Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR ADJUSTING CONTROL TIMES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/144110
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a mechanism for adjusting control times of at least one inlet valve of an internal combustion engine that has a dual mass flywheel, a resonance range of the dual mass flywheel being in a speed range below the idle speed of the internal combustion engine. According to the invention, when the internal combustion engine is started and prior to passing the resonance range, an inlet valve closing time is adjusted by the mechanism such that the time of closure of the inlet valve corresponds to a crankshaft angle of the internal combustion engine which is at least 10° away from a charge exchange bottom dead center.

More Like This:
JP2016120849HYBRID VEHICLE
JP2008101484VARIABLE VALVE GEAR
JP4639166Control device
Inventors:
THOELKE ANDREAS (DE)
SCHÄFER JENS (DE)
Application Number:
PCT/DE2014/200702
Publication Date:
October 01, 2015
Filing Date:
December 11, 2014
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
F02D13/02; F01L1/34; F02N19/00
Domestic Patent References:
WO2012091043A12012-07-05
WO2006074734A12006-07-20
Foreign References:
US20100000478A12010-01-07
JP2007198308A2007-08-09
DE60306032T22006-11-02
US20020043243A12002-04-18
DE19724921A11998-12-17
DE102012211093A12013-01-24
DE102008015152A12009-09-24
DE102008039007A12010-02-25
DE102008039008A12010-02-25
EP2591215B12014-01-15
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zum Betrieb eines Mechanismus zur Verstellung von Steuerzeiten mindestens eines Einlassventils einer ein Zweimassenschwungrad aufweisenden Brennkraftmaschine, wobei ein Resonanzbereich des Zweimassenschwungrads in einem Drehzahlbereich unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine liegt, und wobei beim Starten der Brennkraftmaschine vor dem Durchfahren des Resonanzbereichs eine Einlassventilschließzeit derart durch den Mechanismus eingestellt wird, dass der Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils einem Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine entspricht, welcher mindestens 10° vom unteren Ladungswechseltotpunkt entfernt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus vor dem Durchfahren des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads derart eingestellt wird, dass der Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils einem Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine entspricht, welcher mindestens 25° vom unteren Ladungswechseltotpunkt entfernt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus vor dem Durchfahren des Resonanzbereichs derart eingestellt wird, dass der Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils einem Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine entspricht, welcher mindestens 45° vom unteren Ladungswechseltotpunkt entfernt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads in einem Zeitraum zwischen erster und dritter Zündung durchfahren wird.

5. Verfahren nach einem der Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drosselklappe der Brennkraftmaschine während des Durchfahrens des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads einen Öffnungswinkel von mindestens 3° aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus bereits vor dem Starten der Brennkraftmaschine auf die späte Steuerzeit, welche beim Durchfahren des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads gehalten wird, eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus erst nach dem Starten der Brennkraftmaschine auf die späte Steuerzeit, welche beim Durchfahren des Resonanzbereichs gehalten wird, eingestellt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerzeit, welche beim Durchfahren des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads gegeben ist, bis zu einer Drehzahl der Brennkraftmaschine von mindestens 400/min gehalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerzeit während des Durchfahrens des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads nachgeregelt wird.

10. Steuereinheit einer Brennkraftmaschine, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 .

Description:
Verfahren zur Verstellung von Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ventilsteuerung einer ein Zweimassenschwungrad aufweisenden Brennkraftmaschine während des Starts der Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb der Brennkraftmaschine kann hierbei kontinuierliche oder diskrete Möglichkeiten der Verstellung von Steuerzeiten aufweisen. Hintergrund der Erfindung

Mit Hilfe eines Zweimassenschwungrads können Drehschwingungen eines Kraftfahrzeugmotors gedämpft werden. Ein Bogenfedersystem für ein Zweimassenschwungrad, welches insbesondere für die beim Starten eines Ver- brennungsmotors gegebenen Bedingungen ausgelegt ist, ist beispielsweise aus der DE 10 2012 21 1 093 A1 bekannt. Dieses Bogenfedersystem umfasst eine Startbogenfeder sowie zwei Zusatzbogenfedern.

Aus der DE 10 2008 015 152 A1 ist ein Verfahren zur Verstellung einer No- ckenwelle mittels eines elektromechanischen Nockenwellenverstellers bekannt. Im Rahmen dieses bekannten Verfahrens ist vorgesehen, den Nockenwellen- versteller während des Abstellvorgangs der Brennkraftmaschine auf seine Endlage„früh" zu verstellen. Dies hat den Vorteil, dass beim erneuten Start der Brennkraftmaschine der Nockenwellenversteller aufgrund gegebener Reibmo- mente mit geringem Energieaufwand in Richtung„spät" verstellt werden kann. Auf diese Weise ist rasch eine gewünschte Zieleinstellung des Nockenwellenverstellers erreichbar. Weitere Verfahren zum Betrieb eines Nockenwellenverstellers sind aus der DE 10 2008 039 007 A1 sowie aus der DE 10 2008 039 008 A1 bekannt. In den genannten Dokumenten wird insbesondere auf den Anlassvorgang der Brennkraftmaschine eingegangen. Beim Anlassen der Brennkraftmaschine wird der Steuertrieb vorpositioniert, was geregelt oder ungeregelt erfolgen kann. Während bei ungeregelter Vorpositionierung„blind" in eine Richtung verstellt wird, erfolgt bei geregeltem Verstellen ein kontinuierlicher Soll-Ist-Vergleich.

Auf spezielle Betriebsverfahren eines Nockenwellenverstellers beim Starten einer Brennkraftmaschine wird auch in der EP 2 591 215 B1 eingegangen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mechanismus zur Verstellung von Steuerzeiten, insbesondere Schließzeiten, zumindest eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit Zweimassenschwungrad gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich der Eignung für Start-Stopp-Systeme weiterzuentwickeln. Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Das Verfahren ist anwendbar bei Kraftfahrzeugen, welche einen verbrennungsmotorischen Antrieb mit - insbesondere durch einen Nockenwellenversteller - variierbaren Steuerzeiten aufweisen, wobei sich im Antriebsstrang des Fahrzeugs ein Zweimassenschwungrad, welches von an sich bekannter Bauart sein kann, befindet.

Anstelle eines Nockenwellenverstellers kann beispielsweise auch ein Schieb- nockensystem oder ein Ventiltrieb mit schaltbaren Nockenfolgern, beispielsweise Schalttassen oder schaltbaren Schlepphebeln, vorgesehen sein. Bei den letztgenannten variablen Ventiltrieben, welche typischerweise ausschließlich diskrete Umschaltmöglichkeiten zwischen zwei Ventilerhebungskurven bieten, ist jede von zwei möglichen Einstellpositionen des Mechanismus zur Verstellung der Steuerzeiten einer bestimmten Ventilerhebungskurve und damit einer jeweils charakteristischen Wahl der Steuerzeiten zugeordnet. Im Unterschied hierzu kann beispielsweise bei einem Raumnockensystem ein Kontinuum möglicher Einstellpositionen zwischen zwei Extremeinstellungen der Steuerzeiten gegeben sein. Ebenso ist bei einem System zur Verstellung der Phasenlage einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine in Relation zur Kurbelwelle, insbesondere bei einem elektrischen Nockenwellenversteller, keine grundsätzliche Limitierung der Anzahl der Einstellpositionen gegeben.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sowohl ein frühes Schließen der Einlassventile während des Startvorgangs als auch ein spätes Schließen der Einlassventile während des Startvorgangs spezifische Vor- und Nachteile mit sich bringt. Bei sehr niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, wie sie beim Startvorgang gegeben sind, wird eine bessere Zylinderfüllung tendenziell durch Schließzeitpunkte der Einlassventile erreicht, welche etwa dem unteren Totpunkt der Brennkraftmaschine entsprechen. Die gute Füllung des Zylinders führt zu einem zügigen Anstieg der Drehzahl während des Startvorgangs.

Nachteilig ist hierbei jedoch die Tatsache, dass mit der schnellen Zunahme der Drehzahl starke Drehzahlschwankungen einhergehen, welche als Schwingungen oder als Rütteln im Fahrzeug wahrnehmbar sind. Zudem können Schwingungen im Antriebsstrang zu ungewollten Resonanzen des Zweimassen- Schwungrads führen, welche zum einen eine erhebliche mechanische Belastung von Komponenten des Antriebsstrangs, insbesondere des Zweimassenschwungrads selbst, darstellen und zum anderen den im Fahrzeug wahrnehmbaren Komfort mindern. Um diesen Effekt zu verringern, kann mit einer Einstellung der Steuerzeiten, insbesondere des Schließzeitpunkts der Einlassventile, auf „spät", das heißt deutlich nach dem unteren Ladungswechseltotpunkt, dafür gesorgt werden, dass weniger starke Drehmomentspitzen auf die Kurbelwelle einwirken, was als sanfterer Motoranlauf wahrgenommen wird. Nachteilig hierbei ist jedoch der langsamere Anstieg der Drehzahl, das heißt die längere Dauer des Motorstarts. Eine vergleichbare Wirkung ist gegeben, wenn die Einlassventilschließ- zeit derart auf „früh" gestellt ist, dass die Zylinderfüllung im Vergleich zur ma- ximal möglichen Zylinderfüllung erheblich reduziert ist.

Um dem beschriebenen Zielkonflikt effizient entgegenzuwirken, wird gemäß der Erfindung der Mechanismus zur Verstellung der Steuerzeiten beim Start der Brennkraftmaschine während des Durchfahrens des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads derart eingestellt, dass der Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils einem Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine entspricht, welcher mindestens 10° vom unteren Ladungswechseltotpunkt abweicht. Beispielsweise kann eine späte Steuerzeit eingestellt werden, das heißt eine Ventilschließzeit des Einlassventils, welche einem Kurbelwellenwinkel von mindestens 10° nach dem unteren Totpunkt entspricht. Durch die späte Ein- lassventilschließzeit wird ein Teil der in den Zylinder gesaugten Luft wieder ausgestoßen. Somit wird während des Durchfahrens des Resonanzbereichs eine Einstellung der Steuerzeiten vorgenommen, mit welcher nicht das in diesem Drehzahlbereich maximal mögliche Drehmoment erzeugt wird.

Nach einer möglichen Ausgestaltung erfolgt vor dem Erreichen des Resonanzbereichs eine Verstellung der Steuerzeiten von„früh" in Richtung„spät". Hierdurch können Vorteile hinsichtlich einer hohen initialen Füllung des Brennraums mit einem schwingungsarmen weiteren Hochlaufen der Brennkraftma- schine kombiniert werden.

Besonders gut zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich elektromechanische Nockenwellenversteller. Insbesondere kann es sich hierbei um Nockenwellenversteller mit Dreiwellengetriebe handeln, wie prinzi- piell zum Beispiel aus der WO 2006/074734 A1 bekannt. Die Verstellung der Steuerzeiten der Brennkraftmaschine erfolgt dabei nicht notwendigerweise mit konstanter Verstellgeschwindigkeit. Vielmehr kann die Verstellung beispielsweise auch mit variierender Geschwindigkeit oder intermittierend erfolgen. Be- sonders für weniger komplexe Verstellvorgänge sind auch hydraulisch betätigte Nockenwellenversteller geeignet. Die Verwendung solcher Versteller mit Verstellvorgängen in der Startphase der Brennkraftmaschine setzt voraus, dass in dieser Phase ein ausreichender Hydraulikdruck erzeugbar ist.

In allen Fällen befindet sich zum Zeitpunkt des Schließens der Einlassventile, sofern dies innerhalb des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads geschieht, die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in einer Winkelstellung von mindestens 10°, vorzugsweise mindestens 25°, beispielsweise mindestens 45°, vor oder nach dem unteren Ladungswechseltotpunkt. Vorzugsweise wird der Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads in einem Zeitraum zwischen erster und dritter Zündung der Brennkraftmaschine durchfahren.

Unabhängig von der mechanischen Ausgestaltung des Verstellmechanismus und des während der Startphase der Brennkraftmaschine realisierten Verstellmodus ist eine Drosselklappe der Brennkraftmaschine während des Startvorgangs, vor dem Erreichen der Leerlaufdrehzahl, insbesondere während des Betriebs der Brennkraftmaschine im Resonanzbereich des Zweimassenschwungrads, vorzugsweise auf einen Öffnungswinkel von mindestens 3°, ins- besondere auf einen Öffnungswinkel von mindestens 10°, eingestellt.

Die Einstellung der Phasenlage der Einlassnockenwelle auf „spät", sofern der Resonanzbereich des Zweimassenschwungrads mit dieser Einstellung durchfahren wird, kann bereits vor dem Motorstart oder erst nach dem Andrehen der Kurbelwelle erfolgen. In beiden Fällen ist der Verstellvorgang in Richtung „spät" vor dem Erreichen des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads abgeschlossen. Die späte Steuerzeit, insbesondere Einlassventilschließzeit, wird vorzugsweise mindestens bis zu einer Drehzahl der Brennkraftmaschine von 400 Umdrehungen pro Minute gehalten. Analoges gilt, wenn während des Durchfahrens des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads die Phasenlage der Einlassnockenwelle, quasi um den unteren Totpunkt gespiegelt, derart auf „früh" eingestellt ist, dass das Einlassventil bei einer Kurbelwellenstellung von mindestens 10°, 25° oder 45° vor dem unteren Ladungswechsel- totpunkt schließt. Die Phasenlage der Einlassnockenwelle bleibt nicht notwendigerweise während des gesamten Durchfahrens des Resonanzbereichs gleich. Dies gilt entsprechend auch bei Mechanismen der Ventilsteuerung, bei welchen die Steuerzeiten nicht durch Nockenwellenverstellung variiert werden.

Insbesondere während des Durchfahrens des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads kann jedoch die Phasenlage der Einlassnockenwelle auf einen konstanten Wert geregelt werden. Dies gilt auch in Fällen, in denen der Resonanzbereich des Zweimassenschwungrads mit einer Einstellung der Ein- lassventilschließzeit auf mindestens 10° vor dem unteren Ladungswechseltotpunkt, das heißt mit ausgeprägter„Früh"-Einstellung, durchfahren wird. In diesen Fällen kann vor dem Erreichen des Resonanzbereichs des Zweimassenschwungrads eine Verstellung der Steuerzeiten in Richtung „früh" erfolgen, wobei auch diese Verstellung entweder bereits vor dem Motorstart oder erst nach dem Andrehen der Kurbelwelle beginnen kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst durch eine Steuereinheit einer Brennkraftmaschine, welche zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ausgebildet ist.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt:

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 den Verlauf der Kurbelwellendrehzahl sowie Steuerzeiteneinstellungen einer Brennkraftmaschine während des Motorstarts.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

In der einzigen Figur ist in Abhängigkeit von der Zeit t die Drehzahl n der Kurbelwelle einer in einem Fahrzeug eingebauten Brennkraftmaschine, nämlich eines Vierzylinder-Hubkolbenmotors, sowie der Phasenwinkel φ einer Einlass- nockenweile desselben Motors in Relation zur Kurbelwelle dargestellt. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich um einen Dieselmotor. Alternativ könnte es sich auch um einen Ottomotor handeln. In jedem Fall ist das Fahrzeug mit einem Zweimassenschwungrad ausgerüstet. Hinsichtlich des prinzipiellen Auf- baus sowie der Funktion eines Zweimassenschwungrads wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.

Einzelne Verbrennungsvorgänge beim Start des Motors drücken sich im Verlauf der Drehzahl n, wie in Fig. 1 ersichtlich, in lokalen Maxima aus. Der erste Verbrennungsvorgang beim Starten des Motors - genauer: derjenige Zeitpunkt während des Motorstarts, zu welchem durch den ersten Verbrennungsvorgang das erste lokale Drehmomentmaximum auftritt - ist in Fig. 1 mit V markiert.

Innerhalb des Startvorgangs wird unterschieden zwischen einer Initialphase IP, welche vom Zeitpunkt t 0 , das heißt dem Zeitpunkt des Beginns der Rotation der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, bis zum Zeitpunkt ti dauert, und einem Resonanzbereich RB, welcher vom Zeitpunkt ti bis zum Zeitpunkt t 2 durchfahren wird und in welchem es bauartbedingt zu signifikanten Resonanzschwingungen des Zweimassenschwungrads kommen kann. Der Zeitpunkt ti liegt vor dem durch die erste Zündung in einem Zylinder der Brennkraftmaschine ausgelösten Druck- und damit Drehmomentanstieg.

Der Resonanzbereich RB wird verlassen, bevor die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine erreicht ist. Zusätzlich können weitere Komponenten im Antriebsstrang oder an anderer Stelle des Fahrzeugs innerhalb des Resonanzbereichs RB zu im Fahrzeug wahrnehmbaren Schwingungen angeregt werden. Insbesondere kann es sich hierbei um Schwingungen handeln, welche in Komponenten der Lenkung des Fahrzeugs übertragen werden und im Lenkrad spürbar sind.

Bereits zu Beginn des Motorstarts, vor Erreichen des Resonanzbereichs RB, wird ein Nockenwellenversteller auf der Einlassseite der Brennkraftmaschine von der in Fig. 1 mit F bezeichneten Einstellung„Früh" in die mit S bezeichnete Einstellung„Spät" verstellt. Bei Einstellung auf S schließt das Einlassventil der Brennkraftmaschine bei einem Winkel der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine von mindestens 10°, insbesondere mindestens 25°, beispielsweise mindestens 45°, nach dem unteren Ladungswechseltotpunkt. Alternativ könnten im Reso- nanzbereich RB auch Einstellungen der Steuerzeiten gewählt werden, bei welchen das Einlassventil deutlich vor dem unteren Totpunkt, nämlich mindestens 10°, 25° oder 45° vor dem unteren Ladungswechseltotpunkt, schließt.

Mit dieser Einstellung der Steuerzeit wird der gesamte Resonanzbereich RB durchfahren. Anschließend, noch vor oder nach Erreichen der Leerlaufdrehzahl, sind nicht dargestellte weitere Veränderungen der Steuerzeit möglich.

Innerhalb der Initialphase IP ist in Fig. 1 gestrichelt ein alternativer Verlauf der Verstellung der Nockenwelle und damit der Steuerzeiten der Brennkraftma- schine skizziert. Im Vergleich zu dem vorstehend erläuterten Betriebsverfahren wird hierbei die Nockenwelle bereits in einem früheren Zeitraum, welcher bereits vor dem Zeitpunkt t 0 beginnen kann, von der„Früh"-Einstellung F zur „Spä -Einstellung S verstellt. Das anhand der Figur am Beispiel eines Vierzylindermotors erläuterte Verfahren ist auch bei Verbrennungsmotoren mit geringerer oder höherer Zylinderzahl anwendbar. Insbesondere kann das Verfahren beim automatischen Anlassen im Rahmen eines Start-Stopp-Systems zum Einsatz kommen.

Bezugszeichenliste φ Phasenwinkel F „Früh"-Einstellung

IP Initialphase

n Drehzahl

RB Resonanzbereich

S „Spät" -Einstellung

t Zeit

t 0 Zeitpunkt

ti Zeitpunkt

t 2 Zeitpunkt

V Verbrennungsvorgang