EP1133621B1 - Verfahren zum steuern eines elektromechanischen stellantriebs für ein gaswechselventil einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum steuern eines elektromechanischen stellantriebs für ein gaswechselventil einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1133621B1
EP1133621B1 EP99964376A EP99964376A EP1133621B1 EP 1133621 B1 EP1133621 B1 EP 1133621B1 EP 99964376 A EP99964376 A EP 99964376A EP 99964376 A EP99964376 A EP 99964376A EP 1133621 B1 EP1133621 B1 EP 1133621B1
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EP
European Patent Office
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internal combustion
combustion engine
disruptive force
estimated value
valve
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EP99964376A
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English (en)
French (fr)
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EP1133621A1 (de
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Andreas Hartke
Achim Koch
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1448—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure
    • F02D41/145—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure with determination means using an estimation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2201/00—Electronic control systems; Apparatus or methods therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/70—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle exterior
    • F02D2200/703—Atmospheric pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an electromechanical Actuator for a gas exchange valve one Internal combustion engine.
  • a known internal combustion engine (DE 296 07 963 U1) has at least a gas inlet valve and at least one gas outlet valve per cylinder by an electromechanical actuator are driven.
  • the gas outlet valve must depend on the current load state of the internal combustion engine open against a high cylinder pressure. Therefore To do this, high opening forces must be used depending on the current Load state are applied.
  • the gas outlet valves are each on the inside of the cylinder side facing away from the valve disk provided with a piston disc in a pressure compensation chamber is led. The pressure compensation space is over a pressure equalization channel in connection with the cylinder interior brought. So the piston disc is in the opening direction of the gas outlet valve with the internal cylinder pressure.
  • the object of the invention is a method for control an electromechanical actuator for a gas exchange valve to create an internal combustion engine that is simple and reliable operation of the electromechanical actuator guaranteed.
  • the invention is characterized in that the electromechanical Actuator operated with a low power loss can be and still a reliable operation of the Actuator independent of that on the gas exchange valve acting interference is guaranteed, which from the on it acting gas forces results.
  • the course of the interference is precisely estimated with a very high temporal resolution. Therefore there is only a small reserve of actuating forces necessary by the electromechanical actuator must be applied.
  • An internal combustion engine (FIG. 1) comprises an actuator which acts on a gas exchange valve and which is arranged in a cylinder head 31 of the internal combustion engine.
  • the gas exchange valve is designed either as an outlet valve 2 or as an inlet valve 6.
  • the gas exchange valve has a shaft 21 and a plate 22.
  • the actuator 1 has a housing 11 in which a first and a second electromagnet are arranged.
  • the first electromagnet has a first core 12 which is provided with a first coil 13.
  • the second electromagnet has a second core 14 which is provided with a second coil 15.
  • An armature is provided, the armature plate of which is movably arranged in the housing 11 between a first contact surface 15a of the first electromagnet and a second contact surface 15b of the second electromagnet.
  • the anchor plate 16 is thus movable between a closed position s maxS and an open position s maxO .
  • the armature further comprises an armature shaft 17 which is guided through recesses in the first and second core 12, 14 and which can be mechanically coupled to the shaft 21 of the exhaust valve 2.
  • a first reset means 18a and a second reset means 18b which are preferably designed as springs, bias the anchor plate 16 into the predetermined rest position s 0 .
  • a position sensor 19 is preferably provided, which is arranged on or in the actuator 1 in such a way that it indirectly or directly detects the position of the anchor plate 16 and the anchor shaft 17.
  • the actuator 1 is with the cylinder head 31 of the internal combustion engine rigidly connected.
  • An intake duct 32, an exhaust duct 32a and cylinder 33 with a piston 34 are in the Internal combustion engine provided.
  • the piston 34 is over a Connecting rod 35 coupled to a crankshaft 36.
  • a control device 4 which the signals from Detects sensors that are designed, for example, as position sensors 19 and / or speed sensor 37 and / or a Load detection sensor 38 and / or an exhaust gas probe 39, which the Proportion of the exhaust gas in the exhaust duct 32a is detected and dependent of which an air ratio is determined and / or a load detection sensor 38, for example as an air mass meter or as Pressure sensor can be formed, and / or a temperature sensor.
  • the control device 4 may communicate with a higher-level control device for engine operating functions and receives control signals from it.
  • the control device 4 controls depending on the signals from the sensors and the Control signals the first and the second coil 13, 15 of the Actuator 1 on.
  • the control device 4 comprises a control unit 41, in which the control signals for the coils 13, 15 are calculated, and a first power amplifier 42 and one second power output stage 43, which amplify the steep signals.
  • the control device 4 can also be a structural unit with the higher-level control device for engine operating functions form.
  • the disturbing force resulting from the gas forces acting on the gas exchange valve is the difference between the force caused by the internal cylinder pressure, which acts on the plate 22 on its end face 22a, and the force resulting from the exhaust gas pressure, which acts on the rear side 22b of the plate 22 attacks.
  • the internal cylinder pressure drops with the exhaust gas flowing out, while the exhaust gas pressure rises first. This results in a high dynamic of the interference force after opening the exhaust valve.
  • the time course F G, AV, t of the interference force that results at the gas exchange valve after opening has started can be estimated very precisely by the step response of a transmission element to a jump in the interference force of the value the interference force immediately before opening the gas exchange valve to a predetermined value, which is preferably approximately zero.
  • Figure 2 shows a block diagram for controlling the electromechanical Actuator, the essential for the invention Parts are shown.
  • the block diagram is preferred stored in the form of a program in the control device 4 and is in the control unit 41 during operation processed the internal combustion engine.
  • a first contribution for an estimated value F S, AV of a force which acts on the end face 22a of the valve plate 22 is, based on a variable which characterizes the air mass before combustion in the cylinder 33 of the internal combustion engine, preferably is the air mass flow m ⁇ cyl in the cylinder 33, and the opening angle ⁇ AO of the exhaust valve 2 based on the crankshaft angle.
  • the opening angle ⁇ AO is the crankshaft angle at which the armature plate 16 begins to move away from the closed position S maxS toward the open position s maxO .
  • a second post is c ⁇ for the estimation value F S, AV of the force which acts on the end side of the plate 22 of the exhaust valve 2 immediately before the opening of the exhaust valve to ⁇ from a characteristic field depending on the difference ⁇ of a predetermined nominal value and ⁇ of an actual value of the Lufiere is determined.
  • a third contribution c ⁇ for the estimated value F S, AV of the force which acts on the end face of the plate 22 immediately before the outlet valve 2 is opened is determined in a block B3 from a further characteristic map as a function of the difference ⁇ z of a target value ⁇ z , should and an actual value ⁇ z, the ignition angle is determined.
  • the first contribution, the second contribution c ⁇ and the third contribution c ⁇ are multiplicatively linked and thus give the estimated value F S, AV of the force which is applied to the end face of the valve immediately before the opening of the exhaust valve 2 Exhaust valve acts.
  • the estimated value F S, AV of the force which acts on the end face of the exhaust valve immediately before the start of opening thereof is thus determined simply as a function of operating variables which are already available in a control device for engine operating functions.
  • An estimated value P AG of the exhaust gas pressure is determined in a summing point S1 from the sum of the ambient pressure p 0 and a differential exhaust gas pressure ⁇ AG .
  • the ambient pressure p 0 is either detected by an ambient pressure sensor or determined as a function of detected operating variables of the internal combustion engine in predetermined operating states of the internal combustion engine.
  • the differential pressure ⁇ AG is determined in a block B4 from a map as a function of the air mass flow m ⁇ cyl ( i -1) , which was determined in the previous cylinder segment , and an exhaust gas temperature t AG .
  • a cylinder segment is defined by the crankshaft angle, which is between the top dead centers of the pistons of two cylinders of the internal combustion engine, which are adjacent in the firing order.
  • the air mass flow m ⁇ cyl ( i- 1) is the air mass flow that has flowed into the respective cylinder in the preceding cylinder segment .
  • the exhaust gas temperature t AG can either be detected by a temperature sensor arranged in the exhaust gas duct 32a or determined depending on other operating variables of the internal combustion engine.
  • a pressure sensor can also be arranged in the exhaust gas duct 32a, which detects the exhaust gas pressure P AG directly.
  • the estimated value F R, AV of the force which acts on the back of the plate 22 immediately before the outlet valve 2 is opened is calculated by multiplying the exhaust gas pressure p AG by the area A AV, R of the back 22b of the plate 22 ,
  • Block B5 comprises a transmission element that models the temporal profile F G, AV, t of the interference force.
  • the time course F G, AV, t of the interference force after the start of opening the exhaust valve 2 can be estimated with good accuracy from the step response of a PT 1 transmission element.
  • the transmission element in block B5 is subjected to a jump in the interference force from the estimated value F G, AV0 to a predetermined value, preferably approximately zero.
  • the predetermined value is preferably chosen so that it corresponds to the pressure drop at the outlet valve 2 in the open and quasi-stationary state of the flow at the outlet valve 2.
  • One of the parameters of the PT 1 transmission element is the time constant T 1 . It can either be predefined or, with the advantage of a much higher accuracy in the calculation of the course F G, AV, t of the interference force, is determined in a block B6 from a map depending on the speed N and the start of opening ⁇ AO of the exhaust valve 2 become.
  • the dynamics of the gas exchange process is significantly influenced by the point in time at which the exhaust valve 2 is opened within the expansion or extension stroke and the movement speed of the piston which supports or counteracts the passage of the exhaust gas into the exhaust duct 32a. This relationship can simply be stored in a map depending on the speed N and the start of opening ⁇ AO of the exhaust valve.
  • the calculation of the estimated value F S, AV of the force which acts immediately before the opening of the exhaust valve on the front side thereof and the estimated value F R, AV of the force which acts immediately before the opening of the exhaust valve on the rear side thereof takes place in the same cylinder segment, ie segment-synchronous, for which the temporal course (F G, AV, t ) of the interference force is calculated, which results from the gas forces acting on the gas exchange valve immediately before the gas exchange valve opens.
  • the course of the interference force over time can be determined in block B5, for example in a 100 ⁇ s raster, and can thus be used with a high temporal resolution to calculate the actuating signals for the actuator.
  • control unit 41 is a controller or a regulator provided, the reference variable of the current through the first or second coil 13, 15 or the position of the armature plate 16 are and which generate an actuating signal that depends on the The course of the interference force is corrected.

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Abstract

Ein Schätzwert (FG,AV,0) einer Störkraft wird berechnet, die resultiert aus den unmittelbar vor dem Öffnen des Gaswechselventils auf dieses einwirkenden Gaskräften. Der zeitliche Verlauf (FG,AV,t) der Störkraft, die an dem Gaswechselventil nach dem Beginn des Öffnens resultiert, wird geschätzt aus der Sprungantwort eines Übertragungsgliedes auf einen Sprung der Störkraft von dem Schätzwert (FG,AV,0) auf einen vorgegebenen Wert. Ein Stellsignal für den Stellantrieb wird abhängig von dem zeitlichen Verlauf der Störkraft ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Stellantriebs für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine.
Eine bekannte Brennkraftmaschine (DE 296 07 963 U1) hat wenigstens ein Gaseinlaßventil und wenigstens ein Gasauslaßventil je Zylinder, die von einem elektromechanischen Stellantrieb angetrieben werden. Insbesondere das Gasauslaßventil muß abhängig von dem aktuellen Lastzustand der Brennkraftmaschine gegen einen hohen Zylinderinnendruck öffnen. Demnach müssen dazu hohe öffnungskräfte abhängig von dem aktuellen Lastzustand aufgebracht werden. Bei der bekannten Brennkraftmaschine sind die Gasauslaßventile jeweils auf ihrer dem Zylinderinnenraum abgekehrten Seite mit Abstand zu dem Ventilteller mit einer Kolbenscheibe versehen, die in einem Druckausgleichsraum geführt ist. Der Druckausgleichsraum ist über einen Druckausgleichskanal mit dem Zylinderinnenraum in Verbindung bringbar. So ist die Kolbenscheibe in Öffnungsrichtung des Gasauslaßventils mit dem Zylinderinnendruck beaufschlagbar. Demnach werden die durch den Zylinderinnendruck resultierenden Störkräfte, die auf das Gasauslaßventil wirken, weitgehend eleminiert. Bei der bekannten Brennkraftmaschine müssen aufwendige Bohrungen in dem Motorblock und dem Zylinderkopf vorgesehen werden und die Gaseinlaß- und Gasauslaßventile sind verschieden ausgebildet mit der Folge, daß sie jeweils nur in geringer Stückzahl hergestellt werden können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Stellantriebs für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das einfach ist und einen zuverlässigen Betrieb des elektromechanischen Stellantriebs gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der elektromechanische Stellantrieb mit einer geringen Verlustleistung betrieben werden kann und dennoch ein zuverlässiger Betrieb des Stellantriebs unabhängig von der auf das Gaswechselventil einwirkenden Störkraft gewährleistet ist, die aus den auf es einwirkenden Gaskräften resultiert. Der Verlauf der Störkraft wird mit einer sehr hohen zeitlichen Auflösung präzise abgeschätzt. Daher ist nur eine geringe Stellreserve der Stellkräfte notwendig, die durch den elektromechanischen Stellantrieb aufgebracht werden müssen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1
eine Anordnung eines Stellantriebs und einer Steuereinrichtung in einer Brennkraftmaschine,
Figur 2
ein Blockdiagramm zum Steuern des elektromechanischen Stellantriebs.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfaßt einen Stellantrieb, der auf ein Gaswechselventil einwirkt und der in einem Zylinderkopf 31 der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das Gaswechselventil ist entweder als Auslaßventil 2 oder als Einlaßventil 6 ausgebildet. Das Gaswechselventil hat einen Schaft 21 und einen Teller 22. Der Stellantrieb 1 hat ein Gehäuse 11, in dem ein erster und ein zweiter Elektromagnet angeordnet sind. Der erste Elektromagnet hat einen ersten Kern 12, der mit einer ersten Spule 13 versehen ist. Der zweite Elektromagnet hat einen zweiten Kern 14, der mit einer zweiten Spule 15 versehen ist. Ein Anker ist vorgesehen, dessen Ankerplatte in dem Gehäuse 11 beweglich zwischen einer ersten Anlagefläche 15a des ersten Elektromagneten und einer zweiten Anlagefläche 15b des zweiten Elektromagneten angeordnet ist. Die Ankerplatte 16 ist somit beweglich zwischen einer Schließposition smaxS und einer Offenposition smaxO. Der Anker umfaßt desweiteren einen Ankerschaft 17, der durch Ausnehmungen des ersten und des zweiten Kerns 12, 14 geführt ist und der mit dem Schaft 21 des Auslaßventils 2 mechanisch koppelbar ist. Ein erstes Rückstellmittel 18a und ein zweites Rückstellmittel 18b, die vorzugsweise als Federn ausgebildet sind, spannen die Ankerplatte 16 in die vorgegebene Ruheposition s0 vor. Vorzugsweise ist ein Positionssensor 19 vorgesehen, der derart an oder in dem Stellantrieb 1 angeordnet ist, daß er mittelbar oder unmittelbar die Position der Ankerplatte 16 und des Ankerschafts 17 erfaßt.
Der Stellantrieb 1 ist mit dem Zylinderkopf 31 der Brennkraftmaschine starr verbunden. Ein Ansaugkanal 32, ein Abgaskanal 32a und Zylinder 33 mit einem Kolben 34 sind in der Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Kolben 34 ist über eine Pleuelstange 35 mit einer Kurbelwelle 36 gekoppelt.
Eine Steuereinrichtung 4 ist vorgesehen, die die Signale von Sensoren erfaßt, die beispielsweise ausgebildet sind als Positionssensor 19 und/oder Drehzahlgeber 37 und/oder ein Lasterfassungssensor 38 und/oder eine Abgassonde 39, die den Anteil des Abgases in dem Abgaskanal 32a erfaßt und abhängig davon eine Luftzahl ermittelt, und/oder ein Lasterfassungssensor 38, der beispielsweise als Luftmassenmesser oder als Drucksensor ausgebildet sein kann, und/oder ein Temperatursensor. Die Steuereinrichtung 4 kommuniziert ggf. mit einer übergeordneten Steuereinrichtung für Motorbetriebsfunktionen und empfängt von dieser Steuersignale. Die Steuereinrichtung 4 steuert abhängig von den Signalen der Sensoren und den Steuersignalen die erste und die zweite Spule 13, 15 des Stellantriebs 1 an. Die Steuereinrichtung 4 umfaßt eine Steuereinheit 41, in der die Stellsignale für die Spulen 13, 15 berechnet werden, und eine erste Leistungsendstufe 42 und eine zweite Leistungsendstufe 43, die die Steilsignale verstärken. Die Steuereinrichtung 4 kann alternativ auch eine Baueinheit mit der übergeordneten Steuereinrichtung für Motorbetriebsfunktionen bilden.
Die Störkraft, die aus den auf das Gaswechselventil einwirkenden Gaskräften resultiert, ist die Differenz der aus dem Zylinderinnendruck hervorgerufenen Kraft, die auf den Teller 22 auf seiner Stirnseite 22a wirkt, und der aus dem Abgasdruck resultierende Kraft, welche auf der Rückseite 22b des Tellers 22 angreift. Nach dem Öffnen des Auslaßventils 2, sinkt der Zylinderinnendruck mit dem ausströmenden Abgas ab, während der Abgasdruck zuerst ansteigt. Dadurch ergibt sich eine hohe Dynamik der Störkraft nach dem Öffnen des Auslaßventils. Versuche an einem Motorprüfstand haben überraschend ergeben, daß sich der zeitliche Verlauf FG,AV,t der Störkraft, die an dem Gaswechselventil nach Beginn des Öffnens resultiert, sehr präzise geschätzt werden kann durch die Sprungantwort eines Übertragungsgliedes auf einen Sprung der Störkraft von dem Wert der Störkraft unmittelbar vor dem Öffnen des Gaswechselventils auf einen vorgegebenen Wert, der vorzugsweise in etwa Null ist.
Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm zum Steuern des elektromechanischen Stellantriebs, wobei die für die Erfindung wesentlichen Teile dargestellt sind. Das Blockdiagramm ist vorzugsweise in Form eines Programms in der Steuereinrichtung 4 gespeichert und wird in der Steuereinheit 41 während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet.
In einem Block B1 wird ein erster Beitrag für einen Schätzwert FS,AV einer Kraft, die auf die Stirnseite 22a des Ventiltellers 22 wirkt, aus einem Kennfeld abhängig von einer die Luftmasse vor der Verbrennung in dem Zylinder 33 der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größe, die vorzugsweise der Luftmassenstrom m ˙ zyl in den Zylinder 33 ist, und dem auf den Kurbelwellenwinkel bezogenen Öffnungswinkel ϕ AO des Auslaßventils 2. Dabei ist der Öffnungswinkel ϕAO der Kurbelwellenwinkel, bei dem sich die Ankerplatte 16 wegzubewegen beginnt von der Schließposition SmaxS hin zu der Offenposition smaxO. In einem Block B2 wird ein zweiter Beitrag cλ für den Schätzwert FS,AV der Kraft, die unmittelbar vor dem Öffnen des Auslaßventils auf die Stirnseite des Tellers 22 des Auslaßventils 2 wirkt aus einem kennfeldabhängig von der Differenz Δλ eines vorgegebenen Sollwertes λsoll und eines Istwertes λist der Lufzahl ermittelt.
Ein dritter Beitrag cα für den Schätzwert FS,AV der Kraft, die unmittelbar vor dem Öffnen des Auslaßventils 2 auf die Stirnseite des Tellers 22 wirkt, wird in einem Block B3 aus einem weiteren Kennfeld abhängig von der Differenz Δα z eines Sollwertes αz,soll und eines Istwertes αz,ist des Zündwinkels ermittelt. In den Multiplizierstellen M1 und M2 werden der erste Beitrag, der zweite Beitrag cλ und der dritte Beitrag cα multiplikativ verknüpft und ergeben so den Schätzwert FS,AV der Kraft, die unmittelbar vor dem Beginn des Öffnens des Auslaßventils 2 auf die Stirnseite des Auslaßventils einwirkt. Der Schätzwert FS,AV der Kraft, die unmittelbar vor dem Öffnungsbeginn des Auslaßventils auf die Stirnseite dieses wirkt, wird so einfach abhängig von Betriebsgrößen ermittelt, die ohnehin in einer Steuereinrichtung für Motorbetriebsfunktionen zur Verfügung stehen.
Ein Schätzwert PAG des Abgasdrucks wird in einer Summierstelle S1 aus der Summe des Umgebungsdrucks p0 und eines Differenzabgasdrucks ΔρAG ermittelt. Der Umgebungsdruck p0 wird entweder von einem Umgebungsdrucksensor erfaßt oder abhängig von erfaßten Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine in vorgegebenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine ermittelt. Der Differenzdruck ΔρAG wird in einem Block B4 aus einem Kennfeld abhängig von dem Luftmassenstrom m ˙ zyl ( i -1), der in dem vorangegangenen Zylindersegment ermittelt wurde, und einer Abgastemperatur tAG ermittelt. Ein Zylindersegment ist durch den Kurbelwellenwinkel definiert, der zwischen den oberen Totpunkten der Kolben zweier Zylinder der Brennkraftmaschine ist, die in der Zündfolge benachbart sind. Der Luftmassenstrom m ˙ zyl ( i- 1) ist der Luftmassenstrom, der in dem vorangehenden Zylindersegment in den jeweiligen Zylinder eingeströmt ist.
Die Abgastemperatur tAG kann entweder von einem in dem Abgaskanal 32a angeordneten Temperatursensor erfaßt werden oder abhängig von anderen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Alternativ kann auch ein Drucksensor in dem Abgaskanal 32a angeordnet sein, der den Abgasdruck PAG direkt erfaßt.
In einer Multiplizierstelle M3 wird der Schätzwert FR,AV der Kraft, die unmittelbar vor dem Öffnen des Auslaßventils 2 auf die Rückseite des Tellers 22 wirkt, durch Multiplikation des Abgasdrucks pAG mit der Fläche AAV,R der Rückseite 22b des Tellers 22 berechnet.
In einer Summierstelle S2 wird dann der Schätzwert FG,AV,0 der Störkraft, die unmittelbar vor dem Öffnen des Gaswechselventils auf dieses einwirkt aus der Differenz der Schätzwerte FR,AV und FS,AV ermittelt und einen Block B5 zugeführt. Der Block B5 umfaßt ein Übertragungsglied, daß den zeitlichen Verlauf FG,AV,t der Störkraft modelliert. Der zeitliche Verlauf FG,AV,t der Störkraft nach dem Beginn des Öffnens des Auslaßventils 2 kann mit guter Genauigkeit aus der Sprungantwort eines PT1-Übertragungsglieds abgeschätzt werden. Das Übertragungsglied im Block B5 wird dazu mit einem Sprung der Störkraft von dem Schätzwert FG,AV0 auf einen vorgegebenen Wert, vorzugsweise etwa Null beaufschlagt. Der vorgegebene Wert wird vorzugsweise so gewählt, daß er dem Druckgefälle am Auslaßventil 2 im geöffneten und quasi-stationären Zustand der Strömung am Auslaßventil 2 entspricht.
Einer der Parameter des PT1 Übertragungsgliedes ist die Zeitkonstante T1. Sie kann entweder fest vorgegeben sein oder, mit dem Vorteil einer wesentlich höheren Genauigkeit bei der Berechnung des Verlaufs FG,AV,t der Störkraft, in einem Block B6 aus einem Kennfeld abhängig von der Drehzahl N und dem Öffnungsbeginn ϕAO des Auslaßventils 2 ermittelt werden. Die Dynamik des Ladungswechselvorgangs wird wesentlich davon beeinflußt, zu welchem Zeitpunkt innerhalb des Expansions- oder Ausschubtaktes das Auslaßventil 2 geöffnet wird und mit welcher Bewegungsgeschwindigkeit der Kolben das Übertreten des Abgases in den Abgaskanal 32a unterstützt oder auch diesem entgegenwirkt. Dieser Zusammenhang kann einfach in einem Kennfeld abhängig von der Drehzahl N und dem Öffnungsbeginn ϕAO des Auslaßventils abgelegt werden.
Eine noch höhere Genauigkeit bei der Berechnung des zeitlichen Verlaufs FG,AV,t der Störkraft kann erreicht werden, falls in dem Block B5 ein komplexeres Übertragungsglied modelliert ist (z. B. PTn mit n > 1).
Das Berechnen des Schätzwertes FS,AV der Kraft, die unmittelbar vor dem Öffnungsbeginn des Auslaßventils auf die Stirnseite dieses wirkt, und des Schätzwertes FR,AV der Kraft, die unmittelbar vor dem Öffnungsbeginn des Auslaßventils auf die Rückseite dieses wirkt, erfolgt in dem gleichen Zylindersegment, d.h. Segment-synchron, für das auch der zeitliche Verlauf (FG,AV,t) der Störkraft berechnet wird, die resultiert aus den auf das Gaswechselventil einwirkenden Gaskräften unmittelbar vor dem Öffnen des Gaswechselventils. Der zeitliche Verlauf der Störkraft kann in dem Block B5 beispielsweise in einem 100 µs Raster bestimmt werden und damit mit einer hohen zeitlichen Auflösung zum Berechnen der Stellsignale für den Stellantrieb eingesetzt werden.
In der Steuereinheit 41 ist eine Steuerung oder ein Regler vorgesehen, deren Führungsgröße der Strom durch die erste oder zweite Spule 13, 15 oder die Position der Ankerplatte 16 sind und die ein Stellsignal erzeugen, das abhängig von dem Verlauf der Störkraft korrigiert wird.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Stellantriebs für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, bei dem
    ein Schätzwert (FG,AV,0) einer Störkraft berechnet wird, die resultiert aus den unmittelbar vor dem Öffnen des Gaswechselventils auf das Gaswechselventil einwirkenden Gaskräften,
    der zeitliche Verlauf (FG,AV,t) der Störkraft, die an dem Gaswechselventil nach dem Beginn des Öffnens resultiert, geschätzt wird aus der Sprungantwort eines Übertragungsglieds, das den zeitlichen Verlauf (FG,AV,t) der Störkraft modelliert, auf einen Sprung der Störkraft von dem Schätzwert (FG,AV,0) auf einen vorgegebenen Wert, wobei die Ausgangsgröße des Übertragungsglieds die Störkraft repräsentiert, und
    ein Stellsignal für den Stellantrieb abhängig von dem zeitlichen Verlauf der Störkraft ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaswechselventil ein Auslaßventil ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schätzwert (FG,AV,0) der Störkraft abhängig von einer den Beginn des Öffnens des Auslaßventils und einer die Luftmasse vor der Verbrennung in einem Zylinder der Brennkraftmaschine charakterisierenden Größe berechnet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schätzwert (FG,AV,0) der Störkraft abhängig von der Luftzahl berechnet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schätzwert (FG,AV,0) der Störkraft abhängig von dem Zündwinkel berechnet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schätzwert (FG,AV,0) der Störkraft abhängig von einer den Abgasdruck in dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine vor dem Beginn des Öffnens des Auslaßventils charakterisierenden Größe berechnet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Parameter des Stellglieds abhängig von mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsgröße die Drehzahl (N) und/oder die den Beginn des Öffnens des Auslaßventils charakterisierende Größe ist.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Übertragungsglied ein PT1-Glied ist.
EP99964376A 1998-11-26 1999-11-24 Verfahren zum steuern eines elektromechanischen stellantriebs für ein gaswechselventil einer brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP1133621B1 (de)

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