DE69218971T2

DE69218971T2 - Hydraulische Ventilsteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69218971T2
Application number: DE69218971T
Authority: DE
Inventors: Michael Moses Schechter
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1991-06-24
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2012-06-05
Also published as: EP0647770B1; EP0647770A2; EP0520633B1; DE69212730T2; EP0520633A3; DE69218971D1; EP0647770A3; DE69212730D1; EP0520633A2

Description

Diese Erfindung betrifft Systeme zur verstellbaren Steuerung der Einlaß- und Auslaßventile eines Verbrennungsmotors. Genauer betrifft sie Motorventilsysteme jener Art, in der der hydraulische Druck eines unter Druck stehenden Fluidums durch die Wirkung von Magnetventilen zur Steuerung der Bewegung der Motorventile verwendet wird.
Die Verbesserung der Motorleistung, die durch die Fähigkeit zur Veränderung der Beschleunigung, Geschwindigkeit und Hubzeit der Ein- und Auslaßventile in einem Motor erreicht werden kann, ist im Fachgebiet wohlbekannt und geschätzt. Dennoch ist die Technologie zur Bereitstellung eines unkomplizierten, relativ billigen und sehr zuverlässigen Systems noch nicht verfügbar. Steigende Verwendung und Verläßlichkeit von mikroelektronischen Steuersystemen für Kraftfahrzeuge und wachsendes Vertrauen in hydraulische Systeme im Gegensatz zu mechanischen ermöglichen nun einen wesentlichen Fortschritt. Im Gebiet der Einlaß- und Auslaßmotorventile beruhte die bisherige Entwicklung weitgehend auf komplizierten mechanischen Systemen, wie mechanisch veränderlicher Phasenverschiebung und anderen Aspekten der Ventilsynchronisation. Es wurde auch die vermehrte Verwendung von Mehrventilmotoren gefördert.
Die Verwendung oder der Einsatz von hydraulisch gesteuerten Motorventilen schritt ziemlich langsam voran. Beispiele bekannter Systeme umfassen die in den US- Patenten Nr. 2,915,052; 3,240,191; 3,361,121; 3,534,718; 3,926,159; 3,963,006 und 4,200,067 wiedergegebenen. In manchen Fällen, wie etwa in US-Patent Nr. 3,361,121 gezeigt, wird das Tellerventil durch eine mechanische Schraubenfeder in geschlossener Stellung gehalten, wobei jedoch ein hydraulisches Stellglied verwendet wird, um das Ventil in der geöffneten Stellung vorzuspannen Einige der vorstehend erwähnten Patente offenbaren auch die Verwendung eines rotierenden Verteilerventils, um die Öffnungen der hydraulischen Stellglieder abwechselnd mit einer Quelle unter Druck stehenden Fluidums zu verbinden, wie in den US-Patenten Nr. 2,915,052 und 4,200,067 gezeigt. In gewissen der vorstehend erwähnten Patente ist auch wiedergegeben, daß das Hydraulikfluidumsystem sowohl zum Öffnen als auch zum Schließen des Motorventils verwendet wird, wobei diese Eigenschaft in den US-Patenten Nr. 2,915,052 und 3,963,006 gezeigt ist.
Dennoch stellt keines der vorstehend erwähnten Systeme ein verstellbares Steuersystem für Motorventile bereit, das die Einfachheit, Zuverlässigkeit, Flexibilität und Wirksamkeit bietet, die für den Einsatz in den Hochleistungsmotoren aus Großproduktion, die heute hergestellt werden, und in denen, die in der nahen Zukunft benötigt werden, erforderlich sind.
Die Anmelder haben früher in EP-A-420 443 ein Steuersystem für Motorventile eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, in dem der Ventilhub gesteuert wird, indem Synchronisation und Dauer von elektrischen Signalen verändert werden, die an einzeln zugeordnete Steuervorrichtungen für die Motorventile gesendet werden, wobei das System einen Regler umfaßt, der so programmiert ist, daß er veränderliche elektrische Steuersignale an diese Motorventilsteuervorrichtung sendet, um eine Signaldauer zu erzeugen, die durch den Regler in Abhängigkeit von Motorbetriebszuständen festgelegt wurde und die für alle Motoreinlaßventile gleich ist und für alle Motorauslaßventile gleich ist.
EP-A-264 706 erkennt das Problem, daß Schwankungen bei den Betriebsverzögerungen der Magnetventile bestehen können, und schlägt das Ausgleichen solcher Schwankungen vor.
Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem für Motorventile eines Kraftfahrzeuges bereitgestellt, wie es hierauffolgend in Anspruch 1 der beigefügten Patentansprüche beschrieben ist.
Die Steuervorrichtung für Motorventile kann vorteilhaft ein hydraulisches System sein, wie es unten beschrieben wird und wie es in dem gleichzeitig angemeldeten Patent EP-A-520 633 beschrieben ist. In diesem System können Quellen von Hoch- und Niederdruck durch magnetisch betätigte Ventile mit einem doppeltwirkenden Kolben verbunden werden, der das Öffnen und Schließen jedes Motorventils veranlaßt. Das selektive Ein- und Ausschalten der Regelvorrichtung bewirkt ein Einströmen unter Druck stehenden Fluidums in einen Raum am einen Ende dieses Kolbens und ein Ausströmen von Fluidum vom Raum am anderen Ende des Kolbens, wobei dieser Vorgang zu einer Veränderung im Gleichgewicht der Kräfte führt, die auf den Kolben wirken, und eine kontrollierte Bewegung des Ventils von einer festen Stellung in eine andere bewirkt.
Die Erfindung wird nun auf dem Weg eines Beispiels genauer beschrieben werden, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, von denen:
Abbildung 1 eine schematische Übersicht ist, die ein einzelnes, hydraulisch betätigtes Motorventil sowie das gesamte Hydrauliksystem zur Zufuhr von Fluidum zur Ventilsteuervorrichtung im Einklang mit der Erfindung zeigt;
die Abbildungen 2a, 2b und 2c Aufrisse sind, die ein einzelnes Motorventil und die zugeordnete Ventilsteuervorrichtung zeigen, wobei das Ventil in drei verschiedenen Stadien des Vorgangs der vollständigen Öffnung wiedergegeben ist;
die Abbildungen 3a, 3b und 3c Aufrisse sind, die ein einzelnes Motorventil und die zugeordnete Ventilsteuervorrichtung zeigen, wobei das Ventil in drei verschiedenen Stadien des Vorgangs der vollständigen Schließung gezeigt ist;
Abbildung 4 eine schematische Übersicht eines herkömmlichen nockenbetriebenen, hydraulischen Motorventilsteuersystems mit Hubverlust ist;
Abbildung 5 ein zusammengesetzter Graph ist, der die Öffnungskennlinie eines einzelnen Magnetventils als Magnetventilhub, Strom und Spannung als Funktion der Zeit zeigt;
Abbildung 6 eine schematische Übersicht noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, worin jedes in den oben erwähnten Systemen verwendete Magnetventil kalibriert werden kann, um die Anpassung des Eingangsstromes zum Magnetventil zu ermöglichen und einen identischen Ventilhub für alle verstellbar hydraulisch gesteuerten Ventile in einem System im Einklang mit der vorliegenden Erfindung, soweit es mit unterschiedlichen Magnetventilen ausgerüstet ist, zu erzeugen; und
Abbildung 7 eine schematische Übersicht eines Steuersystems ist, das eine Vielzahl von kalibrierten Magnetventilen verwendet und das im Einklang mit der vorliegenden Erfindung die Ventilöffnungskennlinie in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors anpaßt.
Ein System, das eine verstellbare Steuerung der Synchronisation, des Hubes und der Geschwindigkeit von Motorventilen bereitstellt, ist in Abbildung 1 gezeigt. Das System nutzt die elastischen Eigenschaften eines komprimierten Hydraulikfluidums, das, indem es als Flüssigkeitsfeder wirkt, das Ventil während seiner Öffnungs- und Schließbewegungen beschleunigt und abbremst. Während der Beschleunigung wird ein Teil der potentiellen Energie des Fluidums in kinetische Energie des Ventils verwandelt. Während des Abbremsens wird die Energie der Ventilbewegung an das Fluidum zurückgegeben. Abgesehen von Leckverlusten bleibt der größte Teil der Energie des Fluidums erhalten.
In Abbildung 1 befindet sich ein Motorventil 10 innerhalb eines Zylinderkopfes 12, der, dem jeweiligen Fall entsprechend, eine Öffnung 14 für Einlaßluft oder Abgas umfaßt. Ventil 10 umfaßt einen Ventilkopf 16 und einen Schaftbereich 18. Der Ventilschaftbereich 18 umfaßt eine Reihe konzentrischer, zylinderförmiger Abschnitte 20, 22, 24 und 26 mit unterschiedlichem Außendurchmesser. Die Abschnitte 20 und 24 führen das Ventil beim Schwingen innerhalb der Führungsbohrung 28. Abschnitt 26 stellt einen Ventilkolben dar, der innerhalb der Begrenzungen der Kolbenkammer 30 gleiten kann, die konzentrisch zur Führungsbohrung 28 ist und auch einen Teil des Zylinderkopfes darstellt.
Das Fluidum wird dem Kolben 26 wahlweise aus einer Hochdruckleitung 40 und einer Niederdruckleitung 42 zugeführt, die über die Leitungen 44 bzw. 46 mit einer Hochdrucköffnung 48 bzw. einer Niederdrucköffnung 50 hydraulisch verbunden sind.
Hydrauliksysteme, die den notwendigen Fluidumdruck in den Hoch- und Niederdruckleitungen aufrechterhalten, können auf eine Vielzahl von Arten eingerichtet werden. Eine Verstellpumpe 52 wird zwischen einem Reservoir 54 und der Hochdruckleitung eingefügt. Da das Fluidum in der Hochdruckleitung nur der Ausdehnung und Kompression ausgesetzt ist, beschränkt sich die Pumpleistung der Pumpe im wesentlichen auf die Arbeit, die zum Ausgleich der internen Leckverluste wegen Spiels notwendig ist. Die Verstellpumpe 52 kann automatisch gesteuert werden, wobei ein Drucksensor 56 ein Druckrückkopplungssignal an den Pumpenregler 58 erzeugt, falls der Druck in der Hochdruckleitung unter einen vorgegebenen Minimalwert fällt, der bei jeder bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit oder bei jedem anderen Motorbetriebszustand erforderlich ist. Dies verändert dann die Verdrängung der Pumpe, damit der benötigte Druck in der Hochdruckleitung aufrechterhalten bleibt. Das Fluidum in der Niederdruckleitung 42 wird mit Hilfe der Druckpumpe 60, die Fluidum aus dem Reservoir 54 zuführt, und einem Druckregler 62 auf einem fest eingestellten Niederdruck gehalten.
Das Volumen oberhalb von Kolben 26 kann über ein Magnetventil 64 oder ein Rückschlagventil 66 mit der Hochdruckleitung verbunden sein, oder es kann über ein Magnetventil 68 oder ein Rückschlagventil 70 mit der Niederdruckleitung verbunden sein. Das Volumen unterhalb von Kolben 26 ist stets mit der Hochdruckleitung verbunden. Die Fluidumrückführleitung 72 vervollständigt das System und stellt eine Vorrichtung bereit, um zum Reservoir 54 all das Fluidum zurückzuführen, das an irgendeinem Ende hinter dem Kolben 26 in die Kammer, die zwischen der Führungsbohrung 28 und dem Abschnitt mit verringertem Durchmesser 22 des Ventils gebildet wird, austritt.
Der Vorgang des Öffnens und Schließens eines einzelnen Ventils 10 ist in den Abbildungen 2a-2c und 3a-3c veranschaulicht. Die Pfeile zeigen die Richtung des Fluidumstromes bzw. der Ventilbewegung an.
Während des Öffnungsvorgangs des Motorventils öffnet sich das Magnetventil 64, und die resultierende Druckkraft, die auf den Kolben 26 wirkt, beschleunigt das Motorventil nach unten (Abbildung 2a). Schließt das Magnetventil 64, 50 fällt der Druck oberhalb des Kolbens 26 ab und der Kolben wird gebremst, wobei er das Fluidum aus dem Volumen darunter zurück in die Hochdruckleitung drückt (Abbildung 2b). Das durch das Rückschlagventil 70 strömende Niederdruckfluidum verhindert die Ausbildung eines nicht gefüllten Raumes in dem Volumen oberhalb des Kolbens 26 während des Abbremsens. Wenn die Abwärtsbewegung des Ventils endet, schließt das Niederdruckrückschlagventil 70 und das Motorventil bleibt in seiner geöffneten Stellung arretiert (Abbildung 2c).
Der Vorgang des Schließens des Motorventils ist vom Prinzip her dem der Ventilöffnung ähnlich. Das Magnetventil 68 öffnet sich, der Druck oberhalb des Kolbens 26 fällt ab und die resultierende Druckkraft beschleunigt das Ventil nach oben (Abbildung 3a). Dann schließt das Magnetventil 68 und der steigende Druck oberhalb des Kolbens 26 öffnet das Hochdruckrückschlagventil 66 (Abbildung 3b). Die Richtung der resultierenden Druckkraft wird umgekehrt und das Motorventil abgebremst, wobei es das Fluidum aus dem Volumen oberhalb des Kolbens 26 zurück in die Hochdruckleitung drückt. Hat das Motorventil seine kinetische Energie verausgabt, so schließt das Hochdruckrückschlagventil 66 und das Motorventil bleibt in seiner geschlossenen Stellung arretiert (Abbildung 3c). Ein kurzes erneutes Öffnen des Magnetventils 68 stellt sicher, daß das Motorventil fest gegen seinen Sitz gedrückt wird.
Das Verändern der Aktivierungszeit der zwei Magnetventile verändert die Synchronisation des Öffnens und Schließens der Motorventile. Der Ventilhub kann durch Verändern der Dauer des Magnetventilspannungspulses geregelt werden. Die Veränderung des Fluidumdrucks in der Hochdruckleitung gestattet die Regelung der Beschleunigung, der Geschwindigkeit und des Hubs des Ventils. All dies ermöglicht eine wesentlich größere Flexibilität bei der Steuerung des Motorventilbetriebs als dies bei herkömmlichen, nockenbetriebenen Ventilzügen möglich ist; eine Flexibilität, die der Fähigkeit entspricht, die Größe und Form des Nockens bei laufendem Motor zu verändern.
Regelung der Ventilbewegung mit Hilfe magnetischer Regelventile wird auch in verstellbaren Ventilsystemen eingesetzt, die als Systeme mit Hubverlust bekannt sind. Ein Beispiel eines Ventilregelsystems mit Hubverlust ist als Schaubild in Abbildung 4 gezeigt. Es ist ein wohlbekanntes System und bildet als solches keinen Teil dieser Erfindung.
Ein Nocken 300 treibt einen Nockenkolben 302. Die Bewegung des Kolbens 302 wird über Fluidum, das eine Leitung 304 füllt, an einen Ventilkolben 306 übertragen, der das Ventil 308 antreibt. Aus dem System austretendes Fluidum wird aus einer Versorgungsleitung 310 über ein Rückschlagventil 312 wieder aufgefüllt. Solange das Magnetventil 314 geschlossen bleibt, wird die Bewegung des Ventils 308 durch das Profil des Nockens 300 bestimmt. Das Öffnen des Magnetventils 314 gestattet einem Teil des Fluidums, aus der Leitung 304 in die Versorgungsleitung 310 zu treten. Dies führt dazu, daß sich die Bewegung des Ventils 306 von jener unterscheiden wird, die vom Profil des Nockens 300 diktiert wird. Durch Veränderung der Synchronisation und Dauer des Magnetventilspannungspulses können verschiedene Formen der Kurve von Ventilhub gegen die Zeit erreicht werden.
Einer der wichtigsten Vorteile der verstellbaren Ventilsteuerung ist die Fähigkeit, die den Motorzylindern zugeführte Luftmenge zu steuern, indem anstelle der Drosselung des Luftstromes der Ventilbetrieb gesteuert wird. Dies ermöglicht die Beseitigung eines wesentlichen Teiles der Motordrosselverluste und eine Verbesserung der Kraftstoffausnutzung. Zusätzlich zur verbesserten Kraftstoffausnutzung kann eine geschickte Ausnutzung der verstellbaren Ventilsteuerung zu Verbesserungen hinsichtlich der Verbrennungsstabilität, der Höchstleistung und der Abgasemissionen führen. Es ist jedoch wichtig, eine ungleiche Verteilung der Einlaßluft unter den Zylindern zu verhindern. In Motoren mit Vergasern oder mit zentraler Kraftstoffeinspritzung würde eine ungleiche Verteilung der Einlaßluft dazu führen, daß die einzelnen Zylinder unterschiedliche Leistung entwickeln würden. In Motoren mit Mehrpunktkraftstoffeinspritzung oder mit Direkteinspritzung in die Zylinder würde eine ungleiche Verteilung der Einlaßluft zu Unterschieden beim Luft/Kraftstoffverhältnis zwischen den Zylindern führen. Solche Mängel können die Vorteile der verstellbaren Ventilsteuerung zunichte machen.
Die in einen Motorzylinder eingeführte Luftmenge hängt vom Hub und der Öffnungsdauer des Einlaßventiles des Motors ab. Um eine gleichmäßige Verteilung der Luft sicherzustellen, ist es daher unerläßlich, daß Ventilhub und Öffnungsdauer in allen Zylindern gleich sind. Da die Bewegung der Ventile durch Magnetventile gesteuert wird, kommt dies der Anforderung gleich, daß alle Magnetventile im System bei gleichem Signal identische Ergebnisse hinsichtlich der Ventilbewegung erzeugen. Die Genauigkeit der Luftverteilung zwischen den Zylindern wird auch durch die Genauigkeit der Regelung der Auslaßventilbewegung beeinflußt. Daher sollten bei verstellbaren Ventilsteuerungssystemen, die sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßventile steuern, gleiche Anforderungen an beide Ventilarten gestellt werden.
Bezug nehmend auf Abbildung 5, ist der Parameter des normalerweise geschlossenen Magnetventils, der die Bewegung des Motorventils bestimmt, die Öffnungsdauer des Magnetventils t. In Systemen, bei denen normalerweise geöffnete Magnetventile eingesetzt werden, wäre sie gleich der Schließdauer. Sie ist eine Funktion der Dauer ts des Magnetventilspannungspulses, unterscheidet sich von letzterer aber durch die Aktivierungs- und Deaktivierungsverzögerungen La bzw. td des Magnetventils. Dies ist in Abbildung 5 veranschaulicht, die einen Graph des Magnetventilspannungspulses gegen die Zeit und die entsprechenden Graphen des Magnetventilstromes und der Ventilbewegung gegen die Zeit zeigt. Die Aktivierungs- und Deaktivierungsverzögerungen können wegen der Unterschiede, die mit den unvermeidlichen Herstellungstoleranzen verbunden sind, von Magnetventil zu Magnetventil variieren. Dies führt dazu, daß unterschiedliche Magnetventile, die dasselbe Steuerspannungssignal empfangen, unterschiedliche Öffnungsdauern des Magnetventils aufweisen können und folglich unterschiedliche Wirkungen auf die Bewegung der Motorventile haben.
Um sicherzustellen, daß die Motorventilbewegung aller gemeinsamen Ventile (Einlaß oder Auslaß) in allen Zylindern identisch ist, muß die Öffnungsdauer der Magnetventile in allen Zylindern dieselbe sein. Dies wird erreicht, indem die Dauer des zu jedem einzelnen Magnetventil gesandten Spannungspulses so verändert wird, daß dadurch Schwankungen bei den Aktivierungs- und Deaktivierungsverzögerungen ausgeglichen werden. Das notwendige Korrektursignal für die Steuerpulsdauer kann experimentell während des Testens der Magnetventile bestimmt werden und auf einer Marke, die an dem Magnetventil angebracht wird, verschlüsselt werden. Später kann die Information auf der Marke gelesen und vom elektronischen Motorsteuersystem verwendet werden.
Eine herkömmliche Kalibriervorrichtung (die keinen Teil dieser Erfindung darstellt) kann verwendet werden, um die Korrektur zu bestimmen, die für die einzelnen Magnetventile benötigt wird. Die Vorrichtung ist zur Kalibrierung von Hochdruckmagnetventilen für ein System, wie es in den Abbildungen 1-3 veranschaulicht wurde, vorgesehen. Die Kalibriervorrichtung würde dann mit der Hochdruck- und der Niederdruckquelle verbunden werden. Die Vorrichtung müßte zwei Magnetventile umfassen. Eines der beiden Magnetventile wäre ein ständiger Bestandteil der Vorrichtung und würde eine geprüfte Standardkennlinie aufweisen.
Das andere Magnetventil, z.B. das in Abbildung 1 gezeigte Magnetventil 64, wäre dasjenige, das dem Test unterworfen wäre.
Während des Tests werden beide Magnetventile in der Kalibriervorrichtung durch Spannungssignale vorgegebener Dauer und mit einer gewissen Frequenz aktiviert, und der Hub eines Motorventils, das einen Bestandteil der Kalibriervorrichtung bildet und vorzugsweise mit dem Motorventil 10 identisch ist, wird durch einen Sensor gemessen. Unterscheidet sich der gemessene Hub von dem erwarteten Standardhub, so wird die Dauer des Pulses, der an das zu kalibrierende Magnetventil 64 angelegt wird, solange verändert, bis der Hub des Motorventils dem benötigten Hub entspricht. Der endgültige inkrementale Wert der Pulsdauer, der der anfänglichen vorgegebenen Dauer hinzugefügt oder von ihr abgezogen werden muß, kann als Korrekturzahl des Magnetventils bezeichnet werden. Verschiedene Magnetventile können unterschiedliche Korrekturzahlen aufweisen, doch wichtig ist, daß sie alle den gleichen Ventilhub erzeugen, wenn irgendeines von ihnen durch einen Spannungspuls aktiviert wird, der aus der Standardpulsdauer besteht, die um die individuelle Korrekturzahl vergrößert oder verringert wurde. Da die Korrekturzahl die Unterschiede zwischen den Magnetventilen hinsichtlich der Aktivierungs- und Deaktivierungsverzögerungen ausgleicht, die sich bei Änderung der Pulsdauer oder Pulsfrequenz nicht verändern, bleibt die unter einem Satz von Bedingungen ermittelte Korrektur für jede Pulsdauer und -frequenz gültig.
Abbildung 6 zeigt ein Schaubild eines Magnetventilkalibriersystems, das die oben beschriebene Kalibriervorrichtung umfaßt und zumindest jedes Hochdruckmagnetventil 64 einzeln kalibriert, das in dem verstellbaren Motorventilsteuerungssystem dieser Erfindung verwendet werden soll. Die Kalibriervorrichtung 400 wird durch einen elektronischen Regler 402 betrieben und geregelt, der so programmiert ist, daß er einen anfänglichen Standardpuls zur Regelung des Magnetventils aussendet, das Ventilhubsignal empfängt und interpretiert und die Dauer des Regelsignals solange verändert, bis der benötigte Ventilhub erreicht ist. Ist dies erfolgt, so aktiviert der Regler einen Drucker 404, der eine Marke 406 druckt und ausgibt, auf der die Korrekturzahl des Magnetventils in Form eines binären Strichcodes ausgedrückt ist. Die Marke 406 kann auf dem Magnetventil aufgeklebt oder anderswie angebracht werden. Sind alle Magnetventile 64 im Motor eingebaut, so werden ihre Marken entfernt und wie nachstehend beschrieben auf ein drehbares Bauteil aufgeklebt oder auf andere Art angebracht; letzteres dreht sich während des Motorbetriebs mit der halben Kurbelwellendrehzahl (im Falle eines Zweitaktmotors wäre dies gleich der Kurbelwellendrehzahl). Die Position jeder Marke auf dem rotierenden Bauteil hängt davon ab, an welchem Zylinder deren Magnetventil angebracht ist.
Wie in Form eines Diagramms in Abbildung 7 gezeigt ist, wird ein Sensor in der Nähe eines rotierenden Bauteils 502 angebracht, und dieser liest den Strichcode auf jeder Marke 406, während sie an dem Sensor vorbeiläuft, und sendet diese Information an das elektronische Motorsteuersystem 504. Die Relativposition aller Marken 406 auf dem rotierenden Bauteil ist so, daß das Motorsteuersystem nacheinander die auf einer Marke verschlüsselte Information empfängt, direkt bevor deren Magnetventil betätigt werden soll. Die Dauer des Basissteuersignals, die für alle Magnetventile berechnet wurde, die alle Motoreinlaßventile (oder -auslaßventile) steuern, wird von dem Steuersystem als Funktion der Motorbetriebsparameter bestimmt, die allgemein als Eingabereihe 506 bezeichnet werden, wie Drehzahl, Last, etc., und ist allen Einlaßventilen (oder Auslaßventilen) gemeinsam. Das Basissignal 508 wird durch Addition oder Subtraktion des zuletzt empfangenen Wertes des Korrektursignals 510 verändert und das korrigierte Signal 512 wird dann an das entsprechende Magnetregelventil 64 weitergeleitet, etwa bei Zylinder 1 des Motors 514, wie gezeigt, für diesen speziellen Motorventilbetrieb. Daher korrigiert Marke 406-1 das Magnetventil 64 bei Zylinder 1, so wie dies auch Marke 406-2 bei Zylinder 2 tut, und so weiter. So empfängt jedes Magnetventil sein eigenes, individualisiertes, korrigiertes Steuersignal, das die Unterschiede zwischen den Magnetventilen ausgleicht und sicherstellt, daß bei einem vorgegebenen Wert des Basissteuersignals alle Motoreinlaßventile (oder -auslaßventile) auf identische Weise arbeiten.
Das oben beschriebene Verfahren zur Bestimmung der für die einzelnen Magnetventile nötigen Korrektur ist nicht auf irgendein bestimmtes System beschränkt, sondern vollständig auf eine Vielzahl anderer Systeme anwendbar. In jedem Fall wird das zu testende Magnetventil in eine Kalibriervorrichtung eingebaut, die ein verstellbar steuerbares, einzelnes Motorventil darstellt, und mit einem vorgegebenen Puls betrieben, der daraufhin verändert wird, bis das benötigte Standardmuster der Ventilbewegung erreicht ist. Das Verfahren ist auf Systeme mit Hubverlust und zahlreiche andere Systeme anwendbar.

Claims

1. Ein Motorventilsteuersystem eines Verbrennungsmotors, in dem der Ventilhub durch die Veränderung der Synchronisation und der Dauer elektrischer Signale geregelt wird, die zu einer individuell zugewiesenen Motorventilsteuervorrichtung gesendet werden, wobei das System umfaßt:

Einen Regler, der programmiert ist, variable elektrische Steuersignale (512) an diese Motorventilsteuervorrichtung (64) zu senden, wobei diese Steuersignaldauern die algebraische Summe einer Basissignaldauer (508) und einer Korrektursignaldauer (510) umfassen;

eine Vorrichtung (504) zur Erzeugung einer Basissignaldauer, die vom Regler als Funktion von Motorbetriebszuständen bestimmt wird und die für alle Motoreinlaßventile gleich ist und für alle Motorauslaßventile gleich ist; und

eine Vorrichtung (500, 502) zur Erzeugung eines Korrektursignals, das für jede der Motorventilsteuervorrichtungen vorgegeben ist als Maß dafür, wie stark die Leistung jeder Motorventilsteuervorrichtung von einem vorgegebenen Standard abweicht, wobei diese Vorrichtung zur Erzeugung des Korrektursignals in zeitlich abgestimmter Folge betrieben wird, um dem Regler dieses vorgegebene Korrektursignal zu senden, gerade bevor eine entsprechende Motorventilsteuervorrichtung aktiviert wird, wobei diese Vorrichtung (500, 502) zur Erzeugung eines Korrektursignals umfaßt:

Ein rotierendes Bauteil (502) mit individuellen Codierungen (406), die aufeinanderfolgend in einem Abstand voneinander darauf angebracht sind, wobei jeder Code eine spezielle Motorventilsteuervorrichtung darstellt und Information über das Korrektursignal enthält, das von der jeweiligen Motorventilsteuervorrichtung benötigt wird; und

einen Sensor (500), der nahe dieses rotierenden Bauteils angebracht ist, wobei dieser Sensor in der Lage ist, die in jeder Codierung auf dem rotierenden Bauteil enthaltene Information zu lesen, während es am Sensor vorbeiläuft, und diese Ablesung als Korrektursignal an diesen Regler zu übertragen.

2. Ein System nach Anspruch I, worin jede dieser Codierungen die Form einer Marke (406-1 bis 406-4) besitzt und jede Marke an diesem rotierenden Bauteil (502) angebracht ist, wobei das System ferner umfaßt:

Eine Vorrichtung, um dieses drehbare Bauteil (502) während des Motorbetriebs mit einer Winkelgeschwindigkeit drehen zu lassen, die bei einem Viertaktmotor gleich der halben Kurbelwellengeschwindigkeit und bei einem Zweitaktmotor gleich der Kurbelwellengeschwindigkeit ist, wodurch dieser Sensor (500) die Information auf den einzelnen Marken (406) liest, die nacheinander am Sensor (500) vorbeilaufen, und ein entsprechendes Korrektursignal an den Regler überträgt, wobei die Position der einzelnen Marken auf diesem drehbaren Bauteil 50 ist, daß die Information auf jeder Marke (406) gelesen und an das Steuersystem übertragen wird, gerade bevor die Motorventilsteuervorrichtung, für die die Marke codiert wurde, betätigt werden muß.

3. Ein System nach Anspruch 1 oder 2, umfassend:

Eine Hochdruckfluidumquelle (40) und eine Niederdruckfluidumquelle (42);

ein Zylinderkopfbauteil (12), das angepaßt ist, am Motor befestigt zu werden, und das eine Vielzahl abgeschlossener Hohlräume (30) umfaßt; eine Vielzahl von Tellerventilen (10), die einzeln jeweils einem entsprechenden aus dieser Vielzahl von abgeschlossenen Hohlräumen (30) zugeordnet sind;

wobei jedes dieser Tellerventile (10) zwischen einer ersten und zweiten Stellung innerhalb dieses Zylinderkopfbauteils (12) verschiebbar ist;

ein hydraulisches Stellglied (26, 30), umfassend einen Kolben (26), der mit jedem dieser Tellerventile verbunden ist und der sich innerhalb des jeweiligen abgeschlossenen Hohlraumes (30) hin- und herbewegen kann, wodurch sich seine Verdrängung bei der Bewegung des Tellerventils verändert;

wobei dieses Zylinderkopfbauteil (12) eine Hochdrucköffnung aufweist, die sich zwischen den abgeschlossenen Hohlräumen und der Hochdruckfluidumquelle (40) befindet, und eine Niederdrucköffnung, die sich zwischen den abgeschlossenen Hohlräumen und der Niederdruckfluidumquelle (42) befindet;

ein Hochdruckventil (64) und ein Niederdruckventil (68), um den Fluidumstrom jeweils in der Hochdruck- und Niederdrucköffnung jeder dieser Vielzahl von abgeschlossenen Hohlräumen (30) zu steuern;

eine Regelvorrichtung, die mit dem Hoch- und dem Niederdruckventil zusammenwirkt, um die abgeschlossenen Hohlräume selektiv mit der Hochdruck- und der Niederdruckquelle zu verbinden, um jedes Tellerventil mit dem Motorbetrieb synchronisiert schwingen zu lassen, worin der Nettofluidumstrom zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckquelle wesentlich geringer als das vom Kolben verdrängte Volumen ist;

wobei diese Regelvorrichtung eine Vorrichtung umfaßt zur Steuerung (i) der Bewegung jedes dieser Tellerventile (10), indem Synchronisation und Dauer der Betätigung dieser Regelvorrichtung verändert werden, (ii) der Synchronisation der Ventilöffnungsbewegungen und Ventilschließbewegungen jedes dieser Tellerventile, indem die Synchronisation der Betätigung dieser Regelvorrichtung verändert wird, sowie (iii) des Hubs jedes dieser Tellerventile, indem die Dauer der Betätigung dieser Regelvorrichtung verändert wird; und

eine Vorrichtung zur Veränderung des Drucks des unter Druck befindlichen Fluidums, wodurch die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und die Hubzeit jedes dieser Tellerventile ebenfalls geregelt werden kann.

4. Ein System nach Anspruch 3, worin diese Regelvorrichtung diese individuelle Motorventilsteuervorrichtung (64) für jedes dieser Tellerventile (10) umfaßt, wodurch die Dauer des Regelsignals (512) individuell für jede der Motorventilsteuervorrichtungen (64) in allen Zylindern eingestellt werden kann, um so in allen Zylindern einen gleichen Hub der Tellerventile zu gewährleisten.