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Während bei
Kolbenbrennkraftmaschinen mit konventionell angesteuerten Gaswechselventilen und
einer Laststeuerung über
eine Drosselklappe die Steuerung der Luftmenge für die Leerlaufregelung über die
Drosselklappe vorgenommen werden kann, muß für Kolbenbrennkraftmaschinen
mit einer drosselfreien Laststeuerung, insbesondere bei Kolbenbrennkraftmaschinen
mit voll variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen, beispielsweise
mit elektromagnetischen Ventiltrieben versehenen Gaswechselventilen,
eine andere Methode für
die Leerlaufregelung gefunden werden.
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DE 197 373 C2 beschreibt
eine Regeleinrichtung für
eine Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors für Automobile, die eine elektromagnetische Betätigungseinheit
für ein
Einlassventil, einen Drehzahlsensor zum Messen des Istwertes der
Motordrehzahl, eine Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines
Sollwertes der Lehrlaufdrehzahl in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen
des Motors und eine Einrichtung zum Vergleichen von Soll- und Istwert
der Leerlaufdrehzahl aufweist, um eine Drehzahldifferenz zu ermitteln.
Weiterhin weist die Regeleinrichtung eine Ventilöffnungsdauer-Änderungseinrichtung auf, die
in Abhängigkeit
von der ermittelten Drehzahldifferenz die elektromagnetische Betätigungseinheit
steuert.
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EP 0234 853 B1 lehrt
eine Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung für einen Verbrennungsmotor,
die unter anderem aus einer Wellenanordnung besteht, die eine drehbare
Hohlwelle und eine in dieser drehbare Innenwellen umfasst. Eine
auf der Anordnung angebrachte Betätigungseinrichtung zum variablen
Betätigen
eines Motorventils und eine Einrichtung zur Relativbewegung der
Wellen zur Herbeiführung
von Verlagerungen der Betätigungseinrichtungen
für eine
Variierung der Ventilsteuerung werden von der Vorrichtung ebenfalls
umfasst.
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EP 0 724 067 A1 beschreibt
ein Regelsystem einer Verbrennungsmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern,
die jeweils je zumindest ein Einlassventil und zumindest ein Auslassventil
und eine Kurbelwelle aufweisen. Das Regelsystem hat eine elektromagnetische
Treibereinrichtung, die elektromagnetisch ein Öffnen und ein Schließen von
wenigstens einem Einlassventil und wenigstens einem Auslassventil verursacht.
Ein Kurbelwinkelsensor erzeugt immer dann ein Kurbelwinkelsignal,
wenn die Kurbelwelle durch einen vorgegebenen Winkel rotiert. Ein
Zylinderkolbensensor erzeugt ein zylinderunterscheidbares Signal,
welches indikativ für
einen vorgegebenen Kurbelwinkel eines speziellen Zylinders aus einer Vielzahl
von Zylindern ist. Ein Kolbenpositionssensor detektiert einen Betriebszustand
oder eine Position des Kolbens von jedem der Zylinder, gestützt auf dem
erzeugten Kurbelwinkelsignal und dem erzeugten zylinderunterscheidbaren
Signal. Eine CPU veranlasst die Öffnung
von zumindest einem Einlassventil und von zumindest einem Auslassventil,
basierend auf dem ermittelten Betriebszustand des Kolbens. Aufgabe
ist es eine Methode für
eine Leerlaufregelung zu finden.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
mit einem Verfahren zur Leerlaufregelung an einer Kolbenbrennkraftmaschine
mit Kraftstoffeinspritzung und mit über eine Motorsteuerung voll
variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen, bei dem im Leerlaufbetrieb
der jeweilige Zeitpunkt der Öffnung der
Gas-einlaßventile
der einzelnen Zylinder durch die Kurbelwellenstellung und der Zeitpunkt
der Schließung
der Gaseinlaßven-tile über die
Motorsteuerung durch Zeitablauf vorgegeben wird. Bei voll variabel
ansteuerbaren Gaswechselventilen, wie sie insbesondere bei Gaswechselventilen
mit elektromagnetischen Ventilantrieben vorliegen, können sehr niedrige
Leerlaufdrehzahlen eingestellt werden, die auch im Bereich unter
500 RPM liegen können.
Hierbei ist es aber wichtig, daß bei
einem Drehzahlabfall eine schnelle Reaktion der Motorsteuerung erfolgt, um
ein Absterben des Motors zu verhindern. Das erfindungsgemäße Verfahren
bietet eine besonders schnell reagierende Leerlaufregelung, wenn über die Motorsteuerung
die Ansteuerung im "Spätes-Einlaß-Schließen"-Betrieb (SES) erfolgt.
Bei dieser Betriebsweise ergibt sich bei einem Dreh zahlabfall eine automatische
Verschiebung des Schließzeitpunktes für das Gaseinlaßventil
im Verhältnis
zur Kurbelwellenstellung zu einem früheren Grad Kurbelwinkel, so daß sich eine
größere Luftmenge
und damit auch eine größere Gemischmenge
im Zylinder einstellt. Der Vorteil dieser Form der Leerlaufstabilisierung
ist seine spätest
mögliche
Reaktion auf einen Drehzahlabfall.
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In
einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen,
daß bei
einer Ansteuerung der Gaseinlaßventile
mit "Frühem Einlaß-Schließen (FES)
bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestdrehzahl über die
Motorsteuerung die Öffnungszeit
der Gaseinlaßventile
verlängert wird.
Auch bei deiner derartigen Ansteuerung kann somit schnell auf das
Erkennen eines Drehabfalls reagiert werden. Diese Verlängerung
der Ventilöffnungszeit
kann nun entweder durch ein Verschieben der Schließzeit oder
aber in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung durch ein nochmaliges Öffnen des Gaseinlaßventils
während
des Ansaugtaktes bewirkt werden.
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In
einer Abwandlung der Erfindung ist bei einem Drehzahlabfall unter
eine vorgegebene Mindestdrehzahl anstelle oder zusätzlich zur
Veränderung des
Ventilschließzeitpunktes
vorgesehen, zur Anfettung des Gemisches die Kraftstoffeinspritzzeit
entsprechend zu verändern
und damit die zuzuführende Kraftstoffmenge
anzupassen. Dies kann entweder dadurch erfolgen, daß die Kraftstoffeinspritzzeit
verlängert,
also mehr Kraftstoff zugeführt
wird oder dadurch bewirkt werden, daß der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung
so verschoben wird, daß er
auf das sich schließende
Einlaßventil
erfolgt und so eine "automatische" Anfettung erzielt
wird, die zusätzlich
hilft, den Drehzahlabfall wieder auszugleichen. Bei der zuletzt
genannten Verfahrensweise muß jedoch
die Einspritzmenge für
den folgenden Arbeitszyklus des betreffenden Zylinders wieder erhöht werden,
um den an den vorhergehenden Arbeitszyklus "abgegebenen" Kraftstoffanteil wieder zu kompensieren.
Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß früher einge spritzt wird. In beiden
Fällen
wird eine durch die eingeführte
Luft Mehrmenge bedingte Abmagerung vermieden.
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Bei
einer Einstellung der Motorsteuerung auf die Betriebsweise "Frühes Einlaß-Schließen" kann bei Erkennen
eines Drehzahlabfalls in der Motorsteuerung auch auf die Betriebsweise "Spätes Einlaß-Schließen" umgeschaltet werden,
so daß sich
die eingangs beschriebene "automatische" Leerlaufstabilisierung
ergibt.
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Die
Erfindung wird anhand von Diagrammen näher erläutert. Es zeigen:
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1 für die Betriebsweise "Spätes Einlaß-Schließen" die Zuordnung von
Ventilöffnungszeit zur
Kurbelwellenstellung für
konstante Leerlaufdrehzahl,
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2 für die Betriebsweise
gemäß 1 die Zuordnung
von Ventilöffnungszeit
zur Kurbelwellenstellung bei Drehzahlabfall,
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3 für die Betriebsweise "Frühes Einlaß-Schließen" die Zuordnung der
Ventilöffnungszeit zur
Kurbelwellenstellung bei konstanter Leerlaufdrehzahl,
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4 für die Betriebsweise
gemäß 3 die Zuordnung
der Ventilöffnungszeit
zur Kurbelwellenstellung bei einem Drehzahlabfall.
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In 1 ist
der Hubverlauf eines Gaseinlaßventils über der
Zeitachse eingezeichnet. Die Verhältnisse sind zur Verdeutlichung
etwas vergröbert dargestellt.
Der Zeitachse zugeordnet ist als zweite Ordinatenachse die Kurbelwellenstellung
in Grad Kurbelwinkel. Die Öffnungsbewegung
des Gaseinlaßventils wird über die
Motorsteuerung kurbelwinkelabhängig
eingeleitet, beispielsweise bei Erreichen des oberen Totpunktes
des Kolbens in dem betreffenden Zylinder. Auf der Millisekunden
bemessenen Zeitachse ist dieser Zeitpunkt mit 0ms gekennzeichnet.
Bei einem über
einen elektromagnetischen Aktuator angesteuerten Gaseinlaßventil
ergibt sich beispielsweise bei einer niedrigen Drehzahl von 600 RPM
für den
Ventilhub X ein relativ steiler Anstieg, wobei nach etwa 3ms der
volle Öffnungsquerschnitt zur
Verfügung
steht.
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Während normalerweise über die
Motorsteuerung weiterhin der Schließzeitpunkt kurbelwinkelabhängig festgelegt
wird, wird entsprechend dem hier durchgeführten Verfahren in der Motorsteuerung
auf ein zeitabhängiges
Schließen
umgeschaltet. Etwa 40ms nach dem Einleiten des Öffnungsvorgangs wird der Schließvorgang
eingeleitet.
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Verknüpft man
nun die darunter angegebene in Grad Kurbelwinkel eingeteilte zweite
Ordinatenachse, dann ergeben sich bei konstanter Drehzahl äquidistante
Sektoren für
die Grad Kurbelwinkel im Verhältnis
zur Zeitachse. Damit ergibt sich bei der Abwärtsbewegung des Kolbens eine
Ansaugphase vom oberen Totpunkt (OT) bis zum unteren Totpunkt (UTH),
die einem Zeitabschnitt von etwa 25ms nach Einlaßöffnung entspricht. Da nun unabhängig von
der Kurbelwellenstellung das Gaseinlaßventil über den unteren Totpunkt (UTH)
hinaus offengehalten wird, schiebt der Kolben in seiner Aufwärtsbewegung
das zuviel angesaugte Gemisch in den Einlaß zurück, beispielsweise bis etwa
60 Grad Kurbelwinkel nach UTH.
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Ergibt
sich im Leerlaufbetrieb nunmehr ein Drehzahlabfall, dann verändert sich – wie 2 zeigt – bei ansonsten
gleichen Bedingungen für
den Öffnungszeitraum
des Gaseinlaßventils
eine Verschiebung, d. h. eine Verlängerung der während der Öffnungszeit
durchlaufenen Kurbelwinkelsektoren. Hierbei betragen beispielsweise
in den ersten 30 Grad Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt die
Drehzahlen noch 600 RPM. Aufgrund des danach erfolgenden Drehzahlabfalls
sind die an schließenden Kurbelwinkelsektoren
allerdings gegenüber
der Zeitachse gedehnt. Es wird aber weiterhin bis zum Durchlaufen
des unteren Totpunktes (UTH) Gemisch angesaugt und auch danach Gemisch
in den Einlaß wieder
ausgeschoben. Aufgrund der niedrigeren Drehzahl wird der untere
Totpunkt (UTH) später,
beispielsweise erst nach etwa 28ms erreicht. Da aber die Motorsteuerung – wie bei 1 – das Gaseinlaßventil
jedoch offenhalten wird, ist beim Schließen des Einlaßventils
erst eine Kurbelwinkelstellung von etwa 35 Grad Kurbelwinkel nach
dem unteren Totpunkt erreicht, so daß der Kolben zwar den unteren
Totpunkt durchlaufen hat, aber in der verbleibenden Öffnungszeit
nur noch wenig Gemisch in den Einlaß ausschieben konnte. Hierdurch
ergibt sich gegenüber
einer vom Kurbelwinkel abhängigen
Steuerung eine deutlich größere Menge
Frischgemisch, die im Brennraum verbleibt, so daß nach dem Schließen des
Gaseinlaßventils
im anschließenden
Arbeitstakt trotz Drehzahlabfall eine ausreichende Leistungszufuhr an
die Kurbelwelle erfolgt und diese wieder beschleunigt wird und so
der Drehzahlabfall ausgeglichen werden kann.
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Bei
einer durch die Motorsteuerung vorgegebenen Betriebsweise "Spätes-Einlaß-Schließen" kann es zweckmäßig sein,
nicht sofort an das über die
in Abhängikeit
von der Kurbelwinkelstellung erfolgende Öffnung des Gaseinlaßventils
auf eine Zeitsteuerung umzuschalten, sondern dies bei einem späteren Zeitpunkt
bzw. bei einer späteren
Kurbelwinkelstellung vorzunehmen.
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3 zeigt
in gleicher Weise die Verhältnisse
für eine
Betriebsweise "Frühes Einlaß-Schließen". Die Hubkurve zeigt
den Verlauf des Ventilhubes des Gaseinlaßventils bei konstanter Leerlaufdrehzahl. Das
Gaseinlaßventil
wird hierbei beispielsweise geöffnet,
wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat und kurze Zeit
später,
beispielsweise 45 Grad Kurbelwinkel nach dem Totpunkt, wieder geschlossen.
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Erfolgt
nun ein Drehzahlabfall, würde
zwar zeitlich die Öffnungszeit
bei einer Steuerung in Abhängigkeit
von Grad Kur belwinkel entsprechend verlängert, da jedoch das Ventil
bei der gleichen Position des Kolbens schließt, ergibt sich keine Erhöhung des Füllgrades
und somit keine Erhöhung
der Leistung. Daher muß der Öffnungszeitraum
für das
Gaseinlaßventil über einen
großen
Kurbelwinkelsektor verlängert
werden und das Gaseinlaßventil
zu einem späteren
Zeitpunkt geschlossen werden, so daß mehr Luft in den Brennraum
gelangen kann.
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Da
die Kraftstoffmenge in bezug auf die ursprünglich vorgesehene Luftmenge
entsprechend durch Einspritzen zugemessen wurde, würde durch die
Verlängerung
des Öffnungszeitraums
eine Abmagerung des Gemisches erfolgen, die der gewünschten
Erhöhung
des Drehmoments entgegensteht. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, die
Einspritzphase so zu verlegen, daß das Einspritzen des Kraftstoffs
in das sich schließende
Einlaßventil
erfolgt. Damit wird jede Verlegung des Schließzeitpunkts in Richtung "spät" automatisch zur
Folge haben, daß eine überproportional
höhere
Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Eine derartige Anfettung kann
dann zusätzlich dazu
dienen, das auf die Kurbelwelle wirkende Drehmoment zu vergrößern. Gegebenenfalls
wird dadurch auch der Ursache des Drehzahlabfalls entgegengewirkt,
die gerade bei einem kalten Motor in einem schlecht brennfähigen Gemisch
liegen kann. Es ist aber auch möglich,
statt einer Verschiebung der Einspritzphase oder einer Veränderung
der Öffnungszeit
des Gaseinlaßventils
in Folge eines erkannten Drehzahlabfalls entsprechend zusätzlich Kraftstoff
einzuspritzen, um so dem Drehzahlabfall durch Anfettung des Gemisches
entgegen zu wirken.
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Statt
einer Verlängerung
der Öffnungszeit der
Gaseinlaßventile,
kann die Ansteuerung bei voll variabel ansteuerbaren Gaswechselventilen
auch in der Weise erfolgen, daß nach
dem programmgemäß vorgesehenen "frühen" Schließen das
Gaseinlaßventil
noch einmal im Ansaugtakt kurz geöffnet wird, um hier eine zusätzliche
Luft- und/oder Frischgemischmenge in den Zylinder einzusaugen.
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Die
vorstehend beschriebene Verfahrensweise kann bei Kolbenbrennkraftmaschinen
mit einem oder auch mit mehreren Gaseinlaßventilen angewendet werden,
wobei entweder beide Gaseinlaßventile
synchron entsprechend dem vorbeschriebenen Verfahren angesteuert
werden, oder aber ein Gaseinlaßventil
vollständig
geschlossen bleibt und nur das andere Gaseinlaßventil arbeitet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird bevorzugt bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit elektromagnetisch
betätigbaren
Gaswechselventilen angewendet. Der Einsatz ist aber auch möglich bei
anderen Verfahren zur voll variablen Betätigung von Gaswechselventilen,
beispielsweise bei hydraulischen Betätigungsverfahren.