WO2017016637A1 - Verfahren zur kompensation eines ventildrifts einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation eines Ventildrifts einer Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb, bei welchem mittels eines Massenstromsensors (1) ein IST-Wert des momentanen Betriebszustands der Brennkraftmaschine in einem Luftaufwandkennfeld ermittelt und mit einem SOLL- Wert des Luftaufwandkennfelds verglichen wird und nachfolgend das Luftaufwandkennfeld korrigiert wird.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zur Kompensation eines Ventildrifts einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation eines Ventildrifts einer Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb.
Bei Brennkraftmaschinen, welche mit Gas betrieben werden, wird die erforderliche Gemischmasse aus Luft und Gas mit Hilfe eines Luftaufwandkennfeldes ermittelt. Eine derartige Motorsteuerung funktioniert bei einem starren Ventiltrieb sehr zuverlässig.
Bei einem variablen Ventiltrieb ergeben sich jedoch während des Betriebs der Brennkraftmaschine Veränderungen beim Ventilverhalten. Diese werden auch als Ventildrift bezeichnet. Diese Veränderungen können durch äußere Einflüsse bedingt sein oder durch Alterungsprozesse bei einem Ventil oder der Ventilsteuerung, wodurch sich Änderungen des Öffhungsverhaltens oder des Schließverhaltens ergeben. So können die Veränderungen beim Ventilverhalten beispielsweise durch die hydraulischen Komponenten oder durch die zu bewegenden Massen hervorgerufen sein. Weitere Ursachen können z.B. Änderungen der Reibungsverhältnisse, Verschleiß der Ventilteller oder Oberflächenaufrauhungen der Ventilteller sein. Die Folge hiervon ist, dass das Luftaufwandkennfeld nicht mehr aktuell ist und damit die Gemischmasse nicht mehr genügend genau bestimmt werden kann. Dies beeinflusst das Laufverhalten der Brennkraftmaschine und deren Wirkungsgrad. Eine nicht an die jeweiligen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschme angepasste Gemischmasse führt zu Klopfen oder zu Aussetzern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation eines Ventildrifts einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Umsetzbarkeit eine exakte Gemischmengenzufuhr ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Gasmotor, mit variablem Ventiltrieb mittels eines Massenstromsensors ein IST-Wert des momentanen Betriebszustands der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Dieser IST-Wert wird in einem Luftaufwandkennfeld der Brennkraftmaschine mit dem zugehörigen Sollwert des Luftaufwandkennfelds verglichen. Anhand der sich ergebenden Differenz wird das Luftaufwandkennfeld korrigiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich somit der Vorteil, dass die Gemischmengenermittlung direkt über ein Luftaufwandkennfeld erfolgen kann. Dies hat den großen Vorteil, dass die Gemischmenge schnell und genau ermittelt werden kann. Während bei den aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren die Gemischmengenermittlung zu träge und in vielen Bereichen zu ungenau ist, um einen Ventildrift zu korrigieren, ist erfindungsgemäß ein Verfahren geschaffen worden, welches auf sehr einfache Weise die gewünschte Korrektur ermöglicht.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Korrektur des Kennfeldes durch ein Verschieben des Kennfeldes, d.h., der jeweiligen Linien der Sollwerte des Kennfelds erfolgt. Diese Verschiebung kann rechnerisch sehr einfach vorgenommen werden. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Korrektur durch Addition eines Korrekturfaktors. Auch dies führt im Resultat zu einem Verschieben bzw. einer Anpassung des Kennfeldes an das vorliegende Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine.
Besonders günstig ist es, wenn erfindungsgemäß mittels des Massenstromsensors der Luft-Gas- Gemischmassenstrom in einem Ansaugpfad der Brennkraftmaschine gemessen wird. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass in dem Ansaugpfad ausreichend Bauraum für die Installation des Massenstromsensors vorhanden ist. Zudem wird die Messung nicht durch störende Betriebsparameter, beispielsweise Druckwellen, Schwingungen oder Ähnliches, beeinflusst.
Besonders günstig ist es, wenn die Messung mittels des Massenstromsensors in dem Ansaugpfad stromab zu einer Gaszufuhr in den Ansaugpfad erfolgt. Stromab der Gaszufuhr liegt ein stabiles Gemisch vor, welches durch den Massenstromsensor zuverlässig ermittelt werden kann. Die Messung durch den Massenstromsensor wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugterweise vor einem in dem Ansaugpfad angeordneten Verdichter durchgeführt. Dies verhindert, dass Druckwellen des Verdichters die Messung beeinträchtigen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei stationären Gasmotoren angewendet werden, es ist jedoch generell für alle Arten von Gasmotoren nutzbar.
In besonders vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren während eines stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine durchgeführt. Dieser stationäre Betriebszustand liegt insbesondere dann vor, wenn der Betrieb über einen Zeitraum größer als 30 Sekunden keine Laständerung erfährt. Es kann auch vorgesehen werden, dass erfindungsgemäß ein stationärer Zustand in einer ruhigen Motorphase von einigen Minuten abgewartet wird, bis die erfindungsgemäße Messung erfolgt. Durch die Korrektur des Kennfeldes kann erfindungsgemäß der Ladedruck und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine verändert bzw. korrigiert werden, um die Ventildrift auszugleichen.
Obenstehend wurde die Erfindung anhand eines Massenstromsensors erläutert. Erfindungsgemäß können unterschiedliche Bauarten von derartigen Sensoren oder Sonden verwendet werden, beispielsweise auch Zylinderdrucksensoren, um den Luft/Gemischmassenstrom zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit sicher, dass das Luftaufwandkennfeld der Brennkraftmaschine seine Genauigkeit beibehält und somit die Gemischmenge schnell und genau bestimmt werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auch darin, dass Messfehler oder Sensorfehler von weiteren Sensoren, die zur Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine verwendet werden, ermittelt werden können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Luftaufwandkennfeldes, Fig. 2 eine schematische Darstellung der konstruktiven Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und Fig. 3 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs.
Fig. 1 zeigt ein Luftaufwandkennfeld, bei welchem auf der Abszisse der Schließzeitpunkt eines Einlassventils dargestellt ist, während die Ordinate den Luftaufwand wiedergibt. Es sind in dem Diagramm mit durchgezogener Linie die Werte für einzelne Drehzahlen der Brennkraftmaschine dargestellt. Die gepunktete Linie zeigt ein korrigiertes Kennfeld, welches anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Verschieben des Kennfeldes oder durch Addition eines Korrekturfaktors korrigiert wurde. Wenn beispielsweise bei großen Einlassschließwinkeln die Rückstellkraft des Ventils nachlässt, beispielsweise durch Verschleiß der Ventilfeder, ergibt sich eine Erhöhung des Luftaufwandes. Diese Erhöhung kann bei einem Vergleich des jeweiligen IST- Werts mit dem SOLL- Wert bestimmt werden. Hierdurch ist ersichtlich, dass das SOLL- Kennfeld nicht eingehalten wird. Somit erfolgt die erfindungsgemäß vorgesehene Korrektur.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Zylinder 5 einer Brennkraftmaschine mit einem Kolben 6. Durch einen Ansaugpfad 2 wird Luft 7 zugeführt. Dieser Luft 7 wird mittels einer Gaszufuhr 4 Gas zugemischt, so dass sich ein Gas/Luft-Gemisch 8 ergibt. Dieses Gas/Luft- Gemisch 8 wird einem Massenstromsensor 1 zugeführt, der die erfindungsgemäße Messung durchführt. Der Massenstromsensor 1 ist stromauf eines Verdichters 3 in dem Ansaugpfad 2 angeordnet. Stromab des Verdichters 3 liegt ein Ladedruck p5 vor. In Abhängigkeit von den Messwerten des Massenstromsensors 1 erfolgt zur Kompensation einer Ventildrift eine Regelung der Gaszufuhr 4 bzw. der Luftzufuhr 7.
Fig. 3 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei ist schematisch ein Kennfeld 9 dargestellt, welchem als Eingangsgrößen die Drehzahl der Brennkraftmaschine (RPM) und der Schließwinkel des Einlaufventils (ts (VCM)) zugeleitet werden. Aus dem Kennfeld ergibt sich ein Luftaufwand nc, welcher noch nicht korrigiert ist. Dieser Wert für den Luftaufwand wird einer elektronischen Schaltung 10 zugeführt, welche einen durch den zugeführten Wert Δλ3>ηο korrigierten Luftaufwand λ3 abgibt. Unter Zuhilfenahme dieses Wertes für den Luftaufwand wird ein Luftmassenstrom mcaic berechnet, der einer elektronischen Schaltung 11 zugeleitet wird, welcher auch ein Wert für den gemessenen Luftmassenstrom mprobe zugeführt wird. Der Wert für den gemessenen Luftmassenstrom mprobe wird von dem Massenstromsensor 1 abgegeben und wird als richtig angesehen. Über einen PI- Controller wird die Abweichung im Luftaufwand λ3 gemessen, welche zum einen der elektronischen Schaltung 10 und zum anderen zur Kennfeldkorrektur dem Kennfeld zugeleitet wird.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Kompensation eines Ventildrifts einer Brennkraftmaschine mit variablem Ventiltrieb, bei welchem mittels eines Massenstromsensors (1) ein IST- Wert des momentanen Betriebszustands der Brennkraftmaschine in einem Luftaufwandkennfeld ermittelt und mit einem SOLL-Wert des Luftaufwandkennfelds verglichen wird und nachfolgend das Luftaufwandkennfeld korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Luftaufwandkennfelds durch Verschieben des Luftaufwandkennfeldes erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Luftaufwandkennfelds durch Addition eines Korrekturfaktors erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Massenstromsensors (1) der Luft/Gasgemisch-Massenstrom in einem Ansaugpfad (2) gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung mittels des Massenstromsensors in einem Ansaugpfad (2) benachbart zu einer
Gaszufuhr (4) in den Ansaugpfad (2) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung durch den Massenstromsensor (1) vor einem in einem Ansaugpfad (2) angeordneten Verdichter (3) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem stationären Gasmotor angewendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während eines stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während eines stationären Betriebs, der über einen Zeitraum größer als 30 Sekunden andauert, durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Korrektur des Luftaufwandkennfelds der Ladedruck und/oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine verändert werden.
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