• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
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  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschinemit Ladereinrichtung und mit einem im Hinblick auf seine Einlassventilsteuerzeitenund/oder seinen Einlassventilhub variablen Einlassventilantrieb,wobei bei Erkennung einer positiven Lastanforderung während desLaderbetriebs der mindestens eine variable Einlassventilantriebderart angesteuert wird, dass eine vorhandene Hubreserve und/oderEinlass-Schließ-Steuerzeitenreservezur Erhöhungder Ladungsmenge (Luftmasse) ausgenutzt wird.
    公开号:DE102004026405A1
    申请号:DE200410026405
    申请日:2004-05-29
    公开日:2005-12-22
    发明作者:Fabian Balles；Gregor Dr. Rottenkolber
    申请人:Bayerische Motoren Werke AG；
    IPC主号:F02B37-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine – insbesondereeiner Brennkraftmaschine fürein Kraftfahrzeug – gemäß dem Oberbegriffdes Anspruchs 1.
    [0002] DieLaststeuerung bei einer Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilantriebwird im wesentlichen bestimmt durch einerseits den Einlassventilhubund/oder die Einlasssteuerzeit, während der ein Einlassventildie Einlassöffnungzum Brennraum freigibt und so die vorhandene Luftmasse bzw. Ladungdem Brennraum zugeführtwerden kann (bzw. die Ladung angesaugt wird), und andererseits durch dieDichte der vorhandenen Ladung. Die Dichte und damit die Kompressionder vorhandenen Ladung ist bei einer Brennkraftmaschine mit Ladereinrichtung wiederumabhängigvon der Art der Ladereinrichtung als solcher sowie von der Betriebsartund dem jeweiligen Betriebspunkt der verwendeten Ladereinrichtung.Bei einem etwa in 1 angedeuteten Abgasturboladerist der vom Abgasturbolader aufgebaute Druck abhängig von der Stellung des Ventilseines ggf. vorhandenen Bypasses und dem im Abgastrakt vorherrschendenZustand (Druck, Temperatur, Abgasgeschwindigkeit ...). Eine Erhöhung derLadungsmenge fürden Brennraum kann zum einen durch Verlängerung der Einlassventilöffnungszeitund zum anderen durch Erhöhungdes Ladungsdruckes im Ansaugtrakt erfolgen.
    [0003] ZumBetreiben einer Brennkraftmaschine mit variabler Steuerung der Gaswechselventile(im folgenden Ventile genannt) sind bereits verschiedene Verfahrenbekannt. In der MTZ Motortechnische Zeitschrift Nr. 62, Seite 44–55, Derelektromechanische Ventiltrieb – Systembausteinfür zukünftige Antriebskonzepte,Teil 2, aus dem Jahr 2001, wird u.a. die Laststeuerung einer Brennkraftmaschinemit variablem Ventilantrieb anhand der Steuerverfahren Frühes-Einlass-Schließt und Spätes-Einlass-Schließt beschrieben.
    [0004] Unterdem Laststeuerverfahren Frühes-Einlass-Schließt bzw.Spätes-Einlass-Schließt wirdim Sinne der Erfindung ein Laststeuerverfahren für eine Brennkraftmaschine mitvariablem Ventilantrieb und ohne Ladereinrichtung bzw. ohne Laderbetriebverstanden, bei dem die jeweils aufgrund einer Lastanforderung einzustellendeLadungsmenge überdie Öffnungszeitbzw. die Steuerzeiten der Einlassventile geregelt wird.
    [0005] BeimLaststeuerverfahren Frühes-Einlass-Schließt erfolgtdie Ansteuerung derart, dass die Einlassventile jeweils nur genausolange geöffnet bleiben,bis die gewünschteLadungsmenge eingestellt ist (Einlassventile für Mindestdauer geöffnet). BeimLaststeuerverfahren Spätes-Einlass-Schließt erfolgtdie Ansteuerung der Einlassventile derart, dass diese über die,für diegewünschteLadungsmenge erforderliche Zeit hinaus geöffnet sind und die dadurchim Vergleich zur gewünschtenMindest-Ladungsmenge zuviel angesaugte Ladungsmenge vor dem Schließen desEinlassventils wieder ausgeschoben wird.
    [0006] EineErweiterung dieser Laststeuerverfahren ist durch das bei Brennkraftmaschinenmit einem variablen Ventilantrieb und einer Ladereinrichtung vielfachangewandte sogenannte Miller-Verfahren bekannt, bei dem im Sinneder Erfindung die Steuerung der gewünschten Ladungsmenge durchdie Ansteuerung der variabel steuerbaren Einlassventile gemäß einerLaststeuerung Frühes-oder Spätes-Einlass-Schließt in Verbindungmir einem aktiven Laderbetrieb erfolgt.
    [0007] BeiherkömmlichenSaugmotoren mit einem variablen Ventilantrieb entspricht die vorgesteuerte Lastaufgrund der Zyklenkonsistenz jederzeit – also auch im instationären Motorbetrieb – der tatsächlich vorhandenenMotorlast. Problematisch ist , dass bei einem aufgeladenen Motormit einem variablen Ventilantrieb nicht gewährleistet werden kann, dassdie vorgesteuerte Last auch der tatsächlich im nächsten Zyklus vorhandenen Lastentspricht, da der Ladedruck, der für das Erreichen der gewünschtenLast erforderlich ist, nicht im darauffolgenden Arbeitsspiel (Zyklus)dargestellt werden kann. Im Instationärbetrieb ist somit immer eineDifferenz zwischen dem geforderten und dem tatsächlich vorhandenen Ladedruckvorhanden. Die vom Fahrer oder einem Regelsystem erwünschte Laständerungkann wegen des zeitlichen Verzugs des Ladedruckaufbaus nicht sofortdargestellt werden (sog. Turboloch).
    [0008] DieErfindung baut auf dem Gedanken der Laststeuerung gemäß dem vorstehendbeschriebenen Miller-Verfahren (Frühes/Spätes-Einlass-Schließt in Verbindungmit einem Laderbetrieb) auf. Es soll ein Verfahren angegeben werden,mittels welchem das instationäreAnsprechverhalten einer aufgeladenen Brennkraftmaschine mit zumindest einlassseitigvariablem Ventilantrieb verbessert wird. Insbesondere sollen kürzere Zeitenzur Erfüllungauftretender Lastanforderungen gewährleistet werden.
    [0009] Erfindungsgemäß wird dieAufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch,dass bei einer Brennkraftmaschine während des Laderbetriebs eineim Hinblick auf die Einlass-Schließt-Steuerzeit und/oder denHub eines vorhandenen variablen Einlassventilantriebs vorhandeneReserve (Steuerzeitenreserve bzw. Hubreserve) zusätzlich genutztwird – indemin jedem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine bis zum erreichender vorgegebenen Soll-Last dem Brennraum eine erhöhte Ladungsmenge(insbesondere Luftmasse) zugeführtwird – kanndie zur Erfüllungder Lastanforderung erforderliche Zeit erheblich verringert undsomit das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine verkürzt werden.
    [0010] Bevorzugtwird bei dem erfindungsgemäßen Verfahrendie Ladereinrichtung derart betrieben, dass diese stets den maximalmöglichenLadedruck bereitstellt. Beispielsweise könnte eine steuerbare Bypasseinrichtung,wie sie in der Regel bei einem Abgasturbolader vorhanden ist, somitentfallen. Erfindungswesentlich ist lediglich, dass zumindest – ausgehendvon einem im Vergleich zum vorhandenen Umgebungsdruck erhöhter Ladedruck – ein nochmalserhöhterLadedruck erzeugt wird.
    [0011] DerEinlassventilantrieb wird im stationären Betrieb (ohne Lastsprung)vorzugsweise derart angesteuert (hinsichtlich Ventilhub und/oderEinlass-Schließt-Steuerzeit),dass bei maximal möglichemLadedruck stets gerade die zur Erfüllung der Lastanforderung erforderlicheMindestladungsmenge bereitgestellt wird (Frühes/Spätes-Einlass-Schließt-Steuerverfahrenund/oder Einlassventil-Hubsteuerung). Hierdurch bedingt ist während des stationären Betriebsunterhalb der Volllast (maximal einstellbare Motorlast, vorgegebendurch die Motorsteuerung aufgrund spezifischer Motordaten) die beschriebeneabrufbare Reserve hinsichtlich Ventilhub und/oder Einlass-Schließt-Steuerzeit(Differenz der Steuerzeit bei Mindestladungsmenge zu Steuerzeit beiUT bzw. im Bereich von UT) vorhanden.
    [0012] Istnach einer – insbesonderesprunghaft erfolgten – Lastanforderungund eines aufgrund der Lastanforderung erfolgten Reserveabrufs (z.B.durch Verlängerungder Einlassventil-Öffnungszeit),etwa aufgrund eines Fahrerwunsches, die vorgegebene Ziellast erreicht,wird vorzugsweise der mindestens eine variable Einlassventilantriebderart angesteuert, dass eine bestimmte Reserve, insbesondere dieursprünglichvorhandene Hubreserve und/oder Einlass-Schließt-Steuerzeitenreserve, wiedereingestellt wird.
    [0013] ImFolgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Eszeigen:
    [0014] 1:die schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Ladereinrichtungund variablem Ventilantrieb,
    [0015] 2:ein Ventil-Steuerzeitdiagramm fürdie Laststeuerung einer Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,
    [0016] 3a:ein Diagramm zur Veranschaulichung des Instationärverhaltens einer Brennkraftmaschinemit zumindest einlassseitig vollständig variablem Ventilantrieb – bezüglich desLadedruckes – bei unterschiedlichenLaststeuerverfahren,
    [0017] 3b:ein Diagramm zur Veranschaulichung des Instationärverhaltens einer Brennkraftmaschinemit zumindest eingangsseitig vollständig variablem Ventilantrieb – bezüglich derdem Brennraum zugeführtenLadungsmenge – beiunterschiedlichen Laststeuerverfahren, und
    [0018] 4:ein Balken-Flächendiagrammzur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    [0019] 1 zeigtin stark schematisierter Darstellung eine Brennkraftmaschine 2 miteinem elektromagnetischen vollvariablen Ventilantrieb 4 (mitvariablem Einlassventilantrieb 4a und variablem Auslassventilantrieb 4b)und einer Steuereinrichtung 6 zur gezielten Ansteuerungdes elektromagnetischen variablen Ventiltriebs 4. Ein derartigervollvariabler Ventilantrieb kann beispielsweise elektrisch, elektromagnetischoder hydraulisch ausgebildet sein. Wesentliches Merkmal eines derartigenAntriebs ist die individuelle Ansteuerbarkeit bzw. Verstellbarkeiteinzelner Ventile oder Ventilgruppen. Die Brennkraftmaschine 2 istabgasseitig übereine Abgasleitung 10 und ansaugseitig über eine Ansaugleitung 20 miteiner Ladereinrichtung 8 (z.B. Abgasturbolader) verbunden.Durch den von der Brennkraftmaschine 2 erzeugten Abgasstromist die Ladereinrichtung 8 über ihr Turbinenrad 8a antreibbar.Das Turbinenrad 8a der Ladereinrichtung 8 ist über eineWelle 8c mit einem Verdichterrad 8b verbunden,so dass durch den Antrieb des Turbinenrades 8a und dendamit zwangsweise verbundenen Antrieb des Verdichterrades 8b Frischluftvon außenangesaugt und im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 2 verdichtetwird. Hierdurch sind deutliche Leistungssteigerungen der Brennkraftmaschine 2 möglich. Dieerforderlichen Informationen zur Ansteuerung des elektromagnetischenVentilantriebs 4 erhältdie Steuereinrichtung 6 über eine MotorsteuereinrichtungMSE in Abhängigkeitvon verschiedensten Betriebsparametern P.
    [0020] 2 zeigtschematisch den Verlauf der Öffnungs-und Schließphasenvon Einlass- und Auslassventil der Brennkammer eines Ottomotors.Dabei beginnt im Bereich des unteren Totpunktes UT des Kolbens derBrennkraftmaschine das Auslassventil zu Öffnen (AÖ), um das verbliebene Abgasaus dem letzten Verbrennungszyklus auszustoßen. Im Bereich des oberenTotpunktes OT wird das Auslassventil wieder geschlossen (AS), während dasEinlassventil der selben Brennkammer beginnt den Einlasskanal zurBefüllungder Brennkammer freizugeben (EÖ).Das Einlassventil wird in Abhängigkeitvon der angeforderten Last bei einem Steuerverfahren gemäß Frühes-Einlass-Schließt frühestmöglich den Einlasskanalwieder verschließen(ES), sobald eine ausreichende Ladungsmenge zur Erfüllung der Lastanforderungvorhanden ist. Die erforderliche Mindest-Ladungsmenge wird anhandvon Rechenmodellen durch die Motorsteuereinrichtung MSE ermittelt.Aufgrund der Laststeuerung Frühes-Einlass-Schließt im stationären Betriebder Brennkraftmaschine 2 (unterhalb des Volllastbetriebs)verbleibt eine Öffnungszeitreserve(Einlass-Schließt-Steuerzeitenreservet_res) des Einlassventils. Im vorliegenden Beispiel schließt das Einlassventilim aktuellen Zyklus bereits bei zirka 470 Grad. Aufgrund einer positivenLastanforderung (Lastsprung) würdedas Einlassventil in nächstenZyklus frühestmöglich beibeispielsweise 490 Grad schließenum die bestehende Lastanforderung zu bewältigen. Bis zum Steuerzeitpunktder Volllast (Bereich des unteren Totpunktes UT im Ansaug-Takt) verbleibt demnachnoch eine Öffnungszeitreservet_res von zirka 50 Grad. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahrenwird vorzugsweise die gesamte Öffnungszeitreservet_res oder alternativ zumindest ein Teil hiervon genutzt, um dieBefüllungdes Brennraumes zu beschleunigen. Bei einem erkannten positivenLastsprung wird demnach unter erhöhtem, insbesondere maximalem,Ladedruck und unter Nutzung einer vorhandenen (Öffnungszeit) Reserve pro Zykluseine erhöhteLadungsmenge zur Befüllungdes Brennraums zugeführt.
    [0021] 3a zeigtin einem Diagramm, Ladedruck pl überder Zeit t, das unterschiedliche Ladedruckverhalten einer Brennkraftmaschinebei einem Laststeuerverfahren gemäß Miller und bei einem Laststeuerverfahrengemäß der Erfindung.Durch die stufenartigen Kurvenverläufe der Soll-Last L_soll unddem dieser Soll-Last L_soll zugeordneten Soll-Ladedruck pl_sollsind die aufgrund eines Fahrerwunsches erforderlichen und über dieMotorsteuereinrichtung in Abhängigkeitvom Fahrerwunsch ermittelten Sollwerte vorgegeben.
    [0022] Nachdem eingangs beschriebenen Millerverfahren wird bei Ansteuerungdes variablen Ventilantriebs 4 gemäß dem ebenfalls bereits eingangserläutertenLaststeuerverfahren Frühes-Einlass-Schließt der Ladedruckauf einen vordefinierten Wert erhöht und auf diese Weise diegewünschteLadungsmenge dem Brennraum zugeführt.Es stellt sich beispielsweise eine Ladedruckkurve gemäß pl_ist_millerein.
    [0023] Schließlich wirdgemäß der Erfindungbei Erkennung eines positiven Lastsprunges unmittelbar die Ventilöffnungszeitunter zumindest teilweiser Ausnutzung der Öffnungszeitreserve t_res verlängert unddadurch, dass ferner die vorhandene Ladereinrichtung stets mit erhöhter – vorzugsweisemit maximal möglicher – Ladeleistungbetrieben wird, ein im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren schnellererLadedruckanstieg und ein deutlich schnelleres Erreichen der Soll-LastL_soll erreicht. Hierdurch ist bereits vor Erreichen des Soll-Ladedruckespl_soll eine ausreichende Ladungsmenge bereitgestellt, so dass beiweiter bis zum Soll-Ladedruck pl_soll ansteigendem Ladedruck abdiesem Zeitpunkt die genutzte Öffnungszeitreservet_res in, den folgenden Zyklen wieder aufgebaut werden kann. Esstellt sich beispielsweise eine Ladedruckkurve gemäß pl_ist_neu ein.
    [0024] Nebenden sich einstellenden Ladedrücken plist im Diagramm gemäß 3a inderen unteren Teil das Öffnungsverhaltender Einlassventile (Einlass-Schließt-Winkel über derZeit) dargestellt. Dabei wird beim Miller-Verfahren zur Bereitstellungder erforderlichen Mindest-Ladungsmenge während des Laderbetriebs dieVentilöffnungszeitneu eingestellt, indem die Steuerzeit Einlass-Schließt von 470Grad auf 490 Grad verschoben wird (Kurve K1).
    [0025] Nachdem erfindungsgemäßen Verfahren wirdin Reaktion auf einen positiven Lastsprung unmittelbar die Ventilöffnungszeitunter Ausnutzung der Öffnungszeitreserveverlängertund so eine im Vergleich zur erforderlichen Mindest-LadungsmengeerhöhteLadungsmenge der Brennkammer zugeführt und damit der noch nichteingestellte Soll-Ladedruck pl_soll teilweise oder vollständig ausgeglichen.Im dargestellten Beispiel erfolgt eine Verschiebung der SteuerzeitEinlass-Schließtstatt von 470 Grad auf 490 Grad, von 470 Grad auf beispielsweise540 Grad (Kurve K2). So wird bei erhöhtem bzw. bei stets vorhandenemmaximalen Ladedruck ein steilerer Ladedruckanstieg erreicht undbereits vor Erreichen des Soll-Ladedruckes pl_soll die gewünschte Soll-LadungsmengeL_soll bereitgestellt. Mit Erreichen der gewünschten Soll-Ladungsmenge L_sollwerden in den Folgezyklen bereits die Ventilsteuerzeiten wieder zurückgefahren,so dass sofort wieder eine ausreichende Reserve für einenweiteren positiven Lastsprung zur Verfügung steht.
    [0026] 3b zeigtin einem Diagramm, Ladungsmenge L über der Zeit t, das unterschiedlicheLadeverhalten einer Brennkraftmaschine bei den verschiedenen Laststeuerverfahrenanalog zu 3a. Gut zu Erkennen ist dergewonnene Zeitvorteil Δtdes erfindungsgemäßen Verfahrensgegenüberdem Laststeuerverfahren nach Miller.
    [0027] Durchdas erfindungsgemäße Verfahrenwird eine vom Ist-Ladedruck abhängigeSteuerkantenkorrektur erheblich verbessert und ein Zeitvorteil beider Einstellung einer angeforderten Last (aufgrund eines positivenLastsprungs) im Vergleich zu bekannten Verfahren erreicht.
    [0028] 4 zeigtein Balkenflächendiagrammzur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die erste Balkenfläche (Balkenfläche istproportional zur Last) stellt einen Ausgangszustand mit einer stationären LastList währenddes Laderbetriebs dar. Zur Bereitstellung der stationären Laststellen sich definierte Einlass-Schließt-Steuerzeiten (ES) bei einemzugehörigenLadedruck pl ein. Aufgrund eines Fahrerwunsches mit positiver Lastanforderungstellt sich eine Soll-Last L_soll gemäß der zweiten – im Vergleichzur ersten Balkenflächeum die Lastdifferenz aufgrund der Lastanforderung vergrößerten – Balkenfläche ein.Erfindungsgemäß wird derpositiven Lastanforderung begegnet, indem unmittelbar die Einlassventilederart angesteuert werden, dass die vorhandene Steuerzeiten- und/oderHubreserve der Einlassventile zumindest teilweise genutzt wird undzugleich der Ladedruck nochmals erhöht wird. Ist die angeforderteSoll-Last L_soll erreicht, und es hat sich eine der Lastanforderungentsprechende neue Istlast L_ist_neu eingestellt (zweite Balkenfläche mit gleichemFlächeninhaltwie die dritte Balkenfläche), wirdder Ladedruck weiter erhöhtund währenddessenzugleich die genutzte Reserve wieder eingestellt. Die neu eingestellteIstlast L_ist_neu, bei wieder neu aufgebauter Reserve, ist in derdritten Balkenfläche miterhöhtemneuen Istladedruck und ursprünglich vorhandenerEinlass-Schließt-Steuerzeitdargestellt.
    [0029] DieErfindung ist vorstehend beschrieben am Beispiel eines vollvariablenVentilantriebs (z.B. elektromagnetischer oder hydraulischer variablerVentilantrieb). Sie ist allerdings nicht auf das beschriebene Beispielbeschränkt,sondern kann selbstverständlich auchbei allen anderen variablen Ventilantrieben – so auch bei Ventilantriebenmit im Hinblick auf Ventilsteuerzeiten und/oder Ventilhub verstellbarenNockenwellen – Anwendungfinden.
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschinemit Ladereinrichtung (8) und mit einem im Hinblick aufseine Einlassventilsteuerzeiten und/oder seinen Einlassventilhubvariablen Einlassventilantrieb (4a), dadurch gekennzeichnet,dass – beiErkennung einer positiven Lastanforderung während des Laderbetriebs dermindestens eine variable Einlassventilantrieb (4a) derartangesteuert wird, dass eine vorhandene Hubreserve und/oder Einlass-Schließt-Steuerzeitenreserve(t_res) zur Erhöhungder Ladungsmenge ausgenutzt wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass bei Erreichen der durch die Lastanforderung vorgegebenen Ziellastder mindestens eine variable Einlassventilantrieb (4a)derart angesteuert wird, dass eine bestimmte – insbesondere die ursprünglich vorhandene – Hubreserveund/oder Einlass-Schließt-Steuerzeitenreserve(t_res) wieder eingestellt wird.
    [3] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Ladereinrichtung (8) derart angesteuertwird, dass sie stets den maximal möglichen Ladedruck bereitstellt.
    [4] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der mindestens eine variable Einlassventilantrieb(4a) im Hinblick auf Einlassventilhub und/oder Einlassventilsteuerzeitim stationärenBetrieb derart angesteuert wird, dass lediglich die zur Erfüllung dervorliegenden Lastanforderung erforderliche Mindestladungsmenge bereitgestelltwird.
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    法律状态:
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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