EP2877717B1 - Verfahren zum betrieb einer brennkraftmaschine mit elektrohydraulischer ventilsteuerung - Google Patents

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EP2877717B1
EP2877717B1 EP13758723.4A EP13758723A EP2877717B1 EP 2877717 B1 EP2877717 B1 EP 2877717B1 EP 13758723 A EP13758723 A EP 13758723A EP 2877717 B1 EP2877717 B1 EP 2877717B1
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F01L9/11—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column
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    • F01L9/12—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem
    • F01L9/14—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem the volume of the chamber being variable, e.g. for varying the lift or the timing of a valve

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • WO 2011/069836 A1 is a generic method for operating an internal combustion engine known.
  • a gas exchange valve lift required for the charge cycle is to be regulated within a minimum lift height and a maximum closing time.
  • a hydraulic valve is switched so that only a partial volume is filled in a pressure chamber with pressure medium and thus the gas exchange valve is only partially actuated.
  • the object of the invention is the advantageous development of the generic method for improving the starting behavior and in particular the cold start behavior of an internal combustion engine.
  • the proposed method is provided for operating an internal combustion engine with an electro-hydraulic valve control for the variable-stroke drive of a spring-loaded in the closing direction gas exchange valve.
  • the electro-hydraulic valve control includes a camshaft and arranged in the drive sense between the camshaft and the gas exchange valve Hydraulic system.
  • the hydraulic system is connected to a pressure medium supply of the internal combustion engine. From a cam of the camshaft, a first hydraulic piston is driven.
  • the gas exchange valve is driven in the opening direction by a second hydraulic piston.
  • a pressure chamber is provided between the hydraulic piston.
  • a control channel connects the pressure chamber to a pressure relief chamber.
  • an electrically controlled hydraulic valve is arranged, which allows a pressure medium flow through the control channel in the open position of the hydraulic valve and locks in the closed position.
  • the hydraulic valve is controlled by an electronic drive means as a function of operating parameters of the internal combustion engine.
  • the hydraulic valve is closed and reopened at least once between two immediately successive strokes of the first hydraulic piston.
  • the closed during a stroke of the first hydraulic piston hydraulic valve can be opened again before a maximum lift of the gas exchange valve.
  • the refilling of the pressure chamber is improved with pressure medium. Furthermore, by opening and closing the hydraulic valve between two immediately successive strokes, the hydraulic system is heated by converting electrical energy of the electrically controlled hydraulic valve into heat and supplied to the valve piston, the valve seat of the hydraulic valve and the pressure medium.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a known electro-hydraulic valve control 1.
  • the valve control 1 is used for variable stroke drive in the closing direction by a valve spring 2 kraftbeaufschlagten gas exchange valve 3 of an internal combustion engine 4.
  • the cam 5 On the camshaft 6, the cam 5 is arranged, by means of the tappet 7, the first hydraulic piston 8 drives.
  • the second hydraulic piston 9 drives the gas exchange valve 3 in the form of an inlet or outlet valve in its opening direction.
  • the pressure relief chamber 11 is connected by means of the control channel 12 to the pressure chamber 10 and contains the spring-loaded pressure accumulator 13.
  • the arranged in the drive sense between the camshaft 6 and the gas exchange valve 3 hydraulic system is connected to the pressure medium supply 14 of the engine 4 and here at the lubricant circuit.
  • the electrically controlled hydraulic valve 15 is arranged in the design of a 2/2-way switching valve.
  • the hydraulic valve 15 is open in the non-energized state and allows a pressure medium flow through the control channel 12 to. In the energized state, the hydraulic valve 15 locks the control channel 12.
  • the electrical control of the hydraulic valve 15 takes place in Dependence on operating parameters of the internal combustion engine 4 by means of the electronic control means 16.
  • the drive means 16 may be integrated in the engine control unit.
  • valve control 1 The known operation of the valve control 1 can be summarized to the effect that the pressure medium located in the pressure chamber 10 acts as a hydraulic linkage.
  • the predetermined by the cam 5 stroke of the first hydraulic piston 8 is transmitted with closed hydraulic valve 15 by means of the second hydraulic piston 9 to the gas exchange valve 3.
  • the hydraulic valve 15 When the hydraulic valve 15 is open, the pressure medium is partially or completely displaced into the pressure relief chamber 11.
  • the hydraulic decoupling of the cam lift and the Gas demoventilhubs requires the hydraulic valve brake 17, which restricts the pressure fluid displaced back from the second hydraulic piston 9 and thus brakes the closing gas exchange valve 3 to a mechanically and acoustically acceptable contact velocity on the valve seat 18.
  • FIGS. 2 and 3 illustrated sequences 20, 21 explained in more detail above the crankshaft angle ⁇ . These each show the course 22 of the stroke of the first hydraulic piston 8 and the courses 23, 24 of the stroke of the gas exchange valve 3 and the courses of the energizations 28, 29, 30 of the hydraulic valve 15 during a starting phase of the internal combustion engine.
  • FIG. 2 shows the sequence 20, which is applied during the first crankshaft revolutions during cold start of the internal combustion engine 4.
  • the hydraulic valve 15 is closed by means of the current supply 28 between two immediately successive Hubverêtn 22, 23 and is subsequently opened in the angular range .DELTA. ⁇ 1 again.
  • the hydraulic valve 15 is closed by means of the current 29.
  • the energization is switched off and the hydraulic valve 15 is opened again, so that the gas exchange valve 3 remains open only over a shortened angle range.
  • pressure changes in the pressure chamber 10 this is at least partially emptied and in the angular range ⁇ 2 , in the base circle of the cam 5 to the renewed Current supply 28 of the hydraulic valve 15 extends, filled with still open hydraulic valve 15 due to the pressure changes occurring again.
  • the FIG. 3 shows the sequence 21, the alternative to the sequence 20 or after performing a predetermined number of sequences 20 of the FIG. 2 over a predetermined number of camshaft revolutions is performed.
  • the sequence 21 has a prolonged energization 30 during the entire stroke of the first hydraulic piston 8.
  • the gas exchange valve 3 remains open longer and there are each of two energys 28, 30 limited angular ranges ⁇ 1 for refilling the pressure chamber 10 a.
  • the number of energizations 28 between two immediately successive strokes of the first hydraulic piston 8, the extent of the angular ranges ⁇ 1 , ⁇ 2 and the duration of the energization 29 can be adapted to parameters of the internal combustion engine, the pressure medium and the valve train.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Aus der WO 2011/069836 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei soll während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine ein für den Ladungswechsel erforderlicher Gaswechselventilhub innerhalb einer minimalen Hubhöhe und eines maximalen Schließzeitpunkts geregelt werden. Hierzu wird ein Hydraulikventil so geschaltet, dass lediglich ein Teilvolumen in einem Druckraum mit Druckmittel befüllt wird und damit das Gaswechselventil nur teilweise betätigt wird.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist die vorteilhafte Weiterbildung des gattungsgemäßen Verfahrens zur Verbesserung des Startverhaltens und insbesondere des Kaltstartverhaltens einer Brennkraftmaschine.
    • Allgemeine Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Das vorgeschlagene Verfahren ist zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung zum hubvariablen Antrieb eines in Schließrichtung federkraftbeaufschlagten Gaswechselventils vorgesehen. Die elektrohydraulische Ventilsteuerung enthält eine Nockenwelle und ein im Antriebssinn zwischen der Nockenwelle und dem Gaswechselventil angeordnetes Hydrauliksystem. Das Hydrauliksystem ist an eine Druckmittelversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossen. Von einem Nocken der Nockenwelle wird ein erster Hydraulikkolben angetrieben. Das Gaswechselventil wird in Öffnungsrichtung von einem zweiten Hydraulikkolben angetrieben. Zwischen den Hydraulikkolben ist ein Druckraum vorgesehen. Ein Steuerkanal verbindet den Druckraum mit einem Druckentlastungsraum. In dem Steuerkanal ist ein elektrisch angesteuertes Hydraulikventil angeordnet, das einen Druckmittelfluss durch den Steuerkanal in geöffneter Stellung des Hydraulikventils zulässt und in geschlossener Stellung sperrt. Das Hydraulikventil wird von einem elektronischen Ansteuermittel in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gesteuert. Während einer Startphase, insbesondere während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine wird das Hydraulikventil zumindest einmal zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Hüben des ersten Hydraulikkolbens geschlossen und wieder geöffnet.
  • Zusätzlich kann während der Startphase das während eines Hubs des ersten Hydraulikkolbens geschlossene Hydraulikventil vor einem maximalen Hub des Gaswechselventils wieder geöffnet werden.
  • Durch Schließen und Öffnen des Hydraulikventils zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Hüben des ersten Hydraulikkolbens wird die Wiederbefüllung des Druckraums mit Druckmittel verbessert. Weiterhin wird durch das Öffnen und Schließen des Hydraulikventils zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Hüben das Hydrauliksystem erwärmt, indem elektrische Energie des elektrisch gesteuerten Hydraulikventils in Wärme umgewandelt und dem Ventilkolben, dem Ventilsitz des Hydraulikventils und dem Druckmittel zugeführt wird.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    einen Schnitt durch einen Ventiltrieb zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens,
    Figur 2
    eine Sequenz des Verhaltens des Ventiltriebs über einem ausschnittsweise dargestellten Kurbelwellenwinkel in einem startnahen Zeitfenster und
    Figur 3
    eine der Sequenz der Figur 2 ähnliche Sequenz in einem späteren Zeitfenster der Startphase.
    Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer an sich bekannten elektrohydraulischen Ventilsteuerung 1. Die Ventilsteuerung 1 dient zum hubvariablen Antrieb eines in Schließrichtung durch eine Ventilfeder 2 kraftbeaufschlagten Gaswechselventils 3 einer Brennkraftmaschine 4. Auf der Nockenwelle 6 ist der Nocken 5 angeordnet, der mittels des Tassenstößels 7 den ersten Hydraulikkolben 8 antreibt. Der zweite Hydraulikkolben 9 treibt das Gaswechselventil 3 in Form eines Einlass- oder Auslassventils in dessen Öffnungsrichtung an. Zwischen dem ersten Hydraulikkolben 8 und dem zweiten Hydraulikkolben 9 sind der Druckraum 10 mit veränderlichem Volumen und ein Druckentlastungsraum 11 gebildet. Der Druckentlastungsraum 11 ist mittels des Steuerkanals 12 mit dem Druckraum 10 verbunden und enthält den federbelasteten Druckspeicher 13. Das im Antriebssinn zwischen der Nockenwelle 6 und dem Gaswechselventil 3 angeordnete Hydrauliksystem ist an die Druckmittelversorgung 14 der Brennkraftmaschine 4 und hier an deren Schmiermittelkreislauf angeschlossen.
  • Im Steuerkanal 12 ist das elektrisch angesteuerte Hydraulikventil 15 in der Bauart eines 2/2-Wege-Schaltventils angeordnet. Das Hydraulikventil 15 ist im nicht bestromten Zustand geöffnet und lässt einen Druckmittelfluss durch den Steuerkanal 12 zu. Im bestromten Zustand sperrt das Hydraulikventil 15 den Steuerkanal 12. Die elektrische Ansteuerung des Hydraulikventils 15 erfolgt in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 4 mittels des elektronischen Ansteuermittels 16. Das Ansteuermittel 16 kann in das Motorsteuergerät integriert sein.
  • Die an sich bekannte Funktionsweise der Ventilsteuerung 1 lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass das im Druckraum 10 befindliche Druckmittel als hydraulisches Gestänge wirkt. Der vom Nocken 5 vorgegebene Hub des ersten Hydraulikkolbens 8 wird bei geschlossenem Hydraulikventil 15 mittels des zweiten Hydraulikkolbens 9 auf das Gaswechselventil 3 übertragen. Bei geöffnetem Hydraulikventil 15 wird das Druckmittel teilweise oder ganz in den Druckentlastungsraum 11 verschoben. Die hydraulische Entkopplung des Nockenhubs und des Gaswechselventilhubs erfordert die hydraulische Ventilbremse 17, die das vom zweiten Hydraulikkolben 9 zurückverdrängte Druckmittel drosselt und so das schließende Gaswechselventil 3 auf eine mechanisch und akustisch akzeptable Aufsetzgeschwindigkeit am Ventilsitz 18 abbremst.
  • Unter Bezug auf die Ventilsteuerung 1 der Figur 1 werden die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Sequenzen 20, 21 über dem Kurbelwellenwinkel γ näher erläutert. Diese zeigen jeweils den Verlauf 22 des Hubs des ersten Hydraulikkolbens 8 sowie die Verläufe 23, 24 des Hubs des Gaswechselventils 3 und die Verläufe der Bestromungen 28, 29, 30 des Hydraulikventils 15 während einer Startphase der Brennkraftmaschine 4. Figur 2 zeigt die Sequenz 20, die während der ersten Kurbelwellenumdrehungen beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 4 angewendet wird. Hierbei wird zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Hubverläufen 22, 23 das Hydraulikventil 15 mittels der Bestromung 28 geschlossen und ist im Anschluss daran im Winkelbereich Δγ1 wieder geöffnet. Während des Eingriffs des Nockens 5 auf den ersten Hydraulikkolben 8 wird das Hydraulikventil 15 mittels der Bestromung 29 geschlossen. Vor dem maximalen Hub h(max) des Gaswechselventils 3 wird die Bestromung abgeschaltet und das Hydraulikventil 15 wieder geöffnet, so dass das Gaswechselventil 3 nur über einen verkürzten Winkelbereich geöffnet bleibt. Durch Druckänderungen im Druckraum 10 wird dieser zumindest teilweise entleert und im Winkelbereich Δγ2, der sich im Grundkreis des Nockens 5 bis zur erneuten Bestromung 28 des Hydraulikventils 15 erstreckt, bei noch geöffnetem Hydraulikventil 15 infolge der auftretenden Druckänderungen wieder befüllt. Die mittels der von den Bestromungen 28 herbeigeführten Schließ- und Öffnungsvorgänge zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Hüben des ersten Hydraulikkolbens 8 führen in Verbindung mit den in den Winkelbereichen Δγ1 einsetzenden Wiederbefüllungen des Druckraums 10 zu einer verbesserten und von der Viskosität des Druckmittels weitgehend unabhängigen Befüllung des Druckraums 10. Weiterhin führen die pro Nockenwellenumdrehung häufiger durchgeführten Bestromungen des Hydraulikventils 15 zu einer Erwärmung des Hydrauliksystems während der Startphase der Brennkraftmaschine 4.
  • Die Figur 3 zeigt die Sequenz 21, die alternativ zu der Sequenz 20 oder nach Durchführung einer vorgegebenen Anzahl von Sequenzen 20 der Figur 2 über eine vorgegebene Anzahl von Nockenwellenumdrehungen durchgeführt wird. Im Unterschied zu der Sequenz 20 weist die Sequenz 21 eine verlängerte Bestromung 30 während des gesamten Hubs des ersten Hydraulikkolbens 8 auf. Hierdurch bleibt das Gaswechselventil 3 länger geöffnet und es stellen sich durchweg jeweils von zwei Bestromungen 28, 30 begrenzte Winkelbereiche Δγ1 zur Wiederbefüllung des Druckraums 10 ein.
  • Es versteht sich, dass die Anzahl der Bestromungen 28 zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Hüben des ersten Hydraulikkolbens 8, die Ausdehnung der Winkelbereiche Δγ1, Δγ2 und die Dauer der Bestromung 29 an Parameter der Brennkraftmaschine, das Druckmittel und den Ventiltrieb angepasst werden können.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ventilsteuerung
    2
    Ventilfeder
    3
    Gaswechselventil
    4
    Brennkraftmaschine
    5
    Nocken
    6
    Nockenwelle
    7
    Tassenstößel
    8
    erster Hydraulikkolben
    9
    zweiter Hydraulikkolben
    10
    Druckraum
    11
    Druckentlastungsraum
    12
    Steuerkanal
    13
    Druckspeicher
    14
    Druckmittelversorgung
    15
    Hydraulikventil
    16
    elektronisches Ansteuermittel
    17
    hydraulische Ventilbremse
    18
    Ventilsitz
    20
    Sequenz
    21
    Sequenz
    22
    Verlauf
    23
    Verlauf
    24
    Verlauf
    28
    Stromverlauf
    29
    Stromverlauf
    30
    Stromverlauf
    h(max)
    maximaler Hub
    γ
    Kurbelwellenwinkel
    Δγ1
    Winkelbereich
    Δγ2
    Winkelbereich

Claims (2)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine (4) mit elektrohydraulischer Ventilsteuerung (1) zum hubvariablen Antrieb eines in Schließrichtung federkraftbeaufschlagten Gaswechselventils (3) enthaltend eine Nockenwelle (6) und ein im Antriebssinn zwischen der Nockenwelle (6) und dem Gaswechselventil (3) angeordnetes Hydrauliksystem, das an eine Druckmittelversorgung (14) der Brennkraftmaschine (4) angeschlossen ist, einen von einem Nocken (5) der Nockenwelle (6) angetriebenen ersten Hydraulikkolben (8) und einen das Gaswechselventil (3) in Öffnungsrichtung antreibenden zweiten Hydraulikkolben (9), einen von dem ersten Hydraulikkolben (8) und dem zweiten Hydraulikkolben (9) begrenzten Druckraum (10) mit veränderlichem Volumen und einen den Druckraum (10) mit einem Druckentlastungsraum (11) verbindenden Steuerkanal (12), ein im Steuerkanal (12) angeordnetes, elektrisch angesteuertes Hydraulikventil (15), das einen Hydraulikmittelfluss durch den Steuerkanal (12) in geöffneter Stellung des Hydraulikventils (15) zulässt und in geschlossener Stellung des Hydraulikventils (15) sperrt, und ein elektronisches Ansteuermittel (16) zur Ansteuerung des Hydraulikventils (15) in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine (4), dadurch gekennzeichnet, dass während einer Startphase der Brennkraftmaschine (4) das Hydraulikventil (15) zumindest einmal zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Hüben des ersten Hydraulikkolbens (8) geschlossen und wieder geöffnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Startphase das während eines Hubs des ersten Hydraulikkolbens (8) geschlossene Hydraulikventil (15) vor einem maximalen Hub (h(max)) des Gaswechselventils (3) wieder geöffnet wird.
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