WO2006000483A1 - Verfahren zur erfassung mindestens einer ventilhubposition bei einer brennkraftmaschine mit variabler ventilsteuerung - Google Patents

Verfahren zur erfassung mindestens einer ventilhubposition bei einer brennkraftmaschine mit variabler ventilsteuerung Download PDF

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WO2006000483A1
WO2006000483A1 PCT/EP2005/051737 EP2005051737W WO2006000483A1 WO 2006000483 A1 WO2006000483 A1 WO 2006000483A1 EP 2005051737 W EP2005051737 W EP 2005051737W WO 2006000483 A1 WO2006000483 A1 WO 2006000483A1
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valve
pressure
time
hydraulic pressure
internal combustion
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PCT/EP2005/051737
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English (en)
French (fr)
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Niraimathi Appavu Mariappan
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • 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
    • F01L2800/00—Methods of operation using a variable valve timing mechanism

Definitions

  • the invention is based on a method for detecting at least one Ventilhub ⁇ position in a Brenrikraömaschine with valves that are operated variably by applying a hydraulic pressure rule according to the preamble of the independent claim.
  • the present invention also provides an apparatus for operating a valve control, in particular a control unit of an internal combustion engine, and a computer program product for applying the method according to the invention to a computer or control unit.
  • the gas exchange takes place via spring-loaded valves which are opened by a camshaft.
  • the time profile of the valve lift that is to say the beginning and duration of the valve opening or position of the valve tappet, are determined by the shape of the camshaft but not variable.
  • concepts for the variable control of gas exchange valves are increasingly being used. For example, by varying the phase position of the camshaft, the inlet and outlet times of gas exchange valves can be varied.
  • a flexible operation of an internal combustion engine is possible if the gas exchange valves are not directly controlled via a camshaft, but directly. From WO 91/03384, for example, a fully variable valve control is known in which the gas exchange valves are electromagnetically or hydraulically activated.
  • the valve lift is detected by a valve lift sensor
  • valve lift is necessary to ensure proper operation of the engine and u.a. To avoid misfires or collisions of the gas exchange valves with the piston.
  • DE 10064650 describes a method for controlling gas exchange valves of an internal combustion engine with a variable valve lift.
  • the control of the valve takes place as a function of an evaluation of a pressure in the combustion chamber of the engine, the evaluation of the combustion chamber crack essentially serving to calibrate an existing valve lift sensor.
  • the method according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that at least one valve lift position is determined by means of a change in a hydraulic pressure applied to the valve. As a result of this procedure, a valve lifting position can advantageously also be determined without the presence of a valve lift sensor.
  • valve opening time and closing time can be determined from a point in time when the pressure falls below a threshold value. This has the advantage that, if the threshold value is suitably selected, it may passing pressure fluctuations have no influence on the determination of the relevant opening and closing times.
  • a time profile of a valve lift is determined based on at least one valve lift position and / or the time profile of the hydraulic pressure.
  • an apparatus for operating a valve control in particular a control unit of a Brennkraftmaschi ⁇ ne that is programmed to use a method for detecting a valve lift.
  • a control unit of a Brennkraftmaschi ⁇ ne that is programmed to use a method for detecting a valve lift.
  • a computer program product is provided, with program code stored on a machine-readable carrier, so that advantageously a method for detecting a valve lift is used as soon as the program is executed on a computer or control unit
  • FIG. 1 shows schematically an electrohydraulically operable valve
  • Figure 2 shows schematically the timing of the switching states of the controlled solenoid valves and corresponding characteristics
  • Figure 3 shows a flow chart for detecting malfunctions of a hydraulic valve
  • FIG. 4 schematically shows a logic circuit for error detection
  • the invention is based on the consideration that changes in an electro-hydraulic valve control system by switching control valves, the hydraulic pressure.
  • an electrohydraulic valve for example a gas exchange valve
  • the control valves for example.
  • Solenoid valves are switched in a certain sequence, so that the hydraulic pressure in the system changes in a tikisti ⁇ rule manner. Since the characteristic pressure changes are repeated in a reproducible manner each time the electrohydraulic valve is opened and closed, the knowledge of the pressure curve in the hydraulic system makes it possible to deduce further system variables, for example a valve lift and / or a valve lift position.
  • Figure 1 shows schematically an electro-hydraulically actuated valve 1, for example, a gas exchange valve of an internal combustion engine, a sliding slide 30 separates the pressure range of the valve 1 in an upper chamber 10 and in a lower chamber 20.
  • the slider 30 In the direction of the upper chamber 10, the slider 30 is connected to a guide tappet 50 and in the direction of the lower chamber 20 with a valve stem 40.
  • the lower chamber 20 is connected to the high-pressure side of the hydraulic system or high-pressure manifold / rail HD rail via an initial check valve RV 1.
  • the first check valve RVl prevents backflow from the lower chamber 20 back into the high-pressure rail HD rail.
  • the lower chamber 20 is connected to the upper chamber 10 via a normally closed solenoid valve MVl.
  • both chambers 10, 20 are connected to a second non-return valve RV2 which relaxes in the direction of the high-pressure rail.
  • the upper chamber 10 is further connected via a second normally open solenoid valve MV2 with a low-pressure rail.
  • the pressure p rail in the high pressure rail is detected by a pressure sensor.
  • An electrohydraulic valve is thus understood to mean a valve which is moved by applying a hydraulic pressure, wherein the hydraulic pressure is controlled or switched in accordance with the desired valve movement via electrically controllable control valves.
  • the electrohydraulic valve 1 is designed as a gas exchange valve
  • a valve plate is arranged at one end of the valve tappet 40 which fits into a valve seat of a combustion chamber when the gas exchange valve is closed.
  • the valve stem 40 and the valve plate projects into the combustion chamber.
  • the first solenoid valve MVl is closed and the second solenoid valve MV2 open.
  • the hydraulic pressure in the lower chamber 20 is thus greater than in the upper chamber 10. Due to this pressure difference, the slide 30 moves in the direction of the upper chamber 10 until the hydraulic valve reaches an end position and is closed.
  • the solenoid valves MVl, 2 are energized, the first solenoid valve MVl is open and the second solenoid valve MV2 is closed.
  • the hydraulic pressure in the upper and lower chambers 10, 20 is thus substantially equal.
  • the area of the slider 30 is greater in the upper chamber 10 than in the lower chamber 20, so that the force acting on the slider 30 by the hydraulic pressure moves the slider 30 toward the lower chamber 20 and opens the hydraulic valve 1
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown, but is equally applicable to other switchable hydraulic arrangements.
  • the hydraulic shading or the position of the pressure sensor can be varied.
  • Figure 2 shows schematically the timing of the switching states of the controlled solenoid valves MVl, 2 and corresponding characteristics such as pressure curve p rail in the high-pressure rail and the valve lift S GSW of the hydraulic valve, the left diagram, the operations at the opening and the right when closing operations of the electro-hydraulic valve 1 represents.
  • the first solenoid valve MV1 is closed and the second solenoid valve MV2 is open, the pressure in the high-pressure rail p rail is substantially constant, and the electrohydraulic valve 1 or gas exchange valve is closed.
  • the electrohydraulic valve is opened by first closing the second solenoid valve MV2 and then opening the first solenoid valve MVl. After the electrohydraulic valve has reached its end position - fully open - the first solenoid valve MV1 is closed.
  • the time profile of the pressure drop or relevant pressure changes and in particular also the time tjpmax, at which the pressure has fallen to the maximum, depend in a given system essentially on the operating state of the electrohydraulic Valve off.
  • Essential influencing factors are, for example, the geometry and length of the hydraulic lines, the hydraulic pressure and the temperature of the hydraulic fluid.
  • Other variables which may be considered include the temperature and speed of the internal combustion engine, the speed of the ram movement, pressure conditions in the combustion chamber, and possibly further variables.
  • the temporal pressure curve p rail in the high-pressure rail can now be associated with the valve lift or travel S GWV of the electrohydraulic valve or gas exchange valve. It is thus possible, under known operating conditions, to determine from the pressure course in the high-pressure rail and / or a maximum pressure drop and / or further relevant pressure changes an actually present valve lift and / or in particular a valve opening time t_o.
  • Relevant pressure changes essentially mean all pressure changes or events by means of which it is possible to conclude the valve lift or valve lift positions.
  • Relevant pressure changes are, for example, in question, a first pressure drop, falling below a threshold value, extreme pressure values, minimum or maximum values, saddle points and others. The relevance of these points can be further increased by observing only relevant pressure changes in a preferred time interval.
  • valve lift S GWV of an opening gas exchange valve shows the time profile of the valve lift S GWV of an opening gas exchange valve. Due to, for example, friction and hydraulic resistances, opening of the electrohydraulic valve 1 can not be observed immediately after the opening of the first solenoid valve, but takes place with a system-related time delay.
  • valve opening time t_o or the valve closing time t_s it is not absolutely necessary to take into account the entire temporal pressure curve in the high-pressure rail, but it is sufficient to determine the time of a characteristic reproducible pressure change.
  • the maximum pressure drop in the high-pressure rail at a time t_pmax serve, which is typically expected in a time interval [tl, t2] after switching a Mag ⁇ netventils. If this time tjpmax is determined, the valve opening time t_o or the closing time t_s can be determined via a corresponding model.
  • a maximum pressure drop is observed in a time interval [tl, t2] at a time t_pmax. If the operating conditions of the electrohydraulic valve and this time tjnax are known, a valve closing time t_s can be determined from this.
  • the time intervals [tl, 12], the time tjpmax and closing time t_s and opening time t_o may be different for the closing or opening operation of the valve. In particular, these sizes may be different for different valves and cylinders.
  • valve opening t_o and valve closing t_s are the time at which the valve sets in motion for the first time.
  • This first movement is typically carried out with a system-related time delay after the switching of the relevant control valve MVl or MV2.
  • MVl the relevant control valve
  • MV2 the closing or opening time taking into account the system-related time delay on the basis of the switching times of the control valves MVl, MV2.
  • this is only an expected opening or closing time without a check of the actual opening or closing operation.
  • FIG. 3 schematically shows a flow chart of a possible monitoring procedure. It is assumed that the pressure ⁇ _rail in the high-pressure rail is determined at regular, short intervals.
  • a step 600 all measurement times t_m which fall into a time interval [t1, t2] relevant to a respective cylinder n are detected with the respective pressures p rail.
  • step 610 a maximum value pmax is determined from the pressures pjrail detected in the time interval [t1, t2].
  • step 620 it is checked whether this maximum value pmax exceeds a threshold value S_p. If the threshold value Sjp is exceeded, a release of the corresponding gas exchange valve takes place in step 650. If the threshold value S_p is not exceeded, the corresponding gas exchange valve is blocked in step 680 and, if appropriate, the associated cylinder is switched off.
  • FIG. 4 shows a possible logic circuit arrangement for checking gas exchange valves of a four-cylinder combustion machine.
  • the arrangement comprises a microprocessor 500, a comparator 400 and four AND elements with two inputs.
  • the microprocessor 500 determines a pressure threshold value Sjp, which forms an input variable of the comparator 400, and continues cylinder-specific during a specific time interval [tl, t2] _Z_l, 2,3,4 a second Ein ⁇ gang of an AND gate to the logical value TRUE.
  • the comparator 400 compares the pressure p rail in the high-pressure rail with the pressure threshold S_p provided by the microprocessor 500 and sets all first inputs of the AND elements to the logical value TRUE when the pressure p rail in the high-pressure rail reaches the pressure threshold S_p exceeds. As soon as TRUE signals are present at both inputs of an AND element, a logical value TRUE is passed on, thus signaling the proper functioning of a gas exchange valve for this cylinder.
  • the logic outputs of the AND elements can be monitored, for example, by a control unit, wherein an error reaction is initiated in the case of logic values which indicate a faulty functioning of the valves. If, for example, the time t_pmax of the maximum pressure drop lies outside the permissible time interval [t1, 12], then a TRUE signal for the time interval [t1, t2] is present at the AND element.
  • the "tjpmax" signal is j e- but not before and is set to FALSE, so that the AND gate outputs a FALSE signal.
  • the rail pressure p rail in the high-pressure rail is detected continuously or at specific time intervals.
  • the detected pressure values are preferably filtered in order to hide disturbing influences.
  • the pressure changes for example the time derivative of the pressure profile, can also be taken into account.
  • a time window is opened after opening the first solenoid valve MVl or after opening the second solenoid valve MV2 via a microprocessor or a separate time control for the associated time interval [tl, tl] during which the rele ⁇ vant pressure signals are detected.
  • the detected pressure signals are evaluated and an opening time t_o or closing time t_s of the monitored gas exchange valve determined.
  • the calculated times are forwarded to a control unit for further processing.
  • the inventive method is either already integrated as hardware or as software in a control unit of an internal combustion engine.
  • the detection of the pressure signals is typically carried out in a characteristic for operation of the Steuerge ⁇ device or internal combustion engine clock frequency, for example, based on bus clocks or crankshaft angles, positions.
  • the clock frequencies can be easily converted into another reference system.
  • the crankshaft angle is preferably selected as the reference variable.
  • the opening and closing angles of the gas exchange valves can be determined from pressure changes in the hydraulic system.
  • the pressure and in particular the pressure changes in the hydraulic system are influenced by a large number of variables.
  • the time delay is mainly due to the length of the hydraulic path between the valve and Drackress, pressure and temperature of the hydraulic fluid additionally affect the delay time.
  • the valve lift can be represented as a function of pressure and temperature of the hydraulic fluid and stored, for example, as a function or characteristic value table in a control unit.
  • the deposit as characteristic value table is particularly suitable if computer time is to be saved in the control unit or if the values, for example, have not been determined empirically via a modeling.

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Abstract

Verfahren zur Erfassung eines Ventilhubs bei einer Brennkraftmaschine mit Ventilen, die durch Anlegen eines hydraulischen Drucks variabel betrieben werden, wobei der Ventilhub anhand einer Veränderung des hydraulischen Drucks bestimmt wird.

Description

Verfahren zur Erfassung mindestens einer Ventilhubposition bei einer Brennkraftmaschi- ne mit variabler Ventilsteuerung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erfassung mindestens einer Ventilhub¬ position bei einer Brenrikraömaschine mit Ventilen, die durch Anlegen eines hydrauli¬ schen Drucks variabel betrieben werden nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch eine Vorrichtung zum Betreiben einer Ventilsteuerung, insbesondere ein Steuergerät einer Brennkraftmaschine, sowie ein Com¬ puterprogramm-Produkt zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem Computer oder Steuergerät.
Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen erfolgt der Gaswechsel über federbelastete Ventile, die von einer Nockenwelle geöffnet werden. Der zeitliche Verlauf des Ventil¬ hubs, das heißt Beginn und Dauer der Ventilöffhung bzw. Position des Ventilstößels sind durch die Formgebung der Nockenwelle festgelegt aber nicht variabel. Zur Verbesserung der Wirkungsgrade von Brennkraftmaschinen und auch im Hinblick auf Abgasreduzie¬ rung werden vermehrt Konzepte zur variablen Ansteuerung von Gaswechselventilen ein- gesetzt. Beispielsweise können durch Verändern der Phasenlage der Nockenwelle die Ein- und Auslasszeiten von Gaswechselventilen variiert werden. Ein flexibler Betrieb ei¬ ner Brennkraftmaschine ist möglich, wenn die Gaswechselventile nicht über eine No¬ ckenwelle, sondern direkt angesteuert werden. Aus der WO 91/03384 ist beispielsweise eine voll variable Ventilsteuerung bekannt, bei der die Gaswechselventile elektromagnetisch oder hydraulisch belätigt werden. Der Ven¬ tilhub wird hierbei durch einen Ventilhubsensor erfasst
Die genaue Kenntnis des Ventilhubs ist notwendig, um einen einwandfreien Betrieb der Brennkraftmaschine sicherzustellen und um u.a. Fehlzündungen oder Kollisionen der Gaswechselventilen mit dem Kolben zu vermeiden.
Die DE 10064650 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung von Gaswechselventilen eines Verbrennungsmotors mit einem variablen Ventilhub. Die Steuerung des Ventils erfolgt in Abhängigkeit einer Auswertung eines Drucks im Brennraum des Motors, wobei die Aus¬ wertung des Brennraumdracks im Wesentlichen dazu dient einen vorhandenen Ventil¬ hubsensor zu kalibrieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass mindestens eine Ventilhubposition anhand einer Verän¬ derung eines am Ventil anliegenden hydraulischen Drucks bestimmt wird. Durch dieses Vorgehen kann in vorteilhafter Weise auch ohne Vorhandensein eines Ventilhubsensors eine Ventilhubposition bestimmt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbil¬ dungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, eine Ventilschließzeit und eine Ventilöffnungszeit ausgehend von einem Zeitpunkt zu ermitteln, bei dem der Druck im hydraulischen System beginnt abzufallen. Dies hat den Vorteil, dass mit einem geringen Messaufwand auch ohne ein Vorhandensein eines Ventilhubsensors relevante Größen für den Betrieb einer variablen Ventilsteuerung ermittelt werden können. Darüber hinaus können bei einem vorhandenen Ventilhubsensor die Ventilhub-Sensorsignale überprüft werden, wodurch sich die Be¬ triebssicherheit weiter erhöht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, lassen sich Ventilöffnungszeit und -schließzeit aus einem Zeitpunkt ermitteln, bei dem der Druck einen Schwellenwert un- terschreitet. Dies hat den Vorteil, dass bei geeigneter Wahl des Schwellenwertes evtl. auf- tretende Druckschwankungen keine Einfluss auf die Ermittlung der relevanten Offhungs- und Schließzeiten haben.
Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform ist es vorteilhaft, anhand eines Maximums bzw. Extremwertes eines Druckabfalls des hydraulischen Drucks eine Zeit bei der das Ventil öffnet bzw. schließt zu bestimmen. Dies hat den Vorteil, dass Extremwerte im Druckver¬ lauf leicht identifiziert werden können und sich in der Regel deutlich von anderen Druck¬ ereignissen unterscheiden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform wird ein zeitlicher Verlauf eines Ventilhubs anhand mindestens einer Ventilhübposition und/oder des zeitlichen Verlaufs des hydraulischen Drucks bestimmt. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur einzelne Positio¬ nen, sondern der Ventilhub über die Zeit erfasst werden und. während des Betriebs der Brennkrafitmaschhie ein einwandfreier Betrieb der Ventile detailliert überprüft werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, während eines spezifischen Zeitintervalls zu überprüfen, ob ein relevanter Druckveränderung eingetreten ist, wobei beim Ausbleiben einer relevanten Druckveränderung eine Fehlerreaktion ein- geleitet wird. Durch die Vorgabe eines insbesondere zylinder- und ventilspezifischen Zeitintervalls, in dem eine relevante Drackveränderung eintreten soll, wird es in vorteil¬ hafter Weise möglich, die korrekte Funktion bspw. eines Gaswechselventils zu überprü¬ fen und bei Störungen eine Fehlerreaktion einzuleiten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Betreiben einer Ventilsteuerung vorgesehen, insbesondere ein Steuergerät einer Brennkraftmaschi¬ ne, dass zur Anwendung eines Verfahrens zur Erfassung eines Ventilhubs programmiert ist. So ist es möglich, Signalerfassung, -Verarbeitung, -auswertung und -ausgäbe zentral in einem Gerät vorzunehmen, wodurch sich in vorteilhafter Weise ein Schaltungs- und Bauteileaufwand sowie eine Störanfälligkeit beim Betrieb reduziert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform ist ein Computeφrogramm- Produkt vorgesehen, mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger ge¬ speichert ist, so dass in vorteilhafter Weise ein Verfahren zur Erfassung eines Ventilhubs zur Anwendung gelangt, sobald das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgefiihrtwmL
Zeichnungen
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unab- hängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
Es zeigen: Figur 1 zeigt schematisch ein elektrohydraulisch betätigbares Ventil; Figur 2 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der Schaltzustände der angesteuerten Magnetventile und korrespondierende Kenngrößen; Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm zur Erkennung von Fehlfunktionen eines hydraulischen Ventils; Figur 4 zeigt schematisch eine Logikschaltung zur Fehlererkennung
Beschreibung
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich in einem elektrohydraulischen Ventil-Steuersystem durch Schalten von Steuerventilen der Hydraulikdruck verändert. Beim Öffnen und Schließen eines elektrohydraulischen Ventils, beispielsweise einem Gaswechselventils, werden die Steuerventile, bspw. Magnetventile, in einer bestimmten Abfolge geschaltet, so dass sich der Hydraulikdruck im System in einer charakteristi¬ schen Weise ändert. Da sich die charakteristischen Druckänderungen bei jedem Öffnen und Schließen des elektrohydraulischen Ventils in reproduzierbarer Weise wiederholen, ermöglicht die Kenntnis des Druckverlaufs im Hydrauliksystem, auf weitere Systemgrö¬ ßen beispielsweise auf einen Ventilhub und/oder einer Ventilhübposition zu schließen.
Figur 1 zeigt schematisch ein elektrohydraulisch zu betätigendes Ventil 1 beispielsweise ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, Ein verschiebbarer Schieber 30 trennt den Druckbereich des Ventils 1 in eine obere Kammer 10 und in eine untere Kammer 20. In Richtung der oberen Kammer 10 ist der Schieber 30 mit einem Führungsstößel 50 und in Richtung der unteren Kammer 20 mit einem Ventilstößel 40 verbunden. Über ein ers¬ tes Rückschlagventil RVl ist die untere Kammer 20 mit der Hochdruckseite des Hydrau- liksystems bzw. Hochdruck-Sammelleitung/-Rail HD-Rail verbunden. Das erste Rück¬ schlagventil RVl verhindert eine Rückströmung von der unteren Kammer 20 zurück in das Hochdruck-Rail HD-Rail. Die untere Kammer 20 ist über ein stromlos geschlossenes Magnetventil MVl mit der oberen Kammer 10 verbunden. Bei bestromten und somit of¬ fenem Magnetventil MVl sind beide Kammer 10, 20 mit einem zweiten Rückschlagven- til RV2 verbunden, das in Richtung Hochdruck-Rail entspannt. Die obere Kammer 10 ist weiterhin über ein zweites stromlos offenes Magnetventil MV2 mit einem Niederdruck- Rail verbunden. Der Druck p rail im Hochdruck-Rail wird über ein Drucksensor erfasst.
Unter einem elektrohydraulischen Ventil ist somit ein Ventil zu verstehen, das durch An- legen eines hydraulischen Drucks bewegt wird, wobei der hydraulische Druck entspre¬ chend der gewünschten Ventilbewegung über elektrisch ansteuerbare Steuerventile ge¬ steuert bzw. geschaltet wird.
Ist beispielsweise das elektrohydraulische Ventil 1 als Gaswechselventil ausgeführt, so ist an einem Ende des Ventilstößels 40 eine Ventilplatte angeordnet, die sich bei geschlosse¬ nem Gaswechselventil in einem Ventilsitz eines Brennraumes einfügt. Beim Öffnen des Gaswechselventils ragt der Ventilstößel 40 und die Ventilplatte in den Brennraum.
Ohne Ansteuerung bzw. Bestromung der Magnetventile ist das erste Magnetventil MVl geschlossen und das zweite Magnetventil MV2 offen. Der hydraulische Druck in der un¬ teren Kammer 20 ist somit größer als in der oberen Kammer 10. Aufgrund dieser Druck¬ differenz bewegt sich der Schieber 30 in Richtung der oberen Kammer 10 bis das hydrau¬ lische Ventil eine Endstellung erreicht und geschlossen ist.
Werden die Magnetventile MVl, 2 bestromt, ist das erste Magnetventil MVl geöffnet und das zweite Magnetventil MV2 geschlossen. Der hydraulische Druck in der oberen als auch unteren Kammer 10, 20 ist somit im Wesentlichen gleich. Die Fläche des Schiebers 30 ist jedoch im Bereich der oberen Kammer 10 größer als in der unteren Kammer 20, sodass die durch den hydraulischen Druck auf den Schieber 30 wirkende Kraft den Schieber 30 in Richtung unterer Kammer 20 bewegt und das hydraulische Ventil 1 öfmet Selbstverstäαdlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausfuhrungsbeispiel be¬ schränkt, sondern ist ebenso auf andere schaltbare hydraulische Anordnungen anwendbar. Insbesondere kann die hydraulische Verschattung oder die Position des Drucksensors va- riiert werden. Weiterhin ist es denkbar, anstelle der Magnetventile andere Stellglieder vorzusehen.
Figur 2 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der Schaltzustände der angesteuerten Magnetventile MVl, 2 und korrespondierender Kenngrößen wie Druckverlauf p rail im Hochdruck-Rail und den Ventilhub S GSW des hydraulischen Ventils, wobei das linke Diagramm die Vorgänge beim Öffnen und das rechte die Vorgänge beim Schließen des elektrohydraulischen Ventils 1 darstellt.
Wie bereits zur Figur 1 beschrieben, ist das erste Magnetventil MVl unbestromt ge- schlössen und das zweite Magnetventil MV2 offen, der Druck im Hochdruck-Rail p rail ist im Wesentlichen konstant und das elektrohydraulische Ventil 1 bzw. Gaswechselventil geschlossen. Das elektrohydraulische Ventil wird geöffnet, indem zunächst das zweite Magnetventil MV2 geschlossen und anschließend das erste Magnetventil MVl geöffnet wird. Nachdem das elektrohydraulische Ventil seine Endposition - vollständig offen - er- reicht hat, wird das erste Magnetventil MVl geschlossen.
Das Schließen des zweiten Magnetventils MV2 verursacht keine signifikanten Druck¬ schwankungen im Hockdruckrail. Aufgrund der Anfangsbedingungen ist der hydrauli¬ sche Druck in der oberen Kammer 10 geringer als in der unteren Kammer 20, so dass beim Öffnen des ersten Magnetventils MVl Hydraulikflüssigkeit von der unteren Kam¬ mer 20 in die obere Kammer 10 gelangt. Durch den Druckausgleich zwischen den beiden Kammern 10, 20 sinkt der Druckp rail im HochdruckτRail kurzzeitig ab. Der Druckab¬ fall erreicht zu einem Zeitpunkt tjpmax einen Maximalwert. Dieser Zeitpunkt t_pmax liegt typischer Weise in einem Zeitintervall [tl, 12], das für einen jeweiligen Zylinder Z i (i= l...n; n = Anzahl der Zylinder) und das jeweils geschaltete Magnetventil MVl, 2 be¬ kannt ist.
Der zeitliche Verlauf des Druckabfalls bzw. relevante Druckveränderungen und insbe¬ sondere auch der Zeitpunkt tjpmax, bei dem der Druck maximal gefallen ist, hängen bei einem gegebenen System im Wesentlichen vom Betriebszustand des elektrohydraulischen Ventils ab. Wesentliche Einflussgrößen sind beispielsweise die Geometrie und Länge der hydraulischen Leitungen, der Hydraulikdruck und die Temperatur der Hydraulikflüssig¬ keit. Als weitere Größen kommen auch die Temperatur und Drehzahl der Brennkraflma- schine, die Geschwindigkeit der Stößelbewegung, Druckverhältnisse im Brennraum so- wie ggf. weitere Größen in Betracht.
Experimentell und/oder auch durch Modellbildungen kann nun der zeitliche Druckverlauf p rail im Hochdruckrail mit dem Ventilhub bzw. Stellweg S GWV des elektrohydrauli- schen Ventils bzw. Gaswechselventils in Verbindung gebracht werden. So ist es möglich, bei bekannten Betriebsbedingungen aus dem Druckverlauf im Hochdruckrail und/oder einem maximalen Druckabfall und/oder weiteren relevanten Druckveränderungen einen tatsächlich vorliegenden Ventilhub und/oder insbesondere eine Ventilöfmungszeit t_o zu ermitteln. Unter relevanten Druckveränderungen sind im Wesentlichen alle Druckverän¬ derungen oder Ereignisse gemeint anhand derer auf den Ventilhub oder Ventilhubpositio- nen geschlossen werden kann. Als relevante Druckveränderungen kommen bspw. in Fra¬ ge, ein erster Druckabfall, Unterschreiten eines Schwellenwertes, Druckextremwerte, Mi¬ nimal- oder Maximalwerte, Sattelpunkte und weitere. Die Relevanz dieser Punkte kann weiter erhöht werden, indem nur relevante Druckveränderungen in einem bevorzugen Zeitintervall beobachtet werden.
Im Weiteren sind die Ausfuhrungsbeispiele anhand eines maximalen Druckabfalls - als ein mögliches Beispiel für eine relevante Druckveränderung— erläutert. Selbstverständ¬ lich können anstelle des maximalen Druckabfalls und/oder auch zusätzlich weitere rele¬ vante Druckveränderungen berücksichtigt werden.
Im Unken unteren Diagramm der Figur 2 ist der zeitliche Verlauf des Ventilhubs S GWV eines sich öffnenden Gaswechselventils dargestellt. Aufgrund bspw. von Reibung und hydraulischen Widerständen ist ein Öffnen des elektrohydraulischen Ventils 1 nicht un¬ mittelbar nach dem Öffnen des ersten Magnetventils zu beobachten, sondern erfolgt mit einer systembedingten Zeitverzögerung.
Für die Bestimmung einer Ventilöfmungszeit t_o oder der Ventilschließzeit t_s ist es je¬ doch nicht zwingend notwendig den gesamten zeitlichen Druckverlauf im Hochdruckrail zu berücksichtigen, sondern es reicht aus, den Zeitpunkt einer charakteristischen reprodu- zierbaren Druckveränderung zu ermitteln. Als eine mögliche charakteristische Druckver- änderung kann der maximale Druckabfall im Hochdruckrail zu einem Zeitpunkt t_pmax dienen, der typischer Weise in einem Zeitintervall [tl, t2] nach dem Schalten eines Mag¬ netventils erwartet wird. Ist dieser Zeitpunkt tjpmax bestimmt, kann über ein entspre¬ chendes Modell die Ventilöfmungszeit t_o oder die Schließzeit t_s ermittelt werden.
Im rechten Diagramm der Figur 2 ist der Schließvorgang des elektrohydraulischen Ven¬ tils dargestellt. Zum Schließen bleibt das erste Magnetventil MVl geschlossen und das zweite Magnetventil MV2 öffnet. Die obere Kammer 10 ist somit mit dem Nie- derdruckrail ND-Rail verbunden und steht unter einem geringeren Druck als die untere Kammer 20. Durch die Druckdifferenz wird der Schieber 30 in Richtung der oberen Kammer 10 bewegt, wodurch der Druck ρ_rail im Hochdruckrail kurzeitig abfällt.
Analog zur VentUöffhung ist in einem Zeitintervall [tl, t2] zu einem Zeitpunkt t_pmax ein maximaler Druckabfall zu beobachten. Sind die Betriebsbedingungen des elektrohyd- raulischen Ventils und dieser Zeitpunkt tjπnax bekannt, so kann hieraus eine Ventü- schließzeit t_s ermittelt werden. Die Zeitintervalle [tl, 12], der Zeitpunkt tjpmax sowie Verschließzeit t_s und Öffnungszeit t_o können für den Schließ- bzw. Öffnungsvorgang des Ventils unterschiedlich sein. Insbesondere können diese Größen für verschiedene Ventile und Zylinder unterschiedlich sein.
Die unteren Diagramme der Figur 2 zeigen den Ventilhub bzw. die Stellwege S GWV eines elektrohydraulischen Ventils bzw. Gaswechselventils beim Öffnen und Schließen. Als Zeitpunkt der Ventilöffhung t_o und Ventilschließung t_s wird der Zeitpunkt identi¬ fiziert, bei dem sich das Ventil zum ersten Mal in Bewegung setzt. Diese erste Bewegung erfolgt typischer Weise mit einer systembedingten zeitlichen Verzögerung nach dem Schalten des relevanten Steuerventils MVl oder MV2. Für ein bekanntes System besteht so die Möglichkeit, den Schließ- bzw. Öfmungszeitpunkt unter Berücksichtigung der sys¬ tembedingten zeitlichen Verzögerung anhand der Schaltzeiten der Steuerventile MVl, MV2 zu ermitteln. Es handelt sich hierbei jedoch nur um eine zu erwartende Öfmungs- bzw. Schließzeit, ohne eine Überprüfung des tatsächlichen Öffhungs- bzw. Schließvor¬ gangs. Zuverlässiger ist es, die Öfmungs- bzw. Schließzeit t_o, t_s anhand einer Größe zu bestimmen, die nur bei einer tatsächlich stattgefundenen Öfmungs- bzw Schließbewe¬ gung des Ventils zu beobachten ist. Wie beschrieben, können erfϊndungsgemäß diese Zei¬ ten t_o, t_s bspw. aus der Analyse des zeitlichen Druckverlaufs und insbesondere aus dem Zeitpunkt t_pmax des maximalen Druckabfalls gewonnen werden. Des Weiteren kann der Zeilpunkt des maximalen Druckabfalls auch dazu genutzt werden, die Funktionsfähigkeit eines elektrohydraulischen Ventils, insbesondere eines Gaswech¬ selventils, zu überprüfen. In Figur 3 ist schematisch ein Flussdiagramm einer möglichen Überwachungs-Prozedur dargestellt. Es wird davon ausgegangen, dass der Druck ρ_rail im Hochdruckrail in regelmäßigen, kurzen Zeitabständen ermittelt wird. In einem Schritt 600 werden alle Messzeitpunkte t_m, die in einen für einen jeweiligen Zylinder n rele¬ vanten Zeitintervall [tl, t2] fallen, mit den jeweiligen Drücken p rail erfasst. Im Schritt 610 wird aus den im Zeitintervall [tl, t2] erfassten Drücken pjrail ein Maximalwert pmax ermittelt. Im Schritt 620 wird überprüft, ob dieser Maximalwert pmax einen Schwellen¬ wert S_p überschreitet. Wird der Schwellenwert Sjp überschritten erfolgt im Schritt 650 eine Freigäbe des entsprechenden Gaswechselventils. Wird der Schwellenwert S_p nicht überschritten, wird, im Schritt 680 das entsprechende Gaswechselventil gesperrt und ge¬ gebenenfalls der zugehörige Zylinder abgestellt.
Ih Figur 4 ist eine mögliche Logik-Schaltungsanordnung zur Überprüfung von Gaswech¬ selventilen einer Vierzylmder-Brennkrattmaschine dargestellt Die Anordnung umfasst einen Mikroprozessor 500, einen Komparator 400 und vier AND-Glieder mit zwei Ein¬ gängen. Ausgehend von Stellensignalen der Magnetventile MVl, 2 und gegebenenfalls weiteren Betriebsgrößen ermittelt der Mikroprozessor 500 einen Druck-Schwellenwert Sjp, der eine Eingangsgröße des Komparators 400 bildet, und setzt weiterbin während eines bestimmten Zeitintervalls [tl, t2]_Z_l,2,3,4 zylinderspezifisch einen zweiten Ein¬ gang eines AND-Gliedes auf den logischen Wert TRUE. Der Komparator 400 vergleicht den Druck p rail im Hochdruckrail mit dem vom Mikroprozessor 500 zur Verfügung ge- stellten Druck-Schwellenwert S_p und setzt alle ersten Eingänge der AND-Glieder auf den logischen Wert TRUE, wenn der Druck p rail im Hochdruckrail den Druck- Schwellenwert S_p überschreitet. Sobald an beiden Eingängen eines AND-Gliedes TRUE-Signale anliegen wird ein logischer Wert TRUE weitergegeben und signalisiert somit ein einwandfreies Funktionieren eines Gaswechselventils für diesen Zylinder.
Die Logikausgänge der AND-Glieder können bspw. durch ein Steuergerät überwacht werden, wobei bei Logikwerten, die auf eine fehlerhaft Funktion der Ventile hinweisen eine Fehlerreaktion eingeleitet wird. Liegt beispielsweise der Zeitpunkt t_pmax des ma¬ ximalen Druckabfalls außerhalb des zulässigen Zeitintervalls [tl, 12], so liegt zwar am AND-Glied ein TRUE-Signal für das Zeitinvall [tl , t2] an das „tjpmax"-Signal liegt j e- doch nicht vor und ist auf FALSE gesetzt, sodass auch das AND-Glied ein FALSE-Signal ausgibt.
Gemäß eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels wird der Raildruck p rail im Hochdruckrail kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen erfasst. Die erfassten Druckwerte werden vorzugsweise gefiltert, um Störeinflüsse auszublenden. Anstelle der Druckwerte können auch die Druckveränderungen - bspw. die zeitliche Ableitung des Druckverlaufs — berücksichtigt werden. Im Fall des Öfmens bzw. Schließens eines Gas¬ wechselventils wird nach Öffnen des ersten Magnetventils MVl bzw. nach Öffnen des zweiten Magnetventils MV2 über ein Mikroprozessor oder einer separaten Zeitkontrolle für das zugehörige Zeitintervall [tl, tl] ein Zeitfenster geöffnet, während dem die rele¬ vanten Drucksignale erfasst werden. Die erfassten Drucksignale werden ausgewertet und ein Öffhungszeitpunkt t_o bzw. Schließzeitpunkt t_s des überwachten Gaswechselventils bestimmt. Die berechneten Zeitpunkte werden für die weitere Verarbeitung an ein Steu- ergerät weiter gegeben.
Tm Falle eines verklemmten Gaswechselventils ist im relevanten Zeitintervall [tl, t2] kein entsprechender Druckabfall festzustellen und das entsprechende Gaswechselventil bzw. der zugehörige Zylinder wird stillgelegt, indem bspw. die Einspritzung und die Zündung für diesen Zylinder nicht mehr frei gegeben wird. Darüber hinaus sind weitere Maßnah¬ men für einen Notfahrbetrieb oder Reaktivierung des Gaswechselventils denkbar.
In vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren entweder bereits als Hardware oder auch als Software in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine integriert.
Die Erfassung der Drucksignale erfolgt typischer Weise in einer für Betrieb des Steuerge¬ räts bzw. Brennkraftmaschine charakteristischen Taktfrequenz, beispielsweise anhand von Bustakten oder auch Kurbelwellenwinkeln, -positionen. Die Taktfrequenzen können ohne Weiteres in ein anderes Bezugssystem umgerechnet werden. Bei Gaswechselventi- len wird vorzugsweise der Kurbelwellenwinkel als Bezugsgröße gewählt. So lässt sich er¬ findungsgemäß aus Druckveränderungen im hydraulischen System die Öfmungs- und Schließwinkel der Gaswechselventile bestimmen.
Wie bereis erwähnt, wird der Druck und insbesondere die Druckveränderungen im hyd- raulischen System von einer Vielzahl von Größen beeinflusst So ist bspw. beim Öffnen eines Gaswechselventils ein Druckabfall im hydraulischen System nicht unmittelbar beim Beginn der Öffhungsbewegung des Ventils zu beobachten, sondern erst mit einer spezifi¬ schen zeitlichen Verzögerung. Die zeitliche Verzögerung ist im Wesentlichen bedingt durch Länge des hydraulischen Weges zwischen Ventil und Drackmessung, wobei Druck und Temperatur der Hydraulikflüssigkeit zusätzlich die Verzögerungszeit beeinflussen. In Kenntnis dieser Beziehungen kann der Ventilhub als Funktion von Druck und Tempera¬ tur der Hydraulikflüssigkeit dargestellt werden und beispielsweise als Funktion oder Kennwerttabelle in einem Steuergerät hinterlegt sein. Die Hinterlegung als Kennwertta¬ belle bietet sich insbesondere an, wenn Rechenzeit im Steuergerät gespart werden soll oder wenn die Werte bspw. nicht über eine Modellierung, sondern empirisch ermittelt wurden.
Gemäß eines weiteren Ausfuhrungsbeispiel ist es denkbar, die Druckveränderung nicht oder nicht nur im Hochdruck-Rail zu ermitteln, sondern durch Druckmessungen in der oberen und/oder unter Kammer 10, 20 des Ventils. Hierdurch werden, insbesondere die hydraulischen Weglängen verkürzt, wodurch sich die zeitliche Verzögerung zwischen Ventilbewegung und Druckveränderung reduziert und ggf. zu vernachlässigen ist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erfassung mindestens einer Ventilhubposition bei einer Brennkraftma¬ schine mit Ventilen, die durch Anlegen eines hydraulischen Drucks variabel betrie¬ ben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ventilhubposition anhand einer Veränderung des hydrauli¬ schen Drucks bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines Zeitpunktes, bei dem der hydraulische Druck abfällt als mindestens eine Ventilhubposition eine Ventilöfmungszeit t_o und/oder eine Ventilschließzeit t_s ermittelt wird.
3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass anhand eines Zeitpunktes, bei dem der hydraulische Druck einen Schwellenwert unterschreitet als mindestens eine Ventilhubposition eine Ventilöff- nungszeit t_o und/oder eine Ventilschließzeit t__s ermittelt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass als mindestens eine Ventilhubposition eine Ventilöfmungszeit t_o und/oder Ventilschließzeit t_s anhand eines maximalen Druckabfalls des hydrauli- sehen Drucks ermittelt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass ein zeitlicher Verlaufeines Ventilshύbs anhand mindestens einer Ven¬ tilhubposition ermittelt wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass eine Fehlerreaktion eingeleitet wird, wenn während eines spezifischen Zeitintervalls [tl, t2] keine relevante Drackveränderang eintritt.
7. Vorrichtung zum Betreiben einer Ventilsteuerung, insbesondere einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Anwendung in einem der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 programmiert ist.
8. Computerprogramm-Produkt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.
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