DE19825729A1

DE19825729A1 - Verfahren zur Leerlaufregelung an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung und mit variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen

Info

Publication number: DE19825729A1
Application number: DE19825729A
Authority: DE
Inventors: Guenter Schmitz
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2018-06-10
Also published as: US6269794B1; DE19825729B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leerlaufregelung an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung und mit über eine Motorsteuerung voll variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen, bei dem im Leerlaufbetrieb der jeweilige Zeitpunkt der Öffnung der Gaseinlaßventile der einzelnen Zylinder durch die Kurbelwellenstellung vorgegeben wird und der Zeitpunkt der Schließung der Gaseinlaßventile über die Motorsteuerung durch Zeitablauf vorgegeben wird.

Description

Während bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit konventionell an gesteuerten Gaswechselventilen und einer Laststeuerung über eine Drosselklappe die Steuerung der Luftmenge für die Leer laufregelung über die Drosselklappe vorgenommen werden kann, muß für Kolbenbrennkraftmaschinen mit einer drosselfreien Laststeuerung, insbesondere bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit voll variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen, beispielswei se mit elektromagnetischen Ventiltrieben versehenen Gaswech selventilen, eine andere Methode für die Leerlaufregelung ge funden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Ver fahren zur Leerlaufregelung an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung und mit über eine Motorsteuerung voll variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen, bei dem im Leerlaufbetrieb der jeweilige Zeitpunkt der Öffnung der Gas einlaßventile der einzelnen Zylinder durch die Kurbelwellen stellung und der Zeitpunkt der Schließung der Gaseinlaßven tile über die Motorsteuerung durch Zeitablauf vorgegeben wird. Bei voll variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen, wie sie insbesondere bei Gaswechselventilen mit elektromagneti schen Ventilantrieben vorliegen, können sehr niedrige Leer laufdrehzahlen eingestellt werden, die auch im Bereich unter 500 RPM liegen können. Hierbei ist es aber wichtig, daß bei einem Drehzahlabfall eine schnelle Reaktion der Motorsteue rung erfolgt, um ein Absterben des Motors zu verhindern. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine besonders schnell reagierende Leerlaufregelung, wenn über die Motorsteuerung die Ansteuerung im "Spätes-Einlaß-Schließen" -Betrieb (SES) erfolgt. Bei dieser Betriebsweise ergibt sich bei einem Dreh zahlabfall eine automatische Verschiebung des Schließzeit punktes für das Gaseinlaßventil im Verhältnis zur Kurbel wellenstellung zu einem früheren Grad Kurbelwinkel, so daß sich eine größere Luftmenge und damit auch eine größere Ge mischmenge im Zylinder einstellt. Der Vorteil dieser Form der Leerlaufstabilisierung ist seine spätest mögliche Reaktion auf einen Drehzahlabfall.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß bei einer Ansteuerung der Gaseinlaß ventile mit "Frühem Einlaß-Schließen (FES) bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestdrehzahl über die Motorsteuerung die Öffnungszeit der Gaseinlaßventile verlängert wird. Auch bei deiner derartigen Ansteuerung kann somit schnell auf das Erkennen eines Drehabfalls reagiert werden. Diese Verlänge rung der Ventilöffnungszeit kann nun entweder durch ein Ver schieben der Schließzeit oder aber in einer anderen Ausge staltung der Erfindung durch ein nochmaliges Öffnen des Gas einlaßventils während des Ansaugtaktes bewirkt werden.

In einer Abwandlung der Erfindung ist bei einem Drehzahlab fall unter eine vorgegebene Mindestdrehzahl anstelle oder zu sätzlich zur Veränderung des Ventilschließzeitpunktes vorge sehen, zur Anfettung des Gemisches die Kraftstoffeinspritz zeit entsprechend zu verändern und damit die zuzuführende Kraftstoffmenge anzupassen. Dies kann entweder dadurch erfol gen, daß die Kraftstoffeinspritzzeit verlängert, also mehr Kraftstoff zugeführt wird oder dadurch bewirkt werden, daß der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung so verschoben wird, daß er auf das sich schließende Einlaßventil erfolgt und so eine "automatische" Anfettung erzielt wird, die zusätzlich hilft, den Drehzahlabfall wieder auszugleichen. Bei der zu letzt genannten Verfahrensweise muß jedoch die Einspritzmenge für den folgenden Arbeitszyklus des betreffenden Zylinders wieder erhöht werden, um den an den vorhergehenden Arbeitszy klus "abgegebenen" Kraftstoffanteil wieder zu kompensieren. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß früher einge spritzt wird. In beiden Fällen wird eine durch die eingeführ te Luft Mehrmenge bedingte Abmagerung vermieden.

Bei einer Einstellung der Motorsteuerung auf die Betriebswei se "Frühes Einlaß-Schließen" kann bei Erkennen eines Dreh zahlabfalls in der Motorsteuerung auch auf die Betriebsweise "Spätes Einlaß-Schließen" umgeschaltet werden, so daß sich die eingangs beschriebene "automatische" Leerlaufstabilisie rung ergibt.

Die Erfindung wird anhand von Diagrammen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 für die Betriebsweise "Spätes Einlaß- Schließen" die Zuordnung von Ventil öffnungszeit zur Kurbelwellenstellung für konstante Leerlaufdrehzahl,

Fig. 2 für die Betriebsweise gemäß Fig. 1 die Zuordnung von Ventilöffnungszeit zur Kurbelwellenstellung bei Drehzahl abfall,

Fig. 3 für die Betriebsweise "Frühes Einlaß- Schließen" die Zuordnung der Ventilöff nungszeit zur Kurbelwellenstellung bei konstanter Leerlaufdrehzahl,

Fig. 4 für die Betriebsweise gemäß Fig. 3 die Zuordnung der Ventilöffnungszeit zur Kurbelwellenstellung bei einem Drehzahl abfall.

In Fig. 1 ist der Hubverlauf eines Gaseinlaßventils über der Zeitachse eingezeichnet. Die Verhältnisse sind zur Verdeutli chung etwas vergröbert dargestellt. Der Zeitachse zugeordnet ist als zweite Ordinatenachse die Kurbelwellenstellung in Grad Kurbelwinkel. Die Öffnungsbewegung des Gaseinlaßventils wird über die Motorsteuerung kurbelwinkelabhängig eingelei tet, beispielsweise bei Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens in dem betreffenden Zylinder. Auf der Millisekunden bemessenen Zeitachse ist dieser Zeitpunkt mit Oms gekenn zeichnet. Bei einem über einen elektromagnetischen Aktuator angesteuerten Gaseinlaßventil ergibt sich beispielsweise bei einer niedrigen Drehzahl von 600 RPM für den Ventilhub X ein relativ steiler Anstieg, wobei nach etwa 3 ms der volle Öff nungsquerschnitt zur Verfügung steht.

Während normalerweise über die Motorsteuerung weiterhin der Schließzeitpunkt kurbelwinkelabhängig festgelegt wird, wird entsprechend dem hier durchgeführten Verfahren in der Motor steuerung auf ein zeitabhängiges Schließen umgeschaltet. Etwa 40 ms nach dem Einleiten des Öffnungsvorgangs wird der Schließvorgang eingeleitet.

Verknüpft man nun die darunter angegebene in Grad Kurbelwin kel eingeteilte zweite Ordinatenachse, dann ergeben sich bei konstanter Drehzahl äquidistante Sektoren für die Grad Kur belwinkel im Verhältnis zur Zeitachse. Damit ergibt sich bei der Abwärtsbewegung des Kolbens eine Ansaugphase vom oberen Totpunkt (OT) bis zum unteren Totpunkt (UTH), die einem Zeit abschnitt von etwa 25 ms nach Einlaßöffnung entspricht. Da nun unabhängig von der Kurbelwellenstellung das Gaseinlaßventil über den unteren Totpunkt (UTH) hinaus offengehalten wird, schiebt der Kolben in seiner Aufwärtsbewegung das zuviel an gesaugte Gemisch in den Einlaß zurück, beispielsweise bis etwa 60 Grad Kurbelwinkel nach UTH.

Ergibt sich im Leerlaufbetrieb nunmehr ein Drehzahlabfall, dann verändert sich - wie Fig. 2 zeigt - bei ansonsten glei chen Bedingungen für den Öffnungszeitraum des Gaseinlaßven tils eine Verschiebung, d. h. eine Verlängerung der während der Öffnungszeit durchlaufenen Kurbelwinkelsektoren. Hierbei betragen beispielsweise in den ersten 30 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt die Drehzahlen noch 600 RPM. Auf grund des danach erfolgenden Drehzahlabfalls sind die an schließenden Kurbelwinkelsektoren allerdings gegenüber der Zeitachse gedehnt. Es wird aber weiterhin bis zum Durchlaufen des unteren Totpunktes (UTH) Gemisch angesaugt und auch da nach Gemisch in den Einlaß wieder ausgeschoben. Aufgrund der niedrigeren Drehzahl wird der untere Totpunkt (UTH) später, beispielsweise erst nach etwa 28 ms erreicht. Da aber die Mo torsteuerung - wie bei Fig. 1 - das Gaseinlaßventil jedoch offenhalten wird, ist beim Schließen des Einlaßventils erst eine Kurbelwinkelstellung von etwa 35 Grad Kurbelwinkel nach dem unteren Totpunkt erreicht, so daß der Kolben zwar den un teren Totpunkt durchlaufen hat, aber in der verbleibenden Öffnungszeit nur noch wenig Gemisch in den Einlaß ausschie ben konnte. Hierdurch ergibt sich gegenüber einer vom Kurbel winkel abhängigen Steuerung eine deutlich größere Menge Frischgemisch, die im Brennraum verbleibt, so daß nach dem Schließen des Gaseinlaßventils im anschließenden Arbeitstakt trotz Drehzahlabfall eine ausreichende Leistungszufuhr an die Kurbelwelle erfolgt und diese wieder beschleunigt wird und so der Drehzahlabfall ausgeglichen werden kann.

Bei einer durch die Motorsteuerung vorgegebenen Betriebsweise "Spätes-Einlaß-Schließen" kann es zweckmäßig sein, nicht so fort an das über die in Abhängikeit von der Kurbelwinkelstel lung erfolgende Öffnung des Gaseinlaßventils auf eine Zeit steuerung umzuschalten, sondern dies bei einem späteren Zeit punkt bzw. bei einer späteren Kurbelwinkelstellung vorzuneh men.

Fig. 3 zeigt in gleicher Weise die Verhältnisse für eine Be triebsweise "Frühes Einlaß-Schließen". Die Hubkurve zeigt den Verlauf des Ventilhubes des Gaseinlaßventils bei konstanter Leerlaufdrehzahl. Das Gaseinlaßventil wird hierbei beispiels weise geöffnet, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat und kurze Zeit später, beispielsweise 45 Grad Kurbelwin kel nach dem Totpunkt, wieder geschlossen.

Erfolgt nun ein Drehzahlabfall, würde zwar zeitlich die Öff nungszeit bei einer Steuerung in Abhängigkeit von Grad Kur belwinkel entsprechend verlängert, da jedoch das Ventil bei der gleichen Position des Kolbens schließt, ergibt sich keine Erhöhung des Füllgrades und somit keine Erhöhung der Lei stung. Daher muß der Öffnungszeitraum für das Gaseinlaßventil über einen großen Kurbelwinkelsektor verlängert werden und das Gaseinlaßventil zu einem späteren Zeitpunkt geschlossen werden, so daß mehr Luft in den Brennraum gelangen kann.

Da die Kraftstoffmenge in bezug auf die ursprünglich vorge sehene Luftmenge entsprechend durch Einspritzen zugemessen wurde, würde durch die Verlängerung des Öffnungszeitraums eine Abmagerung des Gemisches erfolgen, die der gewünschten Erhöhung des Drehmoments entgegensteht. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, die Einspritzphase so zu verlegen, daß das Einspritzen des Kraftstoffs in das sich schließende Einlaß ventil erfolgt. Damit wird jede Verlegung des Schließzeit punkts in Richtung "spät" automatisch zur Folge haben, daß eine überproportional höhere Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Eine derartige Anfettung kann dann zusätzlich dazu dienen, das auf die Kurbelwelle wirkende Drehmoment zu ver größern. Gegebenenfalls wird dadurch auch der Ursache des Drehzahlabfalls entgegengewirkt, die gerade bei einem kalten Motor in einem schlecht brennfähigen Gemisch liegen kann. Es ist aber auch möglich, statt einer Verschiebung der Ein spritzphase oder einer Veränderung der Öffnungszeit des Gas einlaßventils in Folge eines erkannten Drehzahlabfalls ent sprechend zusätzlich Kraftstoff einzuspritzen, um so dem Drehzahlabfall durch Anfettung des Gemisches entgegen zu wir ken.

Statt einer Verlängerung der Öffnungszeit der Gaseinlaßventi le, kann die Ansteuerung bei voll variabel ansteuerbaren Gas wechselventilen auch in der Weise erfolgen, daß nach dem pro grammgemäß vorgesehenen "frühen" Schließen das Gaseinlaßven til noch einmal im Ansaugtakt kurz geöffnet wird, um hier ei ne zusätzliche Luft- und/oder Frischgemischmenge in den Zy linder einzusaugen.

Die vorstehend beschriebene Verfahrensweise kann bei Kolben brennkraftmaschinen mit einem oder auch mit mehreren Gasein laßventilen angewendet werden, wobei entweder beide Gasein laßventile synchron entsprechend dem vorbeschriebenen Verfah ren angesteuert werden, oder aber ein Gaseinlaßventil voll ständig geschlossen bleibt und nur das andere Gaseinlaßventil arbeitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt bei Kolben brennkraftmaschinen mit elektromagnetisch betätigbaren Gas wechselventilen angewendet. Der Einsatz ist aber auch möglich bei anderen Verfahren zur voll variablen Betätigung von Gas wechselventilen, beispielsweise bei hydraulischen Betäti gungsverfahren.

Claims

1. Verfahren zur Leerlaufregelung an einer Kolbenbrennkraft schine mit Kraftstoffeinspritzung und mit über eine Motor steuerung voll variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen, bei dem im Leerlaufbetrieb der jeweilige Zeitpunkt der Öffnung der Gaseinlaßventile der einzelnen Zylinder durch die Kur belwellenstellung vorgegeben wird und der Zeitpunkt der Schließung der Gaseinlaßventile über die Motorsteuerung durch Zeitablauf vorgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließzeitpunkt über den unteren Totpunkt hinaus verlegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Ansteuerung der Gaseinlaßventile mit "Frühem Einlaß-Schließen" bei Unterschreiten einer vorgegebenen Min destdrehzahl über die Motorsteuerung die Öffnungszeit der Gaseinlaßventile verlängert wird.

4. Verfahren zur Leerlaufregelung an einer Kolbenbrennkraft maschine mit Kraftstoffeinspritzung und mit über eine Motor steuerung voll variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen, bei dem im Leerlaufbetrieb der jeweilige Zeitpunkt der Öffnung der Gaseinlaßventile der einzelnen Zylinder durch die Kurbel wellenstellung vorgegeben wird, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Drehzahl erfaßt und bei Unter schreiten einer vorgegebenen Mindestdrehzahl die Kraftstoff einspritzzeit zur Anfettung des Gemisches verändert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verlängerung der Öffnungszeiten der Gaseinlaßventile durch ein nochmaliges Öffnen im Ansaugtakt bewirkt wird.