DE3733704A1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, deren Gaswechselventile federunterstützt durch die Er- bzw. Entregung von Elektromagneten in ihre Öff­ nungs- bzw. Schließstellungen bewegbar sind gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Beispiele für derartige Brennkraftmaschinen sind in der DE-OS 30 24 109 oder in der DE-OS 35 00 530 beschrieben.

Die dort beschriebenen Brennkraftmaschinen besitzen Gaswechsel­ ventile, die von ihrer Öffnungs- in die Schließstellung bzw. umgekehrt bewegt werden, indem ein Elektromagnet angesteuert wird, der durch seine Er- bzw. Entregung die Haltekraft auf das Gaswechselventil in seiner einen Endstellung aufhebt, wo­ durch das Gaswechselventil durch Federkraftunterstützung in Richtung seiner anderen Endstellung bewegt wird, um dort durch einen Magneten wieder eingefangen zu werden.

Durch den Zeitpunkt der Ansteuerung des Elektromagneten läßt sich der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkt des Gaswechselventi­ les vorherbestimmen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß der genaue Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkt mit einem Unsicherheitsfaktor behaftet ist, daß es also zu Unregelmäßigkeiten im Betrieb der Brennkraft­ maschine kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, mit Hilfe dessen die Öffnungs- und Schließ­ zeitpunkte genau einzuhalten sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Anspruch 1.

Die Gesamtzeitspanne vom Zeitpunkt des Ein- oder Ausschaltens des Elektromagneten bis zum Auftreffen des Ankers in der gegen­ überliegenden Endstellung setzt sich zusammen aus der Flugzeit des Ankers und einer gewissen Klebzeit, die der Anker braucht, bis er sich von den Polen des Elektromagneten in der Anfangs­ stellung gelöst hat. Eine genauere Betrachtung zeigt, daß die Flugzeit verhältnismäßig zeitkonstant ist und deshalb in erster Näherung gut reproduzierbare Ergebnisse bringt. Hingegen ist die Klebzeit Einflüssen unterworfen.

Unterschiedliche Paarungen von Anker und Elektromagneten streu­ en in der Klebzeit sehr stark, so daß eine erste Möglichkeit, die gestellte Aufgabe zu lösen, darin besteht, werksseitig der Logik, die den genauen Abschaltzeitpunkt herbeiführen soll, die Klebzeit der individuellen Paarung Anker/Elektromagnet vorzugeben und diese dementsprechend bei der genauen Festle­ gung des Schaltzeitpunktes des Elektromagneten zu berücksich­ tigen. Die Klebzeit wird also für jede Paarung individuell gemessen und durch eine entsprechende Voreinstellung in der Logik, sei es durch einen hardwaremäßig eingestellten Wider­ stand oder ein ähnliches Bauteil oder sei es softwaremäßig durch eine entsprechende Programmierung, vorgegeben.

Weitere Möglichkeiten sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Der Anspruch 2 bezieht sich auf eine Anordnung, wie sie aus der DE-OS 30 24 109 bekannt ist. Mit dem Abschalten des Elek­ tromagneten wird das Ventil bewegt. Die Abschaltkante, die den Ablösungsvorgang des Ankers vom Elektromagneten einlei­ tet, wird abhängig von der Klebzeit vorverlegt, um so die Kleb­ zeitunterschiede auszugleichen. Ausgehend von dem berechneten Zeitpunkt, zu dem der Anker abfallen soll, wird der tatsächliche Abschaltzeitpunkt vorverlegt, um den Wert der Klebzeit, und zwar individuell für jede Elektromagnet-/Ankerpaarung. Anspruch 3 beschreibt eine Möglichkeit, in der die Korrektur der Klebzeit nicht werksseitig voreingestellt wird, sondern im Betrieb aus­ geglichen wird.

Dabei beschreibt Anspruch 4 ein selbstlernendes System, bei dem unter Verwendung von Regelalgorithmen entsprechend den Bedingungen die Klebzeit mit berücksichtigt wird. Die Regel­ algorithmen können wie beispielsweise bei Klopfregelungen ei­ ne adaptive Annäherung an den gewünschten Wert vorsehen. Auf diese Weise lassen sich auch Alterungseinflüsse und Tempera­ tureinflüsse berücksichtigen.

Wie in den weiteren Unteransprüchen beschrieben, können derarti­ ge selbstlernende Systeme mit Auftrefferkennung arbeiten oder aber durch eine Variierung versuchen, verschiedene Parameter, die indirekt mit dem exakten Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkt in Verbindung stehen, zu optimieren.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, nicht sowohl die der Öffnungs­ stellung als auch der Schließstellung zugeordneten Elektro­ magnete mit einer erfindungsgemäßen Klebzeitkorrektur auszu­ statten, davon ausgehend, daß beim Einlaßventil die genaue Lage des Schließzeitpunktes, bei dem die Gasströmung bei ver­ hältnismäßig hohen Strömungswerten unterbrochen wird, wichtig ist für die exakte Füllung, ist es hinreichend, Klebzeitkorrek­ tur nur für den Schließvorgang des Einlaßventiles vorzusehen.

Entsprechendes gilt auch für das Auslaßventil, wobei bei einem Auslaßventil insgesamt die exakte Lage der Öffnungs- und Schließ­ zeitpunkte nicht ganz so kritisch ist wie beim Einlaßventil.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand Fig. 1 dargestellt.

In Fig. 1 ist eine zeitliche Darstellung der Stromdurchflüsse durch den Elektromagneten in der einen Endstellung und dem Elektromagneten in der anderen Endstellung. Ausgegangen wird von einem System, bei dem der Elektromagnet in der einen, bei­ spielsweise der Öffnungsstellung abgeschaltet wird, so daß der Anker sich dann von dem Elektromagneten lösen kann und durch ein Federsystem in die Nähe des anderen Elektromagneten für die Schließstellung gedrückt wird, der gleichzeitig erregt wird. Durch die Erregung des Elektromagneten wird der Anker in der Schließstellung des Gaswechselventiles festgehalten und verbleibt dort, bis das Spiel von Erregung und Entregung der Elektromagneten in umgekehrter Reihenfolge einsetzt. Wegen Einzelheiten des Verfahrens wird auf die DE-OS 30 24 109 ver­ wiesen.

In der Zeitachse a ist der Strom durch den Elektromagneten dargestellt, der das Gaswechselventil in seiner Öffnungsstel­ lung hält. Zum Zeitpunkt T ₃ soll die Bewegung des Gaswechsel­ ventiles beginnen. Bedingt durch unterschiedliche Klebzeiten werden von dieser Steuerkante aus rückwärts die Zeitpunkte T ₂ und T ₁ (berechnet) ermittelt. Vom Zeitpunkt 0 bis zum Zeit­ punkt T ₁ ist ein getakteter Stromdurchfluß, der Haltestrom, ausreichend, um den Anker am Elektromagneten zu halten. Kurz vor dem Abschalten des Stromdurchflusses durch den Elektromagne­ ten findet in der Zeitspanne von T ₁ bis T ₂ ein Übergang in eine Konstantstromphase statt, um einen definierten Abschalt­ zeitpunkt für den getakteten Strom in der Zeitachse a zu er­ halten.

Wenn nun der Strom zum Zeitpunkt T ₂ abgeschaltet wird, ver­ sucht ein Federsystem, den Anker von dem Elektromagneten weg­ zudrücken, wobei sich eine gewisse Klebzeit einstellt, und der Anker löst sich erst zum Zeitpunkt T ₃ tatsächlich von der Polfläche des Elektromagneten.

Es findet anschließend eine freie Flugphase statt, bis der Anker von dem gegenüberliegenden Elektromagneten eingefangen wird. Der gegenüberliegende Elektromagnet wird zum Zeitpunkt T ₄ erregt, so daß er dann, wenn der Anker in die Nähe des Elek­ tromagneten gerät, bereits einen genügend großen Fangstrom hat, um den Anker am anzuziehenden Pol zu halten. Die Flugphase dauert von dem Zeitpunkt T ₃ bis zum Zeitpunkt T _5, zum Zeitpunkt T ₅ trifft der Anker auf dem gegenüberliegenden Elektromagneten auf und wird von ihm eingefangen, was sich durch einen kurz­ zeitigen Stromabfall zum Zeitpunkt T ₅ in der Stromkurve dar­ stellt. Vorschläge, diesen kurzzeitigen Stromabfall beim Auf­ treffen des Ankers zur Auftrefferkennung auszunutzen, sind aus der Literatur bekannt.

Zum Zeitpunkt T _6, wenn der Anker zuverlässig von dem Pol des unteren Elektromagneten b eingefangen worden ist, wird der Fangstrom abgeschaltet, der dann allmählich auf einen Wert abfällt, bei dem er für den weiteren Haltestrom getaktet wird. Prinzipiell ist ein derartiges Verfahren, mit getaktetem Halte­ strom und erhöhtem Fangstrom zu arbeiten, aus der DE-OS 28 28 678 bekannt.

Die Flugzeit T ₅-T ₃ ist durch die Vorspannung des Federsy­ stems vorgegeben und in erster Näherung konstant, während die Werte für die Klebzeit T ₃-T ₂ stark streuen, so daß Serien­ unterschiede in der Gesamtzeit T ₅-T ₂ vor allem durch die unterschiedliche Klebzeit beeinflußt werden. Eine genaue Er­ mittlung der Klebzeit, beispielsweise bei einer werksseitig hergestellten Brennkraftmaschine direkt nach der Produktion, führt dazu, daß man, um einen exakt gewünschten Zeitpunkt T ₃ zu erhalten, den Zeitpunkt T ₂ je nach unterschiedlicher Kleb­ zeit etwas vor- oder ggf. sogar zurückverlegen muß, um stets ein Ablösen des Ankers vom Elektromagneten genau zum Zeitpunkt T ₃ zu erhalten.

Dabei ist bei bevorzugter Ausführung vorgesehen, daß rechnerisch der Zeitpunkt T ₃ festgelegt wird. Bei theoretischer Klebzeit von null würde der Korrekturwert T ₃-T ₂ = 0. Da in der Praxis immer Klebzeiten auftreten, ist, wenn als Referenzwert T ₃ ge­ nommen wird, immer nur eine Vorverlegung um den individuellen Wert T ₃-T _2, also eine Vorverlegung in eine Richtung, not­ wendig.

Eine verbesserte Genauigkeit läßt sich erreichen, wenn, bei­ spielsweise durch eine integrierte Aufprallerkennung zum Zeit­ punkt T _5, die Gesamtzeit T ₅-T ₂ im Betrieb ermittelt werden kann und dementsprechend die Abschaltkante T ₂ so gelegt werden kann, daß der Ist-Zeitpunkt T ₅ mit dem aus der Sicht der Steue­ rung der Brennkraftmaschine optimalen Zeitpunkt zusammenfällt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, deren Gas­ wechselventile federunterstützt durch die Er- oder Entre­ gung von Elektromagneten in ihre Öffnungs- bzw. Schließ­ stellungen bewegbar sind, wobei durch das Ein- bzw. Abschal­ ten des Stromdurchflusses durch die Elektromagnete der mit der Bewegung des Gaswechselventils gekoppelte Anker abfällt, dadurch gekennzeichnet, daß jedem einem Gaswechselventil zugeordneten Anker in seiner jeweiligen Endstellung eine individuelle Klebzeit zugeordnet wird, und der individuel­ le Ein- bzw. Abschaltzeitpunkt für die Elektromagnete unter Berücksichtigung der Klebzeit ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anker durch die Erre­ gung der Elektromagnete gehalten ist und bei Abschalten der Elektromagnete das Gaswechselventil bewegt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abschaltkante individuell aus der Klebzeit des Ankers am Elektromagneten nach dessen Abschalten ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebs die Zeitspanne zwischen dem an dem Elektromagneten gelegten Schaltvorgang, der ein Ablö­ sen des Ankers bewirkt, und dem Erreichen der entgegenge­ setzten Endstellung des Gaswechselventiles ermittelt und gespeichert wird, und beim nächsten Betätigungsvorgang des gleichen Ankers der gespeicherte Wert berücksichtigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wäh­ rend jedes Betätigungsvorganges des Ankers die Zeitspanne erneut gemessen und zur adaptiven Berechnung der indivi­ duellen Klebzeit verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Klebzeit mit Hilfe einer Auftreff­ erkennung durchgeführt wird, wobei sich die Gesamtzeitspan­ ne vom Schaltvorgang bis zum Auftreffen aus der individuel­ len Klebzeit und der zeitlich im wesentlichen konstanten Flugphase des Gaswechselventils zusammensetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaszusammensetzung gemessen wird und durch Varia­ tion der zu berücksichtigenden individuellen Klebzeit op­ timiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Brennkraftmaschine gemessen wird und durch Variation der zu berücksichtigenden individuellen Klebzeit optimiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderinnendruck gemessen wird und durch Varia­ tion der zu berücksichtigenden individuellen Klebzeit opti­ miert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß allen Elektromagneten ein rechnerischer Ab­ lösezeitpunkt zugeordnet wird, der mit dem gewünschten Ab­ lösezeitpunkt des Ankers zusammenfällt, und daß die Kleb­ zeit durch individuelle Vorverlegung des Schaltzeitpunktes von diesem Ablösezeitpunkt berücksichtigt wird.