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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mittels einer elektrohydraulischen Ventilsteuereinrichtung zum hubvariablen Antrieb eines in Schließrichtung federkraftbeaufschlagten Gaswechselventils mit einem im Antriebssinn zwischen Nockenwelle und dem Gaswechselventil angeordneten Hydrauliksystem enthaltend einen von einem Nocken der Nockenwelle angetriebenen ersten Hydraulikkolben und einen das Gaswechselventil in Öffnungsrichtung antreibenden zweiten Hydraulikkolben, einen von dem ersten Hydraulikkolben und dem zweiten Hydraulikkolben begrenzten Druckraum mit veränderlichem Volumen und einen den Druckraum mit einem Druckentlastungsraum verbindenden Steuerkanal, ein im Steuerkanal angeordnetes, elektrisch angesteuertes Hydraulikventil, das einen Hydraulikmittelfluss durch den Steuerkanal in geöffneter Stellung des Hydraulikventils zulässt und in geschlossener Stellung des Hydraulikventils sperrt, und ein elektronisches Ansteuermittel zur Ansteuerung des Hydraulikventils in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus der
WO2011/069836 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 zwischen einem ersten von einem Nocken einer Nockenwelle beaufschlagten und einem zweiten, ein Gaswechselventil beaufschlagenden Hydraulikventil gebildeten Druckraum mit Druckmittel befüllt wird und damit das Gaswechselventil nur teilweise betätigt wird. Abhängig von der Viskosität des Druckmittels wird während einer Kaltstartphase vorgeschlagen, auf zyklustreue Öffnungs- und Schließvorgänge des Hydraulikventils zu verzichten und während der Startphase das Hydraulikventil über mehrere Umdrehungen der Kurbelwelle und damit über mehrere von einem Nocken der Nockenwelle bewirkten Hubbewegungen geschlossen zu halten. Hierbei ist die Steuerung des Hydraulikventils abhängig von der Viskosität des Druckmittels, die sich jedoch aufgrund möglicher unterschiedlicher Zusammensetzungen im Betrieb oftmals nicht ausreichend reproduzierbar einstellen lässt. Weiterhin kann abhängig von weiteren Parametern, beispielsweise abhängig vom Zustand der Brennkraftmaschine, dessen Abstellbedingungen und dergleichen beim Kaltstart ein Aufbau des Drucks des Druckmittels verzögert sein, so dass die Füllmenge des Druckraums nicht reproduzierbar ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung insbesondere während einer Startphase der Brennkraftmaschine vorzuschlagen, die eine reproduzierbare Befüllung des Druckraums und daher einen reproduzierbar einstellbaren Ventilhub des Druckwechselventils erlaubt.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die diesem untergeordneten Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens wieder.
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In einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischer Ventilsteuerung zum hubvariablen Antrieb eines in Schließrichtung federkraftbeaufschlagten Gaswechselventils enthaltend eine Nockenwelle und ein im Antriebssinn zwischen Nockenwelle und dem Gaswechselventil angeordneten Hydrauliksystem, welches an eine Druckmittelversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, einen von einem Nocken der Nockenwelle angetriebenen ersten Hydraulikkolben und einen das Gaswechselventil in Öffnungsrichtung antreibenden zweiten Hydraulikkolben, einen von dem ersten Hydraulikkolben und dem zweiten Hydraulikkolben begrenzten Druckraum mit veränderlichem Volumen und einen den Druckraum mit einem Druckentlastungsraum verbindenden Steuerkanal, ein im Steuerkanal angeordnetes, elektrisch angesteuertes Hydraulikventil, das einen Hydraulikmittelfluss durch den Steuerkanal in geöffneter Stellung des Hydraulikventils zulässt und in geschlossener Stellung des Hydraulikventils sperrt, und ein elektronisches Ansteuermittel zur Ansteuerung des Hydraulikventils in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, ist vorgesehen, während einer Startphase der Brennkraftmaschine das Hydraulikventil zumindest einmal zwischen zwei Hüben des ersten Hydraulikkolbens zu schließen und wieder zu öffnen.
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Zugleich wird während eines Ventilhubs durch das frühe Öffnen des zuvor geschlossenen Hydraulikventils vor Erreichen des maximalen Hubs des ersten Hydraulikkolbens wird von dem ersten Hydraulikkolben das im Druckraum befindliche Druckmittel in einen Druckentlastungsraum gepumpt. Der Druckentlastungsraum wird von einer Druckmittelversorgungseinrichtung gespeist. Infolge der Standzeit der Brennkraftmaschine insbesondere unter Betriebstemperaturen bei niedrigen Temperaturen kann vor deren Start der Druckentlastungsraum nur teilweise befüllt sein, so dass ein unvollständig beziehungsweise zumindest nicht reproduzierbares Befüllen des Druckraums während der ersten Betriebszyklen bei geöffnetem Hydraulikventil auftreten kann, so dass der sich unmittelbar an den Schließvorgang des Hydraulikventils durch den Nocken indizierte Hub des zweiten Hydraulikventils nicht reproduzierbar ist. Es wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen zwei Hüben des ersten Hydraulikkolbens, also in einem Winkelbereich, in dem der Nocken nicht gegenüber dem zweiten Hydraulikkolben aktiv ist, das Hydraulikventil zu schließen und damit bei geschlossenem Druckraum zuerst den Druckentlastungsraum zu füllen und bei sich anschließend wieder öffnendem Hydraulikventil den Druckraum aus dem zwischenzeitlich befüllten Druckentlastungsraum reproduzierbar zu befüllen. In einer anschließenden, sich mit einer Betätigung des ersten Hydraulikkolbens durch den Nocken erfolgenden überschneidenden Betätigung des Hydraulikventils wird dabei der Schließwinkel und der Hub des Gaswechselventils unter reproduzierbaren Füllbedingungen des Druckraums reproduzierbar durchgeführt. Zwischen den den Hub des Gaswechselventils vorgebenden Schließzyklen des Hydraulikventils können ein oder bevorzugt mehrere sogenannte Aktuationszyklen zur reproduzierbaren Befüllung des Druckraums vorgesehen werden. Die dabei häufige Beschaltung des Hydraulikventils führt zudem in vorteilhafter Weise insbesondere bei niedrigen Temperaturen zu einer schnellen Erwärmung des Hydraulikventils und der dieses betätigenden elektrischen Aktuatorik.
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Zur Erlangung der reproduzierbaren Wiederbefüllung des Druckraums dienen die zwischen zwei Schließzuständen eingestellten Öffnungszeiten beziehungsweise Öffnungswinkel. Hierbei hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen zwei geschlossenen Zuständen des bei von dem Nocken entlasteten und vom Nocken belasteten Hydraulikkolbens eine Öffnung des Hydraulikventils durch weitere Schließvorgänge des Hydraulikventils unterbrochen wird, so dass zwischen zwei Hüben des ersten Hydraulikkolbens jeweils eine weiterer Schließvorgang des Hydraulikventils erfolgt, wobei zwischen den Schließzeiten aller Schließvorgänge jeweils Öffnungszeiten von vorgebbarer Dauer gesteuert werden. Derartige Öffnungszeiten können zwischen den einzelnen Schließvorgängen jeweils von gleicher oder unterschiedlicher Dauer vorgesehen sein. Weiterhin kann eine Dauer der geschlossenen Zustände des Hydraulikventils zwischen den Hüben des ersten Hydraulikventils konstant eingestellt oder beispielsweise mit zunehmender Betriebsdauer der Brennkraftmaschine nach dem Startpunkt zunehmend verkürzt werden. Weiterhin können weitere zweckmäßige Änderungen der Dauer der geschlossenen Zustände vorgesehen werden. Nach Überschreiten eines von dem Startverhalten der Brennkraftmaschine abhängig gebildeten Grenzwerts können die Schließvorgänge des Hydraulikventils zwischen den Hüben des ersten Hydraulikkolbens ausgeschaltet werden. Der Grenzwert kann abhängig von Steuerdaten des Steuergeräts der Brennkraftmaschine, beispielsweise von der Motortemperatur, der Werte einer Lambda-Sonde, der seit dem Startvorgang vergangenen Zeit, der Anzahl der seit dem Start vergangenen Kurbelwellen- oder Nockenwellenumdrehungen, der Drehzahl dieser oder deren Gradienten und/oder dergleichen gebildet werden.
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Im Gegensatz zu einem über mehrere Ventilhübe andauenden Schließvorgang des Hydraulikventils während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine nach dem Stand der Technik kann mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ein in einer Nocke eines Auslassventils vorgesehenes Abgasrückführungsprofil abgesteuert, das heißt außer Kraft gesetzt werden. Hierbei wird der Schließvorgang während des Ventilhubs zeitlich verzögert, so dass bei einem wirksamen Schließwinkel des Abgasrückführungsprofils das Hydraulikventil zumindest noch teilweise geöffnet ist und der mit dem Abgasrückführungsprofil versehene Nocken lediglich einen von dem Abgasrückführungsprofil unabhängigen Hub auf das Gaswechselventil wie Auslassventil ausübt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann abhängig von einer abhängig von Betriebsparametern gebildeten Größe, beispielsweise mit zunehmender Betriebszeit nach dem Start der Brennkraftmaschine, der Betriebstemperatur, der Drehzahl und/oder dergleichen eine Schließdauer des Hydraulikventils während einer Beaufschlagung des ersten Hydraulikkolbens durch den Nocken eingestellt werden, so dass beispielsweise der Schließwinkel und der Hub des Gaswechselventils vergrößert oder Verringert werden. In gleicher Weise können die zwischen den Hüben des durch die Nockenwelle betätigten Gaswechselventils geschaltete Betätigungen des Hydraulikventils abhängig von dieser oder einer in ähnlicher Weise gebildeten Größe ein- und ausgeschaltet werden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Schnitt durch einen Ventiltrieb zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens,
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2 eine Sequenz des Verhaltens des Ventiltriebs über einen Kurbelwellenwinkel in einem startnahen Zeitfenster, und
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3 eine der Sequenz der 1 ähnliche Sequenz in einem späteren Zeitfenster der Startphase.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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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 und umfasst als wesentliche Bauteile einen Nocken 5 einer Nockenwelle 6, einen vom Nocken 5 hier mittels eines Tassenstößels 7 angetriebenen ersten Hydraulikkolben 8, einen das Gaswechselventil 3 in Form eines Einlass- oder Auslassventils in dessen Öffnungsrichtung antreibenden zweiten Hydraulikkolben 9, einen zwischen dem ersten Hydraulikkolben 8 und dem zweiten Hydraulikkolben 9 verlaufenden Druckraum 10 mit veränderlichem Volumen und einen Druckentlastungsraum 11, der mit dem Druckraum 10 über einen Steuerkanal 12 verbunden ist und einen federbelasteten Druckspeicher 13 umfasst. Das im Antriebssinn zwischen der Nockenwelle 6 und dem Gaswechselventil 3 angeordnete Hydrauliksystem ist an die Druckmittelversorgung 14 der Brennkraftmaschine 4, beispielsweise an deren Schmiermittelkreislauf angeschlossen.
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Im Steuerkanal 12 ist ein elektrisch angesteuertes Hydraulikventil 15 in der Bauart eines 2/2-Wege-Schaltventils angeordnet, das in dessen stromlos geöffneter Stellung einen Druckmittelfluss durch den Steuerkanal 12 zulässt und in dessen bestromt geschlossener Stellung sperrt. Die elektrische Ansteuerung des Hydraulikventils 15 in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 4 erfolgt über das elektronische Ansteuermittel 16 als integrierter Bestandteil des Motorsteuergeräts.
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Die an sich bekannte Funktionsweise der Ventilsteuerung 1 lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass das im Druckraum 10 befindliche Druckmittel als hydraulisches Gestänge wirkt, wobei die vom Nocken 5 vorgegebene Erhebung bei geschlossenem Hydraulikventil 15 auf das Gaswechselventil 3 übertragen wird und bei geöffnetem Hydraulikventil 15 teilweise oder ganz in den Druckentlastungsraum 11 abgesteuert wird. 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.
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Unter Bezug auf die Ventilsteuerung 1 der 1 werden die Sequenzen 20, 21 über den Kurbelwellenwinkel der 2 und 3 näher erläutert. Gezeigt sind jeweils etwas mehr als zwei einem Winkel von 720° entsprechende Umdrehungen der Kurbelwelle, so dass entsprechend dem Viertaktprinzip der Brennkraftmaschine 4 das als Auslassventil ausgebildete Gaswechselventil 3 einmal durch den auf der mit halber Drehzahl gegenüber der Kurbelwelle drehenden Nockenwelle 6 aufgenommene Nocken 5 betätigt wird, soweit das Hydrauliksystem diese vollständig oder teilweise durchsteuert. Die winkelabhängig vorgegebene Abwicklung des Nockens 5 ist in Form der Profillinien 22 vorgegeben. Der tatsächliche Hub des Gaswechselventils 3 ist in den Profillinien 23, 24 angegeben. Der Unterschied zwischen den Profillinien 23, 24 erfolgt durch entsprechende Steuerung des Hydraulikventils 15 mittels deren Anregungskurven 25, 26. In Sequenz 20 resultiert aufgrund des einer kürzeren Öffnungszeit entsprechenden kleineren Schließwinkels α1 ausgehend vom Schaltpunkt S des Hydraulikventils 15 ein kleiner Öffnungswinkel β1 mit dem Hub h1 gegenüber dem in Sequenz 21 größeren Schließwinkel α2, aus der ausgehend vom Schaltpunkt S des Hydraulikventils 15 ein größerer Öffnungswinkel β2 mit lediglich geringfügig erhöhtem Hub h2 resultiert, der durch den abklingenden Hub der Nocke 5 wesentlich bestimmt wird. Durch die Wahl des mittels des zu größeren Kurbelwellenwinkeln gegenüber der Profillinie 22 verlagerten Startpunkts SP vorgegebenen Schließwinkels des Hydraulikventils 15 wird die während eines Startvorgangs unerwünschte Wirkung des Abgasrückführungsprofils 27, welches in der Nocke 5 integriert oder als zusätzliche auf den Tassenstößel 7 wirkende Nocke ausgebildet sein kann, ausgeblendet wird. Die ab dem Schaltpunkt S zunehmende Versteifung des Druckraums 10 wird dabei erst maßgeblich wirksam, wenn das Abgasrückführungsprofil 27 überfahren ist.
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Die 2 zeigt die Sequenz 20 kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine 4 und die 3 einen kurze Zeit danach eingestellte Sequenz 21.
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Der Schaltpunkt S kann gegenüber dem gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise abhängig von der gewünschten Steuerung des Gaswechselventils 3, von der Intensität eines Pumpvorgangs des ersten Hydraulikkolbens 8 und dergleichen zu kleineren oder größeren Schließwinkeln verlagert werden. Hierbei werden zwischen jeweils aufeinander folgenden Profillinien 22 weitere mittels der Anregungskurven 28, 29 dargestellte Schließvorgänge des Hydraulikventils 15 durchgeführt, um den möglicherweise nicht reproduzierbar befüllten, zu einer nicht reproduzierbaren Betätigung des Gaswechselventils 3 führenden Druckraum 10 und den Druckentlastungsraum 11 in einen reproduzierbaren Zustand zu überführen. Hierzu wird mittels der Anregungskurven 28, 29 der Druckraum 10 verschlossen und anschließend wieder geöffnet. Hierbei führt die durch den Nocken 5 erzwungene Hubbewegung des Hydraulikkolbens 7 bei wieder abgeschaltetem, das heißt geöffnetem Hydraulikventil 15 auf den Druckraum 10 entleerend. Im über den Schließwinkel δ geschlossenen Zustand des Hydraulikventils 15 wird der Druckentlastungsraum 11 soweit nötig mit Druckmittel mittels der Druckmittelversorgung 14 unabhängig von den durch die Viskosität des Druckmittels beeinträchtigten Engstellen beispielsweise am Hydraulikventil 15 befüllt. Nach dem Öffnen des Hydraulikventils 15 wird bis zur nächsten Betätigung bei offenem Hydraulikventil 15 über den Öffnungswinkel γ der Druckraum 10 definiert befüllt. Auf diese Weise steht während der Einwirkung der Profillinien 22 der Nocke 5 ein reproduzierbar mit Druckmittel vollständig befüllter Druckraum 10 zur Verfügung, so dass durch entsprechende Steuerung des Hydraulikventils 15 mittels der Anregungskurven 25, 26 ein reproduzierbarer Hub des Gaswechselventils erzielt wird.
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Im Weiteren ist durch die häufige Betätigung des Hydraulikventils 15 insbesondere bei Startvorgängen der Brennkraftmaschine 4 bei niedrigen Temperaturen eine schnellere Erwärmung mit einer damit verbundenen verbesserten Funktion erzielbar. Weiterhin wird mittels der Anregungskurven 28, 29 jeweils vor einem für die Betätigung des Gaswechselventils 3 relevanten Öffnen des Hydraulikventils mittels der Anregungskurven 25, 26 das Hydraulikventil in einem nicht relevanten Bereich betätigt. Während dieser Betätigungen kann beispielsweise ein durch geringe Viskosität des Druckmittels schwer beweglicher und damit nicht reproduzierbar arbeitender Kolben des Hydraulikventils 15 freigefahren werden, so dass in der nachfolgenden Betätigung mittels der Anregungskurven 25, 26 eine zumindest verbesserte Reproduzierbarkeit erzielt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 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
- Profillinie
- 23
- Profillinie
- 24
- Profillinie
- 25
- Anregungskurve
- 26
- Anregungskurve
- 27
- Abgasrückführungsprofil
- 28
- Anregungskurve
- 29
- Anregungskurve
- S
- Schaltpunkt
- SP
- Startpunkt
- h1
- Hub
- h2
- Hub
- α1
- Schließwinkel
- α2
- Schließwinkel
- β1
- Öffnungswinkel
- β2
- Öffnungswinkel
- γ
- Öffnungswinkel
- δ
- Schließwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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