ergebende Verschiebung des Ventils aus seiner geschlossenen Position.
In einigen Fällen kann die Nockenwelle gesteuert werden, um die Ventilzeitsteuerung oder die Ventilöffnung zu variieren. So kann beispielsweise die Zeitsteuerung durch Änderung der Staffelung der Nockenwelle im Hinblick auf einen Verbrennungszyklus angepasst werden. Der maximale Ventilhub kann durch Steuern der Trennung der Nockenwelle vom Ventil angepasst werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Ventiltriebs bereitzustellen.
Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Verfahren, eine Steuerung, ein System, einen Motor, ein Fahrzeug und ein Computerprogramm dar, wie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht.
Die Beschleunigung der Drehung bezieht sich auf die Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit, nicht auf die Änderungsrate der Radialgeschwindigkeit. Die Möglichkeit, die Drehung der Nockenwelle zwischen den Ventilhubereignissen einzustellen und/oder umzukehren, bietet vorteilhafterweise mehr Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz des Ventiltriebs.
In einigen Beispielen ist die vorgegebene Beschleunigung der drehbaren Nockenwelle mindestens konstant während einer oder mehrerer von: der Öffnungsphase, der Schließphase, einem Teil der Öffnungsphase sowie einem Teil der Schließphase.
Der Befehl der konstanten Beschleunigung bezieht sich auf den Befehl der konstanten finiten positiven Beschleunigung, konstanten finiten negativen Beschleunigung und in einigen Fällen der konstanten Nullbeschleunigung. Dies bietet den Vorteil, dass der Energieverbrauch des elektromagnetischen Ventilstellglieds im Quadrat (RMS) reduziert wird, verglichen mit z.B. dem Befehl einer unmittelbaren Änderung der Winkelgeschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt. Denn der Energieverbrauch ist im Wesentlichen proportional zum Quadrat der erforderlichen Beschleunigung.
Die vorgegebene Beschleunigung der drehbaren Nockenwelle kann ungleich Null sein, und zwar über einen oder mehrere der folgenden Bereiche: die gesamte Öffnungsphase; die gesamte Schließphase.
Dies bietet den Vorteil, dass der RMS-Energieverbrauch reduziert wird, wenn sich die in der Schließphase erforderliche durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit von der in der Öffnungsphase erforderlichen durchschnittlichen Winkelgeschwindigkeit unterscheidet.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Planen der Drehung der drehbaren Nockenwelle vor der Öffnungsphase in eine Betriebsstellung zum Anheben des Ventils zu Beginn der Öffnungsphase; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle bei konstanter Beschleunigung während der geplanten Drehung zu beschleunigen.
Dies hat den Vorteil, dass der RMS-Energieverbrauch in der Situation (der Phase „Parken-zum-Öffnen“), in der die drehbare Nockenwelle von einer Startwinkelgeschwindigkeit (meist Null) in einer Parkposition auf die für die Öffnungsphase erforderliche Winkelgeschwindigkeit in der Betriebsposition zum Anheben des Ventils zu Beginn der Öffnungsphase beschleunigt werden muss, reduziert wird.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, während der geplanten Drehung vor der Öffnungsphase das eine der folgenden Drehverhaltensweisen der drehbaren Nockenwelle zu bewirken, das zur niedrigsten allgemeinen effektiven Beschleunigung der Drehung der drehbaren Nockenwelle bei der Durchführung der geplanten Drehung führt: konstante Beschleunigung der Drehung; konstante Beschleunigung der Drehung, der eine konstante Drehgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) vorausgeht oder ihr folgt; oder konstante positive Beschleunigung der Drehung, gefolgt von einer konstanten negativen Beschleunigung der Drehung.
Dies hat den Vorteil, dass der RMS-Energieverbrauch in der Phase „Parken-zum-Öffnen“ reduziert wird. Das effizienteste der oben genannten Drehverhalten für diese Phase „Parken-zum-Öffnen“ variiert je nach dem Verhältnis der erforderlichen Winkeldrehung der drehbaren Nockenwelle zur erforderlichen Winkeldrehung der Kurbel während der Phase „Parken-zum-Öffnen“.
Die obigen Merkmale der Phase „Parken-zum-Öffnen“ gelten gleichermaßen für eine Phase „Schließen-zum-Parken“, in der die drehbare Nockenwelle von einer Winkelgeschwindigkeit am Ende der Schließphase auf eine Endwinkelgeschwindigkeit (normalerweise Null) an der Parkposition beschleunigt werden muss.
In der Phase „Schließen-zum-Parken“ kann das Verfahren Folgendes umfassen: Planen der Drehung der drehbaren Nockenwelle nach der Schließphase vor einem nächsten Ventilhubereignis; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle bei konstanter Beschleunigung während der geplanten Drehung zu beschleunigen.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, während der geplanten Drehung das eine der folgenden Drehverhaltensweisen der drehbaren Nockenwelle zu bewirken, das zur niedrigsten allgemeinen effektiven Beschleunigung der Drehung der drehbaren Nockenwelle bei der Durchführung der geplanten Drehung führt: konstante Beschleunigung der Drehung; konstante Drehgeschwindigkeit, gefolgt von konstanter Beschleunigung der Drehung; oder konstante Beschleunigung der Drehung, gefolgt von konstanter Beschleunigung, die nicht Null ist, gefolgt von konstanter unterschiedlicher Beschleunigung der Drehung.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle nach der Schließphase vor Beginn des nächsten dem Ventil zugeordneten Ventilhubereignisses einzustellen.
Die Planung eines „Parkens“ der drehbaren Nockenwelle bietet den Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass eine Schließphase eines ersten Ventilereignisses eine Öffnungsphase eines nächsten Ventilereignisses stört.
In einigen Beispielen kann die Einstellung der Drehung so geplant werden, dass die drehbare Nockenwelle in Abhängigkeit von den Rastpositionen des elektromagnetischen Ventilstellglieds in einer von mehreren verschiedenen Winkellagen die Drehung einstellt.
Dies hat den Vorteil, dass die unterschiedlichen Winkellagen vorgegeben werden können, so dass wenig oder gar keine Energie zum Halten der Nockenwelle in der Parkposition benötigt wird. Die Rastpositionen sind spezifisch für die Permanentmagnete des elektromagnetischen Ventilstellglieds.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Rotationsbeschleunigung seiner drehbaren Nockenwelle nach der Schließphase des Ventilhubereignisses oder eines anderen Ventilhubereignisses und vor dem Beginn des nächsten dem Ventil zugeordneten Ventilhubereignisses zu ändern, umfassend das Vorspannen des Zeitpunkts der Beschleunigungsänderung, um unbeabsichtigten Ventilhub nach der Schließphase und vor dem Beginn eines nächsten Ventilhubereignisses zu verhindern.
Die zeitliche Vorspannung des Umkehrpunktes zwischen den Ventilhubereignissen bietet den Vorteil eines Kompromisses zwischen dem effizienten Betrieb des Ventiltriebs und der Vermeidung eines unbeabsichtigten Wiederöffnens des Ventils.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, während einer geplanten Drehung vom Ende der Schließphase des Ventilhubereignisses bis zum Beginn einer nächsten Öffnungsphase eines nächsten Ventilhubereignisses das eine der folgenden Drehverhalten der drehbaren Nockenwelle zu bewirken, das zur niedrigsten allgemeinen effektiven Drehbeschleunigung der drehbaren Nockenwelle bei der Durchführung der geplanten Drehung führt: Einstellung der Drehung der drehbaren Nockenwelle; eine Änderung der Beschleunigung der drehbaren Nockenwelle; oder kontinuierliche konstante Beschleunigung der Drehung der drehbaren Nockenwelle.
Die Entscheidung zwischen Parken, einem Kniepunkt und kontinuierlicher Drehung zwischen den Ventilhubereignissen zu ermöglichen, bietet vorteilhafterweise mehr Möglichkeiten, die Effizienz des Ventiltriebs zu verbessern.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle bei konstanter Beschleunigung Schließphase zu beschleunigen, über eine oder mehrere von: die gesamte Öffnungsphase, die gesamte Schließphase, die gesamte Öffnungsphase, die gesamte Öffnungsphase sowie die gesamte.
Dies hat den Vorteil, dass der RMS-Energieverbrauch reduziert wird.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, eine Drehrichtung seiner drehbaren Nockenwelle umzukehren, Ändern der Winkelgeschwindigkeit der drehbaren Nockenwelle von einem positiven Wert während der Öffnungsphase in einen negativen Wert während der Schließphase.
Dadurch wird der maximale Ventilhub zu einer steuerbaren Größe. Dies bietet den Vorteil, dass eine stufenlose Ventilhubregelung ermöglicht wird.
Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Empfangen von Soll-Eingaben, die einen Startzeitpunkt für das Ventilhubereignis, eine Dauer des Ventilhubereignisses, einen Zeitpunkt des maximalen Hubs und optional einen Hubbetrag des Ventils bei maximalem Hub anzeigen, wobei die Planung des Ventilhubereignisses von den Soll-Eingaben abhängig ist.
Die Verwendung nur dieser Zieleingaben zur Planung von Ventilereignissen bedeutet, dass das Verfahren im offenen Regelkreis durchgeführt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass nur eine minimale bis gar keine Rückkopplung erforderlich ist, wodurch Schwankungen der geplanten Beschleunigung vermieden werden, die den RMS- Energieverbrauch erhöhen können. In anderen Beispielen können begrenzte Eingaben von Rückmeldesensoren von Vorteil sein.
Konstante Beschleunigung kann eine konstante Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle über ein Zeitintervall in einem durch die Drehung einer Motorkurbelwelle definierten Zeitbereich sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Ventilstellglieds mit einem Betätigungselement zum Betätigen eines Ventils eines Motors vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Planen eines Ventilhubereignisses, das eine Öffnungsphase vom Nullventilhub zu einem maximalen Ventilhub und eine Schließphase vom maximalen Ventilhub zum Nullventilhub umfasst; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, sein Betätigungselement bei konstanter oder variabler Beschleunigung während einer oder mehrerer von: die Öffnungsphase; die Schließphase; einen Teil der Öffnungsphase sowie einen Teil der Schließphase; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle nach der Schließphase und vor Beginn des nächsten Ventilhubereignisses, das dem Ventil zugeordnet ist, einzustellen oder umzukehren.
Gemäß einigen, aber nicht notwendigerweise allen Aspekten der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Ventilstellglieds mit einer drehbaren Nockenwelle zum Betätigen eines Ventils eines Motors vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Planen eines Ventilhubereignisses, das eine Öffnungsphase vom Nullventilhub zu einem maximalen Ventilhub und eine Schließphase vom maximalen Ventilhub zum Nullventilhub umfasst; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle bei konstanter Beschleunigung während mindestens einer oder mehrerer von: der Öffnungsphase; der Schließphase; einem Abschnitt der Öffnungsphase sowie einem Abschnitt der Schließphase zu beschleunigen.
Nach einigen, aber nicht notwendigerweise allen Aspekten der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Ventilstellglieds mit einem Betätigungselement zum Betätigen eines Ventils eines Motors vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Planen eines Ventilhubereignisses, das eine Öffnungsphase vom Nullventilhub zu einem maximalen Ventilhubund eine Schließphase vom maximalen Ventilhub zum Nullventilhub umfasst; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, sein Betätigungselement bei konstanter Beschleunigung während einer oder mehrerer von: der Öffnungsphase; der Schließphase; einem Abschnitt der Öffnungsphase sowie einem Abschnitt der Schließphase zu beschleunigen.
Gemäß einigen, aber nicht notwendigerweise allen Aspekten der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Ventilstellglieds mit einem Betätigungselement zum Betätigen eines Ventils eines Motors vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Planen eines Ventilhubereignisses, das eine Öffnungsphase vom Nullventilhub zu einem maximalen Ventilhub und eine Schließphase vom maximalen Ventilhub zum Nullventilhub umfasst; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, sein Betätigungselement bei konstanter Beschleunigung während einer oder mehrerer von: der Öffnungsphase; der Schließphase; einem Abschnitt der Öffnungsphase sowie einem Abschnitt der Schließphase zu beschleunigen.
Nach einigen, aber nicht notwendigerweise allen Beispielen der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern eines Ventilstellglieds mit einem Betätigungselement zum Betätigen eines Ventils eines Motors vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Anweisen des Ventilstellglieds, sein Betätigungselement bei konstanter Beschleunigung zu beschleunigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Ventilstellglieds mit einer drehbaren Nockenwelle zum Betätigen eines Ventils eines Motors vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Planen eines ersten Ventilhubereignisses mit einer ersten Charakteristik für einen dem Ventil zugeordneten ersten Verbrennungszyklus; Planen eines zweiten Ventilhubereignisses mit einer zweiten anderen Charakteristik für einen dem Ventil zugeordneten zweiten Verbrennungszyklus; und im Übergang zwischen dem ersten Ventilhubereignis und dem zweiten Ventilhubereignis, Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle auf die Drehzahl zu beschleunigen, die zum Aktivieren der zweiten Ventilhubcharakteristik unter Verwendung nur endlicher Beschleunigung erforderlich ist. In einigen Beispielen entspricht die zweite Charakteristik einem anderen maximalen Ventilhub und/oder einer anderen Hubgeschwindigkeit des Ventils im Vergleich zur ersten Charakteristik.
Dies hat den Vorteil, den Effektenergieverbrauch des elektromagnetischen Ventilstellglieds zu reduzieren, verglichen mit z.B. einer sofortigen Änderung („Schritt“) der Winkelgeschwindigkeit, wenn die Steuerung von einer Ventilhub- Charakteristik (z.B. späte Ventilöffnung) und einer anderen Ventilhub-Charakteristik (z.B. frühzeitige Ventilöffnung) wechselt.
In einigen Beispielen umfasst das erste Ventilhubereignis eine Ventilöffnungsphase und eine Ventilschließphase, wobei die erste Charakteristik einer ersten Drehzahl der drehbaren Nockenwelle zu Beginn der Ventilöffnungsphase des ersten Ventilhubereignisses zugeordnet ist, und wobei das zweite Ventilhubereignis eine Ventilöffnungsphase und eine Ventilschließphase umfasst, wobei die zweite Charakteristik einer zweiten unterschiedlichen Drehzahl der drehbaren Nockenwelle zu Beginn der Ventilöffnungsphase des zweiten Ventilhubs zugeordnet ist.
Nach einigen, aber nicht notwendigerweise allen Beispielen der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern eines Ventilstellglieds mit einem Betätigungselement zum Betätigen eines Ventils eines Motors vorgesehen, wobei das Verfahren umfasst: Anweisen des Ventilstellglieds, sein Betätigungselement ohne markante Änderungen in der Beschleunigung zu beschleunigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuerung vorgesehen, die Mittel zur Durchführung des Verfahrens umfasst. Die Mittel können mindestens einen Prozessor umfassen; und mindestens einen Speicher, der Computerprogrammcode beinhaltet; den mindestens einen Speicher und den Computerprogrammcode, die konfiguriert sind, um mit dem mindestens einen Prozessor die Steuerung dazu zu bringen, das Verfahren zumindest durchzuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System vorgesehen, das umfasst: die Steuerung; und ein desmodromisches elektromagnetisches Ventilstellglied, das von der Steuerung gesteuert wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Motor vorgesehen, der die Steuerung umfasst. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, das die Steuerung oder den Motor umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm vorgesehen, das Anweisungen enthält, die bei Ausführung durch einen oder mehrere Prozessoren bewirken, dass eine Steuerung mindestens das Verfahren ausführt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren, eine Steuerung, ein System, ein Zylinderkopf, ein Motor, ein Fahrzeug oder ein Computerprogramm vorgesehen, wie mit Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
Im Rahmen dieser Anwendung ist ausdrücklich vorgesehen, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorstehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in den folgenden Beschreibungen und Zeichnungen dargelegt sind, und insbesondere deren einzelne Merkmale, unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination übernommen werden können. Das heißt, alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer Ausführungsform können in jeder beliebigen Weise und/oder Kombination kombiniert werden, es sei denn, diese Merkmale sind nicht kompatibel. Der Anmelder behält sich das Recht vor, einen ursprünglich eingereichten Anspruch zu ändern oder einen neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, einen ursprünglich eingereichten Anspruch so zu ändern, dass er von einem anderen Anspruch abhängt und/oder ein Merkmal eines anderen Anspruchs aufnimmt, obwohl sie ursprünglich nicht auf diese Weise beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nun - lediglich beispielhaft - mit Bezug auf die entsprechenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 veranschaulicht ein Beispiel für ein Fahrzeug;
2 veranschaulicht ein Beispiel für eine Steuerung;
3 veranschaulicht ein Beispiel für ein computerlesbares Speichermedium;
4 veranschaulicht ein Beispiel für ein elektromagnetisches Ventilstellglied;
5 veranschaulicht ein Beispiel für ein Verfahren;
6 zeigt eine exemplarische Darstellung eines geplanten Ventilhubereignisses;
7 veranschaulicht eine weitere exemplarische Darstellung eines geplanten Ventilhubereignisses; und
8 zeigt eine exemplarische Darstellung einer geplanten Nockenwellendrehung zwischen V enti lhubereignissen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Figuren veranschaulichen ein Verfahren 50 zum Steuern eines elektromagnetischen Ventilstellglieds 400 mit einer drehbaren Nockenwelle 404 zum Betätigen eines Ventils 440 eines Motors 20, wobei das Verfahren 50 umfasst: Planen 52 eines Ventilhubereignisses, umfassend eine Öffnungsphase θC,O bis θC,MOP von Null-Ventilhub bis zu einem maximalen Ventilhub und eine Schließphase θC,MOP bis θC,C vom maximalen Ventilhub bis zu Null-Ventilhub; und Anweisen 54 des elektromagnetischen Ventilstellglieds 400, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle 404 bei konstanter Beschleunigung während mindestens einer oder mehrerer von: der Öffnungsphase; der Schließphase; einem Abschnitt der Öffnungsphase sowie einem Abschnitt der Schließphase zu beschleunigen.
1 veranschaulicht ein Beispiel für ein Fahrzeug 10, in dem Ausführungsformen der Erfindung umgesetzt werden können. In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen ist das Fahrzeug 10 ein Personenwagen. Pkw haben in der Regel ein Leergewicht von weniger als 5000 kg.
In 1 umfasst das Fahrzeug 10: einen Motor 20 (der ein Verbrennungsmotor sein kann); einen Zylinderkopf 30 des Motors 20; und einen Ventiltrieb 40, der sich innerhalb des Zylinderkopfes 30 oder anderswo in der Nähe des Motors 20 befinden kann.
2 zeigt ein Beispiel für eine Steuerung 200 des Motors 20 und/oder des Ventiltriebs 40.
Für die Zwecke dieser Offenbarung ist zu verstehen, dass die hierin beschriebene(n) Steuerung(en) 200 jeweils eine Steuereinheit oder Rechenvorrichtung mit einem oder mehreren elektronischen Prozessoren 202 umfassen können. Ein Fahrzeug 10 und/oder ein System davon kann eine einzelne Steuereinheit oder elektronische Steuerung umfassen, oder alternativ können verschiedene Funktionen der Steuerung(en) in verschiedenen Steuereinheiten oder Steuerungen ausgeführt oder in diesen untergebracht sein. Es kann ein Satz von Anweisungen 208 bereitgestellt werden, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung(en) oder die Steuereinheiten) veranlassen, die hierin beschriebenen Steuertechniken (einschließlich der/des beschriebenen Verfahren(s)) umzusetzen. Der Befehlssatz kann in einen oder mehrere elektronische Prozessoren 202 eingebettet sein, oder, alternativ, kann der Befehlssatz als Software 206 bereitgestellt werden, die in mindestens einem Speicher 204 gespeichert ist und von einem oder mehreren elektronischen Prozessoren 202 ausgeführt wird. So kann beispielsweise eine erste Steuerung in einer Software implementiert werden, die auf einem oder mehreren elektronischen Prozessoren läuft, und eine oder mehrere andere Steuerungen können auch in einer Software implementiert werden, die auf einem oder mehreren elektronischen Prozessoren läuft, optional auf denselben einen oder mehreren Prozessoren wie die erste Steuerung. Es ist jedoch zu beachten, dass auch andere Konstellationen nützlich sind, weshalb die vorliegende Offenbarung nicht auf eine bestimmte Konstellation beschränkt sein soll. Auf jeden Fall kann der vorstehend beschriebene Satz von Anweisungen 208 in ein computerlesbares Speichermedium 300 (z.B. ein dauerhaftes Speichermedium) eingebettet sein, wie in 3 dargestellt, das jeden Mechanismus zum Speichern von Informationen in einer für eine Maschine oder elektronische Prozessoren/Rechenvorrichtung lesbaren Form umfassen kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: ein magnetisches Speichermedium (z.B, Diskette); optisches Speichermedium (z.B. CD-ROM); magneto-optisches Speichermedium; Nur-LeseSpeicher (ROM); Direktzugriffsspeicher (RAM); löschbarer programmierbarer Speicher (z.B. EPROM ad EEPROM); Flash-Speicher; oder elektrischer oder anderer Medientyp zum Speichern solcher Informationen/Anweisungen.
zeigt ein Beispiel für Ventiltriebshardware, dargestellt in verschiedenen Q uerschn ittsansichten.
4 zeigt ein Ventil 440. Das Ventil 440 ist ein Sitzventil. Das Ventil 440 ist so angeordnet, dass es bei Bedarf geöffnet werden kann, um den Gasfluss in die und/oder aus den Zylindern zu steuern.
In 4, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen, ist das Ventil 440 mit einem Mechanismus 420 gekoppelt. Der Mechanismus 420 ist so angeordnet, dass er gegen das Ventil 440 drückt, um das Ventil 440 zu öffnen. In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen ist der Mechanismus 420 so angeordnet, dass er am Ventil 440 zieht um das Ventil 440 zu schließen. Der Mechanismus 420 ist mit einem Betätigungselement in Form einer Nockenwelle 404 gekoppelt. Die Nockenwelle 404 umfasst einen ersten Nocken 406 zum Verriegeln des Mechanismus, um zu bewirken, dass Druckkräfte durch den Mechanismus 420 übertragen werden um das Ventil 440 zu öffnen. Die Nockenwelle 404 umfasst einen zweiten Nocken 408, um zu bewirken, dass Zugkräfte durch den Mechanismus 420 übertragen werden um das gleiche Ventil 440 zu schließen, wodurch die Nockenwelle 404 eine desmodromische Ventilbetätigung ermöglicht. In weiteren Beispielen können andere Betätigungselemente verwendet werden, z.B. Linearantriebe.
In anderen Beispielen ist das Ventil 440 direkt mit der Nockenwelle 404 gekoppelt, ohne Zwischenmechanismus 420. Der erste Nocken 406 und der zweite Nocken 408 können auf verschiedenen Nockenwellen vorgesehen sein.
In 4 ist die Nockenwelle 404 mit einem elektromagnetischen Ventilstellglied 400 gekoppelt. Das elektromagnetische Ventilstellglied 400 in 4 umfasst ein Rotor-Stator-Paar 402, wobei der Rotor einen rotierenden Ausgang bereitstellt. In anderen Beispielen kann das elektromagnetische Ventilstellglied 400 einen linearen Ausgang bereitstellen.
Die Nockenwelle 404 von 4 erfüllt zwei Funktionen. Die Nockenwelle 404 stellt zunächst nicht nur die Nocken zur Verfügung, sondern dient auch als Rotor des elektromagnetischen Ventilstellglieds 400 zur Bereitstellung des rotierenden Ausgangs. Die Nockenwelle 404 ist um ihre Drehachse 405 drehbar angeordnet, die sich über die Länge der Nockenwelle 404 erstreckt.
Die Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 404 nimmt zu, wenn das elektromagnetische Ventilstellglied 400 mit genügend Antriebsstrom zur Überwindung der Trägheit versorgt wird. Ausreichend positiver Antriebsstrom, der dem elektromagnetischen Ventilstellglied 400 zugeführt wird, erzeugt eine positive Beschleunigung (eine positive Änderung in der Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 404), und ausreichend negativer Antriebsstrom erzeugt eine negative Beschleunigung (eine negative Änderung in der Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle 404).
Der an das elektromagnetische Ventilstellglied 400 angelegte Antriebsstrom wird von der Steuerung 200 gesteuert. Die Bedienung der Steuerung 200 wird im Folgenden näher beschrieben.
5 zeigt ein Verfahren zum Steuern des elektromagnetischen Ventilstellglieds 400, das von der Steuerung 200 ausgeführt werden kann. Das Verfahren umfasst das Planen eines Ventilhubereignisses bei Block 52. Das Ventilhubereignis umfasst eine Öffnungsphase vom Nullventilhub bis zu einem maximalen Ventilhub. Mit Bezug auf die exemplarische Hardware von 4 beginnt die Öffnungsphase, sobald genügend Kraft auf das Ventil 440 ausgeübt wird, damit sich das Ventil 440 zu öffnen beginnt. Die Öffnungsphase endet, wenn nicht genügend Kraft auf das Ventil 440 ausgeübt wird, um das Ventil 440 weiter anzuheben, und das Ventil 440 sich für den Rest des Ventilhubs nicht mehr anhebt.
Das Ventilhubereignis umfasst auch eine Schließphase vom maximalen Ventilhub zum Nullventilhub. In Bezug auf die exemplarische Hardware von 4 ist das Ende der Öffnungsphase gleichzeitig der Beginn der Schließphase. In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen beginnt die Schließphase, wenn genügend Kraft auf das Ventil 440 ausgeübt wird, damit sich das Ventil 440 in Schließrichtung in Richtung Nullventilhub bewegt. Die Schließphase endet mit dem Schließen des Ventils 440 (Nullventilhub).
In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen besteht ein Ventilhubereignis nur aus der Öffnungsphase und der Schließphase.
Zu den Beispielinformationen, die es ermöglichen, ein Ventilhubereignis zu planen, gehören Softwaremodelle von einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften: mechanische Eigenschaften, Formeigenschaften, elektrische Eigenschaften, magnetische Eigenschaften oder thermische Eigenschaften der gesamten oder eines Teils der in 4 dargestellten Hardware. Beispiele für Formeigenschaften sind die Form des ersten Nockens 406 und die Form des zweiten Nockens 408.
In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen werden ein oder mehrere nachfolgende Ventilhubereignisse auch vor Beginn der Öffnungsphase des Ventilhubereignisses geplant.
In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen wird die Terminierung bei laufendem Motor (Verbrennung findet statt) ausgeführt.
In einigen, aber nicht notwendigerweise allen Beispielen umfasst die Planung des Ventilhubereignisses die Planung eines oder mehrerer der folgenden Elemente vor Beginn der Öffnungsphase des Ventilhubereignisses: die Winkellage; die Winkelgeschwindigkeit; oder die Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit (Beschleunigung) der Nockenwelle 404 zu einer Vielzahl von Zeiten während des Ventilhubereignisses. Das elektromagnetische Ventilstellglied 400 wird so gesteuert, dass die Nockenwelle 404 zu jeder der Vielzahl an Zeiten die geplante Winkellage, Winkelgeschwindigkeit oder Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit aufweist.
Das geplante Ventilhubereignis umfasst eine Zeitspanne, in der die Beschleunigung der Nockenwelle 404 über die gesamte Zeitspanne konstant sein wird. Der Zeitraum besteht aus einem oder mehreren von: einem Teil oder der gesamten Öffnungsphase; einem Teil oder der gesamten Schließphase; einem Teil der Öffnungsphase sowie einem Teil der Schließphase; oder der gesamten Öffnungsphase sowie der gesamten Schließphase. Der Zeitraum oder die Zeiträume konstanter Beschleunigung stellen sicher, dass der RMS-Energieverbrauch des elektromagnetischen Ventilstellglieds 400 reduziert wird.
Das Verfahren umfasst bei Block 54 das Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds 400, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle 404 gemäß dem geplanten Zeitraum oder den Zeiträumen konstanter Beschleunigung zu beschleunigen. In einigen, aber nicht notwendigerweise allen Beispielen umfasst Block 54 die Anweisung an das elektromagnetische Ventilstellglied 400, das gesamte geplante Ventilhubereignis auszuführen, nicht nur den geplanten Zeitraum oder Zeiträume konstanter Beschleunigung.
Das Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds 400 bei Block 54 umfasst zumindest das Übertragen eines Steuersignals, das den dem elektromagnetischen Ventilstellglied 400 zugeführten Antriebsstrom direkt oder indirekt gemäß dem geplanten Ventilhubereignis ganz oder teilweise steuert. In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen wird das Steuersignal übertragen, nachdem die Planung des Ventilhubereignisses stattgefunden hat.
Es wird nun ein Beispiel für eine detaillierte Steuerungsstrategie diskutiert, die ganz oder teilweise Teil von Block 52 des Verfahrens nach 5 sein kann.
Die Steuerungsstrategie beginnt mit dem Empfangen von Soll-Inputs. Die Soll-Inputs stellen High-Level-Beschränkungen dar, die erfüllt sein müssen. Die Soll-Eingaben können beispielsweise von einer Motorsteuereinheit bestimmt werden, bevor sie an die Steuerung 200 übertragen werden.
Die Soll-Eingaben umfassen ein erstes Ziel, das den Soll-Startzeitpunkt für das Ventilhubereignis anzeigt. Ausgehend davon ist es möglich, den Beginn der Öffnungsphase zu planen. Die Zeitbasis bezieht sich auf einen dem Ventil 440 zugeordneten Verbrennungszyklus. Das Timing kann als Kurbelwinkelposition („Kurbelwinkel“) ausgedrückt werden, beispielsweise stellt 0 Grad Kurbelwinkel den Beginn eines Viertakt-Verbrennungszyklus dar und 720 Grad Kurbelwinkel das Ende des Viertakt-Verbrennungszyklus. In einem anschaulichen Beispiel kann der Sollstartzeitpunkt für das Ventilhubereignis bei 180 Grad Kurbelwinkel liegen.
Die Soll-Eingaben umfassen ein zweites Ziel, das die Dauer des Ventilhubereignisses anzeigt. Es ist möglich, das Ende der Schließphase zu planen, indem man die Dauer (zweites Ziel) zum Startzeitpunkt des Ziels (erstes Ziel) addiert. Die Startzeit und Dauer des Ventilhubereignisses sind nun bekannt.
Die Soll-Eingaben umfassen ein drittes Ziel, das ein Soll-Timing des maximalen Ventilhubs anzeigt. In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen kann das dritte Ziel als prozentualer Anteil der oben genannten Dauer ausgedrückt werden. In Abwesenheit des dritten Ziels könnte der standardmäßige Zeitpunkt des maximalen Ventilhubs auf 50% der oben genannten Dauer festgelegt werden. Bei Werten unter 50% ist die Schließphase länger als die Öffnungsphase. Bei Werten über 50% ist die Öffnungsphase länger als die Schließphase.
In einigen, aber nicht unbedingt in allen Beispielen umfassen die Soll-Eingaben ein viertes Ziel, das einen Soll-Hubbetrag des Ventils 440 beim maximalen Ventilhub anzeigt. Dies kann beispielsweise als prozentualer Anteil des maximal erreichbaren Ventilhubs angegeben werden. In Abwesenheit des vierten Ziels könnte der standardmäßige Hubbetrag beim maximalen Ventilhub 100% betragen. Eine vollständige Drehung der Nockenwelle 404 würde zu dem maximal erreichbaren Ventilhub führen. Wenn das vierte Ziel einen maximalen Ventilhub unter 100% vorgibt, wäre es notwendig, die Drehrichtung der Nockenwelle 404 umzukehren, bevor der maximal erreichbare Ventilhub erreicht wird.

Basierend auf den Soll-Inputs ist es möglich, die folgenden Beschränkungen zu bestimmen:

	Kurbelwinkelposition („Kurbelwinkel“)	Rotor (Nockenwelle 404) Winkelposition
Beginn der Öffnungsphase	θ_C,O	θ_R,O
Ende der Öffnungsphase / Beginn der Schließphase	θ_C,MOP	θ_R,MOP
Ende der Schließphase	θ_C,C	θ_R,C

θ bezieht sich auf einen Winkel. Der tiefgestellte Index MOP steht für „maximal geöffnete Position“, also den maximalen Ventilhub. Der tiefgestellte Index R steht für ‚Rotor‘, der in diesem Beispiel auch die Nockenwelle 404 ist. Der tiefgestellte Index C steht für „crank“.
Die nächste Stufe der Regelstrategie beinhaltet das Bestimmen eines dimensionslosen Winkelgeschwindigkeitskoeffizienten Ca für jede Phase: $\begin{matrix} C a = geplanter Rotor (Nockenwelle) Winkeldrehung/geplante Kurbelwinkeldrehung \\ C a = Δ θ_{R} / Δ θ_{C} \end{matrix}$
Der Winkelgeschwindigkeitskoeffizient Ca stellt die Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit des Rotors Δθ_R in Bezug auf einen durch die Drehung der Kurbelwelle definierten Zeitbereich dar.
Der mittlere Winkelgeschwindigkeitskoeffizient für die Öffnungsphase kann unter Berücksichtigung der Beschränkungen von Gl. 1 bestimmt werden: $C a 1 (Öffnungsphase) = (θ_{R, M O P} - θ_{R, O}) / (θ_{C, M O P} - θ_{C, O})$
Wenn sich beispielsweise der Rotor von 120 Grad bis 200 Grad über die gesamte Öffnungsphase und die Kurbel von 270 Grad bis 370 Grad über die gesamte Öffnungsphase drehen soll, ist der durchschnittliche Winkelgeschwindigkeitskoeffizient: $C a 1 (Öffnungsphase) = (200 - 120) / (370 - 270)$
$C a 1 (Öffnungsphase) = 0,80$
In diesem Beispiel beträgt der durchschnittliche Winkelgeschwindigkeitskoeffizient des Rotors für die Öffnungsphase 0,80 (d.h. die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit des Rotors muss das 0,80-fache der durchschnittlichen Kurbelwinkelgeschwindigkeit betragen).
Der mittlere Winkelgeschwindigkeitskoeffizient für die Schließphase kann unter Berücksichtigung der Einschränkungen von Gleichung 1 ebenso bestimmt werden: $C a 2 (Schließphase) = (θ_{R, C} - θ_{R, M O P}) / (θ_{C, C} - θ_{C, M O P})$
Wenn beispielsweise der Rotor über die gesamte Schließphase von 200 Grad bis 300 Grad und die Kurbel über die gesamte Schließphase von 370 Grad bis 450 Grad gedreht werden soll, ist der durchschnittliche Winkelgeschwindigkeitskoeffizient: $C a 2 (Schließphase) = (300 - 200) / (450 - 370)$
$C a 2 (Schließphase) = 1,25$
In diesem Beispiel beträgt der durchschnittliche Winkelgeschwindigkeitskoeffizient des Rotors für die Schließphase 1,25 (d.h. die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit des Rotors muss das 1,25-fache der durchschnittlichen Kurbelwinkelgeschwindigkeit betragen).
6 und 7 sind Graphen, die jeweils den Winkelgeschwindigkeitskoeffizienten Ca als y-Achse aufweisen, während die x-Achse Zeit in einem Zeitbereich ist, der durch die Drehung der Kurbelwelle ec definiert ist. Die Leitungen 601 in 6 und 701 in 7 stellen unterschiedliche Zeitpläne für Ventilhubereignisse dar.
In Bezug auf die 6 und 7 zeigt ein positiver Gradient von Ca über ein Zeitintervall im Zeitbereich an, dass die Winkelgeschwindigkeit des Rotors gegenüber der Winkelgeschwindigkeit der Kurbel zunehmen muss (positive Beschleunigung). Ein negativer Gradient von Ca über das Zeitintervall zeigt an, dass die Winkelgeschwindigkeit des Rotors gegenüber der Winkelgeschwindigkeit der Kurbel abnehmen muss (negative Beschleunigung). Ein Nullgradient von Ca über das Zeitintervall zeigt an, dass sich die Winkelgeschwindigkeit des Rotors gegenüber der Winkelgeschwindigkeit der Kurbel nicht ändern muss (Nullbeschleunigung).
Unterschiedliche Gradienten von Ca (unterschiedliche Beschleunigungen) an verschiedenen Stellen in einem Ventilhubereignis erreichen unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten des Rotors (bezogen auf die Winkelgeschwindigkeit der Kurbel) an verschiedenen Stellen im Ventilhubereignis. Dies wiederum bestimmt das Winkelpositionsprofil des Rotors an verschiedenen Stellen im Ventilhubereignis. Das Winkellageprofil des Rotors wiederum bestimmt das Verschiebungsverhalten des Ventils 440 an verschiedenen Stellen im Ventilhubereignis. Wenn beispielsweise Änderungen der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ignoriert werden (z.B. eine konstante Motordrehzahl angenommen wird), wenn Ca2 höher als Ca1 ist, wird das Ventil 440 schneller geschlossen als es geöffnet wird. Wenn Ca2 kleiner als Ca1 ist, wird das Ventil 440 langsamer geschlossen als geöffnet.
Der Vorteil der Planung eines Ventilhubereignisses unter Verwendung eines dimensionslosen Geschwindigkeitskoeffizienten Ca, der die Änderungsrate der Rotorwinkelposition ausdrückt, die unter Verwendung eines durch die Drehung der Nockenwelle definierten Zeitbereichs bestimmt wird, besteht darin, dass Ca unabhängig von der Kurbelwinkelgeschwindigkeit ist und daher der Zeitplan bei Änderungen der Motordrehzahl nicht neu berechnet werden muss. Die Ausführungsrate des Zeitplans kann einfach von den Informationen eines Kurbelpositions-/Winkelsensors abhängig sein. Dies reduziert den Rechenaufwand und erhält die transiente Reaktion des Ventiltriebs 40 auf schnelle Änderungen der Motorbedingungen aufrecht.
Es ist möglich, ein Ventilhubereignis wie in den in 6 und 7 schematisch dargestellten Zeitpläne 601 oder 701 zu planen und das elektromagnetische Ventilstellglied 400 anzuweisen, das geplante Ventilhubereignis durchzuführen.
Der Zeitplan 601 von 6 umfasst: einen konstanten Ca1-Abschnitt 602, in dem Ca=Ca1 über die gesamte Öffnungsphase; und einen konstanten Ca2-Abschnitt 604, in dem Ca=Ca2 über die gesamte Schließphase. Konstant Ca für die gesamte Dauer der Öffnungsphase bedeutet, dass für die gesamte Öffnungsphase eine konstante Nullbeschleunigung vorgesehen ist. Konstant Ca für die gesamte Dauer der Schließphase bedeutet, dass für die gesamte Schließphase eine konstante Nullbeschleunigung vorgesehen ist. In , aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen, sind Ca2 und Ca1 unterschiedlich.
Die Steuerungsstrategie kann verbessert werden, um den Energieverbrauch weiter zu senken, wie im Folgenden erläutert.
Eine Verbesserung beinhaltet die Planung des Ventilhubereignisses, um eine Zeitspanne zu umfassen, in der die Beschleunigung des Rotors über die gesamte Zeitspanne konstant und ungleich Null ist, d.h. Ca hat über die gesamte Zeitspanne einen positiven oder negativen Gradienten. Der Zeitraum besteht aus einem oder mehreren von: einem Teil oder der gesamten Öffnungsphase; einem Teil oder der gesamten Schließphase; einem Teil der Öffnungsphase sowie einem Teil der Schließphase; oder der gesamten Öffnungsphase sowie der gesamten Schließphase. Die Beschleunigung ungleich Null ist so geplant, dass die Größe der markanten Änderungen in Ca reduziert oder eliminiert wird, wie z.B. die markante Änderung zwischen Ca1 und Ca2 unter θ_C,MOP ( ).
der Plan 701 von 7 wird gemäß der verbesserten Steuerungsstrategie bestimmt. Der Plan 701 von 7 beinhaltet Phasen mit konstanter Beschleunigung ungleich Null.
Ein Prozess zur Erstellung eines Zeitplans wie dem Zeitplan 701 wird näher beschrieben. Zur Erläuterung ist es hilfreich, sich auf die Punkte A bis H im Zeitplan 701 von 7 zu beziehen. Die Punkte A bis H werden in den folgenden Kurbelwinkeln entlang der Kurbelumdrehungsachse dargestellt:

A.: Ein Anfangspunkt innerhalb eines Motor-Verbrennungszyklus, der den Beginn des in 7 dargestellten Zeitplans darstellt. Der Kurbelwinkel an Punkt A ist θ_C,A und der Rotorwinkel an Punkt A ist θ_R,A.
B1 und B2.: Zwischen dem Beginn des Zeitplans und dem Beginn der Öffnungsphase.
C.: Der Beginn der Öffnungsphase, die das Ventilhubereignis einleitet. Der Kurbelwinkel bei Punkt C ist θ_C,O und der Rotorwinkel bei Punkt C ist θ_R,O. In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen ist das Ventil 440 ein Einlassventil und Punkt C kann den Beginn einer Einlassstufe in einem Verbrennungszyklus darstellen. Alternativ kann das Ventil 440 ein Auslassventil sein und Punkt C kann den Beginn einer Auslassstufe im Verbrennungszyklus darstellen.
D.: Während der Öffnungsphase, optional bei 50% der Dauer der Öffnungsphase.
E.: Das Ende der Öffnungsphase. In diesem Beispiel ist E auch der Anfang der Schließphase. Der Kurbelwinkel am Punkt E ist θ_C,MOP und der Rotorwinkel am Punkt E ist θ_R,MOP.
F.: Während der Schließphase, optional bei 50% der Dauer der Schließphase.
G.: Das Ende der Schließphase, wodurch das Ventilhubereignis beendet wird. Der Kurbelwinkel am Punkt G ist θ_C,C und der Rotorwinkel am Punkt G ist θ_R,C. In einigen, aber nicht notwendigerweise allen Beispielen ist das Ventil 440 ein Einlassventil und der Punkt G kann das Ende einer Einlassstufe in einem Verbrennungszyklus darstellen. Alternativ kann das Ventil 440 ein Auslassventil sein und der Punkt G kann das Ende einer Auslassstufe im Verbrennungszyklus darstellen.
H.: Ein Endpunkt, der nach Punkt A auftritt. In einigen, aber nicht notwendigerweise allen Beispielen ist die Dauer von A bis H die Dauer eines vollständigen Verbrennungszyklus. Punkt H muss nicht unbedingt auf einen Schlusspunkt des Zeitplans hinweisen. In einigen Beispielen kann der Zeitplan über den Punkt H hinaus fortgesetzt werden. Der Kurbelwinkel von Punkt H ist θ_C,H und der Rotorwinkel von Punkt H ist θ_R,H.

Ein exemplarischer Planungsprozess zum Bestimmen eines Zeitplans, wie beispielsweise des in 701 dargestellten Zeitplans, wird beschrieben. Obwohl im Folgenden eine bestimmte Reihenfolge von Vorgängen angegeben ist, soll dies nicht dazu dienen, die Vorgänge des Terminierungsprozesses darauf einzuschränken in einer bestimmten Reihenfolge aufzutreten.
Zunächst wird eine gerade, den Punkt E schneidende Linie bestimmt. Eine „Linie“ stellt einen Vektor von Ca auf dem Graphen von 7 dar. Wenn die Linie gerade ist, stellt die Linie eine Phase konstanter Beschleunigung dar. Wenn der Gradient der Geraden ungleich Null ist, stellt die Linie eine Phase konstanter Beschleunigung ungleich Null dar. Obwohl auf Linien Bezug genommen wird, ist der Prozess nicht auf linienadaptive, regressions- oder geometriebasierte Algorithmen beschränkt und gilt für alle Prozesse oder Algorithmen, die ein äquivalentes Rotorbeschleunigungsverhalten planen.
Die Linie DE in der Öffnungsphase ist gerade. Die Linie DE wird zu C verlängert, um die Gerade CDE zu bilden. Die Linie EF in der Schließphase ist gerade. Die Linie EF wird zu G verlängert, um die Gerade EFG zu bilden. Die Linien CDE und EFG haben gleiche oder ungleiche Steigungen. Wenn die Steuerungsstrategie es zulässt, haben die Linien CDE und EFG den gleichen Steigungswinkel und bilden eine Gerade CDEFG.
In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen muss der aus der Fläche unter der Kurve der Linie CDE berechnete Durchschnitts-Ca gleich Ca1 sein. Der aus der Fläche unter der Kurve der Linie EFG berechnete Durchschnitts-Ca muss gleich Ca2 sein. Dadurch wird sichergestellt, dass das resultierende Ventilhubverhalten im Wesentlichen den Anforderungen der Soll-Eingaben entspricht. In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen ist der Wert von Ca bei Punkt D Ca1 und der Wert von Ca bei Punkt F Ca2.
In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen wäre es wünschenswert, dass der Wert von Ca bei Punkt C positiv und ungleich Null ist, um eine unnötige Umkehrung der Rotorrotation vor Beginn der Öffnungsphase zu vermeiden. In diesem Beispiel ist ein Mindestschwellenwert von Ca an Punkt C erforderlich. In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen, ist es für den Fall, dass Ca an Punkt C ausreicht den Mindestschwellenwert zu erreichen, weiterhin notwendig, Ca an anderen Punkten in der Öffnungs- und der Schließphase neu zu berechnen, um sicherzustellen, dass der aus dem Bereich unter der Kurve der Linie CDE berechnete Durchschnitts-Ca mit Ca1 übereinstimmt, wie vorstehend beschrieben, und um sicherzustellen, dass der aus dem Bereich unter der Kurve der Linie EFG berechnete Mittelwert Ca mit Ca2 übereinstimmt, wie vorstehend beschrieben. Diese Neuberechnung kann dazu führen, dass der Gradient der Linie CDE abnimmt und der Gradient der Linie EFG steigt.
Wenn die Soll-Eingaben ein viertes Ziel beinhalten, das einen Hubbetrag von <100% des maximal erreichbaren Ventilhubs angibt, wäre es notwendig, die Drehrichtung des Rotors umzukehren, sobald der Soll-Hubbetrag erreicht ist (hierin als „Bounce-Modus“ bezeichnet). Das bedeutet, dass Ca2 negativ wäre.
Um den Bounce-Modus zu erreichen und die Zieleingaben zu erfüllen, wird die Planung so durchgeführt, dass Ca an den Punkten F und G negativ ist. In einigen Beispielen: Punkt E ist auf Ca=0 festgelegt; Linie DE ist gerade und hat eine negative Steigung; in einigen Beispielen ist die Linie CDE gerade und hat eine negative Steigung; Linie EF ist gerade und hat eine negative Steigung; und in einigen Beispielen ist die Linie EFG gerade und hat eine negative Steigung. Wie vorstehend beschrieben, kann es erforderlich sein, dass der aus der Fläche unter der Kurve CDE berechnete Durchschnitts-Ca mit Ca1 und der aus der Fläche unter der Kurve EFG berechnete Durchschnitts-Ca mit Ca2 übereinstimmt. In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen ist der Wert von Ca bei Punkt D Ca1 und der Wert von Ca bei Punkt F Ca2.
Bisher hat der Prozess den Vektor der Leitung Ca von den Punkten C bis G bestimmt. Die gesamten Öffnungs- und Schließphasen wurde geplant, weswegen das Ventilhubereignis geplant wurde.
In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen ist eine zusätzliche Planung erforderlich. So kann beispielsweise der Wert von Ca an Punkt A vom Sollwert von Ca an Punkt C (Eingangs-Ca an Punkt C) abweichen. So kann beispielsweise der Wert von Ca bei Punkt A Null sein, da sich der Rotor überhaupt nicht dreht (er ist „geparkt“). Daher ist es notwendig, eine Änderung von Ca von Punkt A zu Punkt C (hierin als eine „Parken-zum-Öffnen“-Phase bezeichnet) zu planen. Der Wert von Ca an den Punkten A und/oder C stellt Beschränkungen im Zeitplan dar. Der erforderliche mittlere Winkelgeschwindigkeitskoeffizient Ca3 zwischen den Punkten A und C ist: $C a 3 (Phase Parken-zum-Öffnen) = (θ_{R, A} - θ_{R, O}) / (θ_{C, A} - θ_{C, O})$
Der effizienteste Ca-Plan für die Parken-zum-Öffnen-Phase ist diejenige der folgenden Linien, die die niedrigste gesamte RMS-Beschleunigung der drehbaren Nockenwelle 404 für die Parken-zum-Öffnen-Phase ergibt:

CV0.: Eine Gerade A bis B2, mit einem konstanten ersten Gradienten ungleich Null, gefolgt von einer Geraden B2 bis C, mit einem konstanten unterschiedlichen zweiten Gradienten ungleich Null. Optional weisen der erste Gradient und der zweite Gradient entgegengesetzte Vorzeichen auf;
CV1.: Eine Gerade, die bei A oder hinter A (d.h. nach einer anfänglichen Pausenphase) beginnt, einen konstanten positiven Gradienten ungleich Null aufweist und sich bis C erstreckt; oder
CV2.: Eine Gerade A bis B1 mit einem konstanten positiven Gradienten ungleich Null, gefolgt von einer Geraden B1 bis C mit einem Nullgradienten.

In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen bietet die Zeile CV2 nicht die niedrigste RMS-Beschleunigung der Drehung, wenn Ca3 kleiner als 1,1 oder größer als zwei ist. Die Linie CV1 bietet nicht die niedrigste RMS-Beschleunigung der Drehung, wenn Ca3 kleiner als zwei ist. Die Linie CV0 bietet nicht die niedrigste RMS-Beschleunigung der Drehung, wenn Ca3 kleiner als Null oder größer als vier ist. Eine geringere RMS-Beschleunigung der Rotation ist mit einem geringeren RMS-Energieverbrauch verbunden.
In einigen, aber nicht notwendigerweise allen Beispielen ist der Punkt B2 entlang der Kurbelrotationsachse bei 50% der Kurbelrotation von A nach C fixiert. Der Punkt B1 ist entlang der Kurbelrotationsachse bei 2 (S - R/Ca(C)) fixiert, wobei Ca(C) Ca(C) an Punkt C ist, S ist die Kurbelrotation während der Parken-zum-Öffnen-Phase (θ_C,O-θ_C,A), und R ist die Rotorrotation während der Phase Parken-zum-Öffnen (θ_R,O-θ_C,A).
In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen muss der aus der Fläche unter der Kurve der gewählten Linie CV0, CV1 oder CV2 berechnete Mittelwert Ca gleich Ca3 sein.
Bei den Punkten G und H unterscheidet sich der Wert von Ca an Punkt H in einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen von dem geforderten Wert von Ca an Punkt G (Ausgangs-Ca an Punkt G). So kann beispielsweise der Wert von Ca an Punkt H Null sein, da sich der Rotor überhaupt nicht dreht (er ist „geparkt“). Daher ist es notwendig, Ca von Punkt G bis Punkt H (hierin als „Schließen-zum-Parken“-Phase bezeichnet) zu planen. Der Wert von Ca an den Punkten G und/oder H stellt Beschränkungen im Zeitplan dar. Der erforderliche mittlere Winkelgeschwindigkeitskoeffizient Ca4 zwischen den Punkten G und H ist: $C a 4 (Phase Schließen-zum-Parken) = (θ_{R, C} - θ_{R, H}) / (θ_{C, O} - θ_{C, H})$
Der effizienteste Ca-Plan für die Schließen-zum-Parken-Phase ist diejenige der folgenden Linien, die die niedrigste RMS-Beschleunigung der Rotation der drehbaren Nockenwelle 404 für die Schließen-zum-Parken-Phase ergibt:

CV3.: Eine Gerade von G zu einem Punkt zwischen G und H (z.B. 50% der Kurbelumdrehung von G zu H entlang der Kurbelumdrehungsachse), die einen konstanten ersten Gradienten ungleich Null aufweist, gefolgt von einer Geraden von diesem Punkt zu H, die einen konstanten unterschiedlichen zweiten Gradienten ungleich Null aufweist. Optional weisen der erste Gradient und der zweite Gradient entgegengesetzte Vorzeichen auf;
CV4: Eine Gerade, die bei G beginnt und einen konstanten negativen Gradienten ungleich Null (oder einen positiven Gradienten, wenn Ca2<0) aufweist und sich bis zu H oder zu einem Punkt zwischen G und H erstreckt (d.h. gefolgt von einer Pausenphase bis H von Null Ca); oder
CV5.: Eine Gerade von G zu einem Punkt zwischen G und H (z.B. zu einem Punkt entlang der Kurbelrotationsachse bei 2 (S - R/Ca(G)), wobei Ca(G) Ca bei Punkt G ist, S die Kurbelrotation während der Schließen-zum-Parken-Phase (θ_C,H-θ_C,C) ist, und R die Rotordrehung während der Schließen-zum-Parken-Phase (θ_R,H-θ_C,C)) mit einem Nullgradienten, gefolgt von einer Geraden von diesem Punkt zu H, mit einem konstanten negativen Gradienten (oder einem positiven Gradienten wenn Ca2<0) ist.

In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen bietet die Zeile CV5 nicht die niedrigste RMS-Beschleunigung der Drehung, wenn der Absolutwert von Ca4 kleiner als 1,1 oder größer als zwei ist. Die Linie CV4 bietet nicht die niedrigste RMS-Beschleunigung der Drehung, wenn der Absolutwert von Ca4 kleiner als zwei ist. Die Linie CV3 bietet nicht die niedrigste RMS-Beschleunigung der Drehung, wenn der Absolutwert von Ca4 kleiner als Null oder größer als vier ist.
In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen muss der aus der Fläche unter der Kurve der gewählten Linie CV3, CV4 oder CV5 berechnete Mittelwert Ca gleich Ca4 sein.
In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen ist die Einstellung der Drehung der Nockenwelle 404 so geplant, dass die Nockenwelle ihre Drehung in einer von mehreren verschiedenen Winkellagen der Nockenwelle 404 einstellt, die aufgrund der Rastpositionen des elektromagnetischen Ventilstellglieds bekannt sind. Diese Positionen können beispielsweise aufgrund einer bekannten Verteilung der Statornuten des elektromagnetischen Ventilstellglieds 400 vorbestimmt werden.
Die vorhergehende Beschreibung hat nur einen Prozess für die Planung von Ca von Punkt A bis Punkt H bereitgestellt. Ca am Punkt H könnte Ca am Punkt A eines nächsten Zeitplans für ein nächstes Ventilhubereignis definieren. In einigen, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen kann die Planung für eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Ventilhubereignissen fortgesetzt werden. Auf diese Weise kann der Energieverbrauch weiter optimiert werden. So kann beispielsweise die Planung „zwischen Ventilhubereignissen“ (die Schließen-zum-Parken-Phase nach dem aktuellen Ventilhubereignis und die nachfolgende „Parken-zum-Öffnen“-Phase für das nächste Ventilhubereignis) an die Anforderungen des nächsten Ventilhubereignisses angepasst werden, welche unterschiedlich sein können.
Die unterschiedlichen Anforderungen oder „Charakteristiken“ jedes Ventilhubereignisses können sich beispielsweise auf einen unterschiedlichen maximalen Ventilhub und/oder eine unterschiedliche Hubgeschwindigkeit des Ventils beziehen. In einem nicht einschränkenden Anwendungsfall, wenn Ca an Punkt C des nächsten Ventilhubereignisses wesentlich schneller sein muss als Ca an Punkt C des vorherigen Ventilhubereignisses, muss die Nockenwelle 404 möglicherweise vor Punkt H des vorherigen Ventilhubereignisses beschleunigen, um eine gute Effizienz zu erzielen.
Im Folgenden werden Beispiele für mögliche Änderungen hinsichtlich unterschiedlicher Ventilhubanforderungen erläutert.
So kann es beispielsweise energieeffizienter sein, Ca an Punkt H ungleich Null zu lassen, so dass der Rotor nicht am Punkt H geparkt wird. In diesem Beispiel ist der Wert von Ca am Punkt H und/oder am Punkt A nicht auf Null beschränkt, so dass es praktisch keine „Park“-Beschränkung gibt.
Wenn es keine Parkbeschränkung gibt, kann sich die Nockenwelle 404 über den gesamten Zeitraum zwischen den Ventilhubereignissen kontinuierlich drehen („kontinuierliche Drehung“). Der Prozess kann bestimmen, ob Parken oder kontinuierliches Drehen geplant werden soll, je nachdem welches den niedrigsten RMS-Energieverbrauch aufweist. Eine kontinuierliche Rotation mit konstanter Beschleunigung ohne Parken kann zu einem geringeren RMS-Energieverbrauch führen, wenn die effizienteste „Schließen-zum-Parken“ die effizienteste „Parken-zum-Öffnen“-Phase zeitlich überlappt.
Es ist zu beachten, dass die Umfangslänge des Grundkreises der Nockenwelle (z.B. 180 Grad) zwischen den Ventilhubereignissen nicht überschritten werden sollte, um ein unbeabsichtigtes Öffnen des Ventils zu vermeiden. Die Fläche unter der Kurve des Ca-Diagramms für die kontinuierliche Drehung entspricht dem zurückgelegten Weg in Bezug auf die Winkelverschiebung der Nockenwelle 404. Wird jedoch einfach eine Gerade von Ca vom Punkt G eines Ventilhubereignisses zum nächsten Punkt C des nächsten Ventilhubereignisses geplant, kann die Winkelverschiebung der Nockenwelle 404 die Umfangslänge des Grundkreises überschreiten (>180 Grad), was zu einer unbeabsichtigten vorzeitigen Ventilöffnung führt.
Daher kann es wünschenswert sein, anstelle der Planung kontinuierlicher Rotationen mit konstanter Beschleunigung zwischen den Ventilhubereignissen mindestens einen „Kniepunkt“ zu planen, d.h. einen Änderungspunkt in der Beschleunigung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle, an irgendeiner Stelle zwischen den Ventilhubereignissen. Der Kniepunkt kann in einigen Beispielen zu einer Umkehrung der Drehrichtung der Nockenwelle führen. Der Kniepunkt kann ein positives oder negatives Ca aufweisen, wobei sich negatives Ca auf eine Drehrichtungsumkehr der Nockenwelle bezieht.
8 veranschaulicht ein Beispiel für einen Zeitplan zwischen zwei Ventilhubereignissen, d.h. vom Punkt G eines ersten Ventilhubereignisses zum Punkt A des nächsten Ventilhubereignisses. 8 veranschaulicht einen Kniepunkt an Position I mit negativem Ca.
Für den Fall, dass der Kniepunkt ein negatives Ca aufweist, dreht sich die Nockenwelle mindestens für einen Teil der Zeit zwischen den Ventilhubereignissen nach hinten. Es ist wichtig zu verhindern, dass sich die Nockenwelle 404 weiter nach hinten dreht, als sie sich seit Punkt G nach vorne gedreht hat, da sonst ein unbeabsichtigtes rückwärtiges Wiederöffnen des Ventils 440 zwischen den Ventilhubereignissen erfolgt.
Es ist auch wichtig zu verhindern, dass sich die Nockenwelle 404 zu weit nach vorne dreht, bevor sie sich nach hinten dreht, sonst kommt es zu einem unbeabsichtigten Ventilhub.
Der Ca-Wert des Kniepunkts und der Zeitpunkt können gesteuert werden, um sicherzustellen, dass die Gesamtdrehung zwischen den Ventilhubereignissen den Grundkreis der Nockenwelle nicht überschreitet, wodurch ein vorzeitiges Öffnen des Ventils vermieden wird.
Ein Kniepunkt könnte zeitlich in Richtung des vorherigen Ventilhubereignisses (in Richtung Punkt G) oder in Richtung des nächsten Ventilhubereignisses (in Richtung Punkt C) vorgespannt sein und muss nicht unbedingt auf halbem Weg dazwischen liegen. Eine gewisse Verzerrung des Timings des Kniepunktes zu ermöglichen, ohne den Ca-Wert des Kniepunktes unbedingt einzuschränken, kann ein guter Kompromiss zwischen Effizienz und der Notwendigkeit, unbeabsichtigtes Öffnen des Ventils zu vermeiden, sein. In 8 ist der Kniepunkt I in Richtung des ersten Ventilhubereignisses vorgespannt, d.h. näher am Punkt G des vorhergehenden Ventilhubereignisses als am Punkt A des nächsten Ventilhubereignisses.
In einigen Beispielen kann der Prozess nur eine endliche Beschleunigung im Übergang zwischen den Ventilhubereignissen ermöglichen, d.h. keine markanten Änderungen zwischen den Ventilereignissen erlaubt. Dies ist besonders nützlich in der Übergangszeit zwischen benachbarten Ventilhubereignissen mit unterschiedlichen Charakteristiken. Man könnte sagen, dass das System in dieser Übergangszeit von einem Ventilhubmodus zu einem anderen wechselt, z.B. zwischen Hochhubmodus und Niedrighubmodus; zwischen frühem Ventilöffnen und spätem Ventilöffnen; zwischen frühem Ventilschließen und spätem Ventilschließen; zwischen einfacher Ventilöffnung und doppelter Ventilöffnung (zwei Öffnungen in einem Verbrennungszyklus); oder zwischen verschiedenen Schräglaufmodi (Dauer der Öffnungsphase relativ zur Dauer der Schließphase). Markante Änderungen von Ca werden im Modusübergangsprozess vermieden, um den Energieverbrauch zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu verbessern. Daher wäre es so zu verstehen, dass ein Prozess nach verschiedenen, aber nicht notwendigerweise allen Aspekten der vorliegenden Offenbarung das Folgende umfasst:

Planen eines ersten Ventilhubereignisses mit einer ersten Charakteristik für einen ersten Verbrennungszyklus, der dem Ventil 440 zugeordnet ist;
Planen eines zweiten Ventilhubereignisses mit einer zweiten, unterschiedlichen Charakteristik für einen (den nächsten) zweiten Verbrennungszyklus, der dem Ventil 440 zugeordnet ist; und
im Übergang zwischen dem ersten Ventilhubereignis und dem zweiten Ventilhubereignis, Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds 400, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle 404 unter Verwendung nur endlicher Beschleunigung auf die Drehzahl zu beschleunigen, die zum Aktivieren der zweiten Ventilhub- Charakteristik erforderlich ist.

Sobald die Planung mit einem effizienten Planungsalgorithmus abgeschlossen ist, wird der Zeitplan in ein Steuersignalformat gebracht, das in der Lage ist, den elektromagnetischen Ventilstellantrieb 400 direkt oder indirekt zu veranlassen, das geplante Ventilhubereignis oder die Ereignisse auszuführen. Die Steuerung 200 überträgt das Steuersignal zur Steuerung des elektromagnetischen Ventilstellglieds 400 in der oben beschriebenen Weise.
In einigen, aber nicht notwendigerweise allen Beispielen ist die Steuerung konfiguriert den Zeitplan in Echtzeit von Ca in absolute Winkelgeschwindigkeit umzuwandeln, während ein bestimmter elektrischer Antriebsstrom für das elektromagnetische Ventilstellglied bestimmt wird. Die Umwandlung umfasst das Multiplizieren von Ca mit der Echtzeit-Kurbelwellendrehzahl, gemessen von einem Kurbelwellenpositionssensor oder dergleichen. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Umsetzung des Zeitplans dynamisch anpasst, um Änderungen der Motordrehzahl zu ermöglichen.
Die Umwandlung kann hochfrequent erfolgen, z.B. in Schritten von 0,5 Millisekunden oder schneller, z.B. 0,2 Millisekunden oder 0,1 Millisekunden, je nach Leistungsfähigkeit des Prozessors.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den vorstehenden Absätzen anhand verschiedener Beispiele beschrieben wurden, ist zu beachten, dass Änderungen an den genannten Beispielen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Obwohl beispielsweise die Rotorwinkelgeschwindigkeit als dimensionsloser Koeffizient Ca ausgedrückt wurde, sind äquivalente Planungsansätze auf der Grundlage der tatsächlichen Rotorwinkelgeschwindigkeit (Abmessungen: rad/s oder m/s) und eines Echtzeitbereichs (Abmessungen: s) möglich.
Obwohl ein Ventilhubereignis zwischen θ_C,A und θ_C,H geplant wurde, können in anderen Beispielen mehrere Ventilhubereignisse zwischen θ_C,A und θ_C,H geplant werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung beschriebenen Merkmale können in anderen Kombinationen als den ausdrücklich beschriebenen Kombinationen verwendet werden.
Obwohl Funktionen mit Bezug auf bestimmte Merkmale beschrieben wurden, können diese Funktionen durch andere Merkmale ausgeführt werden, unabhängig davon, ob sie beschrieben sind oder nicht.
Obwohl Merkmale mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, können diese Merkmale auch in anderen Ausführungsformen vorhanden sein, unabhängig davon, ob sie beschrieben sind oder nicht.
Obwohl in der vorstehenden Spezifikation versucht wird, die Aufmerksamkeit auf diejenigen Merkmale der Erfindung zu lenken, von denen angenommen wird, dass sie von besonderer Bedeutung sind, ist zu verstehen, dass der Anmelder Schutz für jedes patentierbare Merkmal oder jede patentierbare Kombination von Merkmalen beansprucht, auf die in den Zeichnungen Bezug genommen und/oder die in den Zeichnungen gezeigt werden, unabhängig davon, ob dies besonders hervorgehoben wurde oder nicht.

Claims

Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Ventilstellglieds mit einer drehbaren Nockenwelle zum Betätigen eines Ventils eines Motors, wobei das Verfahren umfasst: Planen eines Ventilhubereignisses, umfassend eine Öffnungsphase (θ_C,O bis θ_C,MOP) vom Nullventilhub bis zu einem maximalen Ventilhub und eine Schließphase (θ_C,MOP bis θ_C,C) vom maximalen Ventilhub bis zum Nullventilhub; Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle zu beschleunigen bei konstanter oder variabler Beschleunigung während mindestens einer oder mehrerer von: die Öffnungsphase; die Schließphase; einen Abschnitt der Öffnungsphase sowie einen Abschnitt der Schließphase; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle nach der Schließphase vor Beginn des nächsten dem Ventil zugeordneten Ventilhubereignisses einzustellen oder umzukehren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die vorgegebene Beschleunigung der drehbaren Nockenwelle konstant ist, während mindestens eines oder mehrerer von: die Öffnungsphase; die Abschlussphase; einen Abschnitt der Öffnungsphase sowie einen Abschnitt der Schließphase.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die vorgegebene Beschleunigung der drehbaren Nockenwelle ungleich Null ist über einen oder mehrere von: die gesamte Öffnungsphase; die gesamte Schließphase.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: Planen der Drehung der drehbaren Nockenwelle in eine Betriebsstellung vor der Öffnungsphase zum Anheben des Ventils zu Beginn der Öffnungsphase; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle bei konstanter Beschleunigung während der geplanten Drehung zu beschleunigen.
Verfahren nach Anspruch 4, umfassend: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, während der geplanten Drehung die eine der folgenden Drehverhaltensweisen der drehbaren Nockenwelle vor der Öffnungsphase zu bewirken, das zur niedrigsten allgemeinen effektiven Beschleunigung der Drehung der drehbaren Nockenwelle bei der Durchführung der geplanten Drehung führt: konstante Beschleunigung der Rotation; konstante Beschleunigung der Drehung, der eine konstante Drehgeschwindigkeit vorausgeht oder folgt; oder konstante Beschleunigung der Drehung ungleich Null, gefolgt von konstanter unterschiedlicher Beschleunigung der Drehung ungleich Null.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle nach der Schließphase vor Beginn des nächsten dem Ventil zugeordneten Ventilhubereignisses einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Einstellung der Drehung so geplant ist, dass die drehbare Nockenwelle die Drehung in einer von mehreren verschiedenen Winkellagen einstellt, die von den Rastpositionen des elektromagnetischen Ventilstellglieds abhängig sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Rotationsbeschleunigung seiner drehbaren Nockenwelle nach der Schließphase des Ventilhubereignisses oder eines anderen Ventilhubereignisses und vor dem Beginn des nächsten dem Ventil zugeordneten Ventilhubereignisses zu ändern, umfassend das Vorspannen des Zeitpunkts der Beschleunigungsänderung, um unbeabsichtigten Ventilhub nach der Schließphase und vor dem Beginn eines nächsten Ventilhubereignisses zu verhindern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, während einer geplanten Drehung vom Ende der Schließphase des Ventilhubereignisses bis zum Beginn einer nächsten Öffnungsphase eines nächsten Ventilhubereignisses die eine der folgenden Drehverhaltensweisen der drehbaren Nockenwelle zu bewirken, die zur niedrigsten allgemeinen effektiven Beschleunigung der Drehung der drehbaren Nockenwelle bei der Durchführung der geplanten Drehung führt: Einstellung der Drehung der drehbaren Nockenwelle; eine Änderung der Beschleunigung der drehbaren Nockenwelle; oder kontinuierliche konstant beschleunigte Drehung der drehbaren Nockenwelle.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: Planen der Drehung der drehbaren Nockenwelle nach der Schließphase vor einem nächsten Ventilhubereignis; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle bei konstanter Beschleunigung während der geplanten Drehung zu beschleunigen.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, während der geplanten Drehung die eine der folgenden Drehverhaltensweisen der drehbaren Nockenwelle zu bewirken, die zur niedrigsten allgemeinen effektiven Beschleunigung der Drehung der drehbaren Nockenwelle bei der Durchführung der geplanten Drehung führt: konstante Beschleunigung der Rotation; konstante Rotationsgeschwindigkeit, gefolgt von konstanter Rotationsbeschleunigung; oder konstante Beschleunigung der Drehung ungleich Null, gefolgt von konstanter unterschiedlicher Beschleunigung der Drehung ungleich Null.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle zu beschleunigen, bei konstanter durch eine oder mehrere von: die gesamte Öffnungsphase; die gesamte Schließphase; die gesamte Öffnungsphase sowie die gesamte Schließphase.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, eine Drehrichtung seiner drehbaren Nockenwelle umzukehren, Ändern der Winkelgeschwindigkeit der drehbaren Nockenwelle von einem positiven Wert während der Öffnungsphase in einen negativen Wert während der Schließphase.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: Empfangen von Soll-Eingaben, die einen Startzeitpunkt für das Ventilhubereignis, eine Dauer des Ventilhubereignisses, einen Zeitpunkt des maximalen Hubs und optional einen Hubbetrag des Ventils bei maximalem Hub anzeigen, und wobei die Planung des Ventilhubereignisses von den Soll-Eingaben abhängig ist.
Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Ventilstellglieds mit einem Betätigungselement zum Betätigen eines Ventils eines Motors, wobei das Verfahren umfasst: Planen eines Ventilhubereignisses, umfassend eine Öffnungsphase (θ_C,O bis θ_C,MOP) vom Nullventilhub bis zu einem maximalen Ventilhub und eine Schließphase (θ_C,MOP bis θ_C,C) vom maximalen Ventilhub bis zum Nullventilhub; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, sein Betätigungselement zu beschleunigen, bei konstanter oder variabler Beschleunigung während einer oder mehrerer von: die Öffnungsphase; die Schließphase; einen Abschnitt der Öffnungsphase sowie einen Abschnitt der Schließphase; und Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle nach der Schließphase vor Beginn des nächsten dem Ventil zugeordneten Ventilhubereignisses einzustellen oder umzukehren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die konstante Beschleunigung eine konstante Änderungsrate der Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle (Δθ_R) über ein Zeitintervall in einem durch die Drehung einer Motorkurbelwelle definierten Zeitbereich ist.
Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Ventilstellglieds mit einer drehbaren Nockenwelle zum Betätigen eines Ventils eines Motors, wobei das Verfahren umfasst: Planen eines ersten Ventilhubereignisses mit einer ersten Charakteristik für einen ersten Verbrennungszyklus, der dem Ventil zugeordnet ist; Planen eines zweiten Ventilhubereignisses mit einer zweiten unterschiedlichen Charakteristik für einen zweiten Verbrennungszyklus, der dem Ventil zugeordnet ist; und im Übergang zwischen dem ersten Ventilhubereignis und dem zweiten Ventilhubereignis, Anweisen des elektromagnetischen Ventilstellglieds, die Drehung seiner drehbaren Nockenwelle unter Verwendung nur endlicher Beschleunigung auf die Drehzahl zu beschleunigen, die zum Aktivieren der zweiten Ventilhub-Charakteristik erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die zweite Charakteristik einem anderen maximalen Ventilhub und/oder einer anderen Hubgeschwindigkeit des Ventils im Vergleich zur ersten Charakteristik entspricht.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, worin das erste Ventilhubereignis eine Ventilöffnungsphase und eine Ventilschließphase umfasst, worin die erste Charakteristik einer ersten Rotationsgeschwindigkeit der drehbaren Nockenwelle zu Beginn der Ventilöffnungsphase des ersten Ventilhubereignisses zugeordnet ist, und wobei das zweite Ventilhubereignis eine Ventilöffnungsphase und eine Ventilschließphase umfasst, wobei die zweite Charakteristik einer zweiten unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeit der drehbaren Nockenwelle zu Beginn der Ventilöffnungsphase des zweiten Ventilhubereignisses zugeordnet ist.
Steuerung umfassend Mittel zur Durchführung des Verfahrens, wie in einem der Ansprüche 1 bis 19 beansprucht.
System, umfassend: die Steuerung nach Anspruch 20; und ein desmodromisches elektromagnetisches Ventilstellglied, das von der Steuerung gesteuert wird.
Motor, umfassend die Steuerung nach Anspruch 20 oder das System nach Anspruch 21.
Fahrzeug, umfassend die Steuerung nach Anspruch 20 oder das System nach Anspruch 21 oder den Motor nach Anspruch 22.
Computerprogramm, umfassend Anweisungen, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, bewirken, dass eine Steuerung mindestens das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 ausführt.
Ein Verfahren, eine Steuerung, ein System, ein Motor, ein Fahrzeug oder ein Computerprogramm, wie vorstehend mit Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben.