DE102004024838A1

DE102004024838A1 - Steuersystem und Steuerverfahren für eine Ventilbetätigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004024838A1
Application number: DE102004024838A
Authority: DE
Inventors: Robert A. Peoria Kagy; Steven J. Mapleton Funke; Jason K. Peoria Bloms
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2005-02-10
Also published as: US20060065221A1; US20050011479A1; US7228828B2; US6976459B2

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung eines Motors mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung wird vorgesehen. Der Motor wird gestartet. Ein erster Parameter, der eine erste Temperatur des Motors anzeigt, wird abgefühlt. Ein zweiter Parameter, der eine zweite Temperatur des Motors anzeigt, wird abgefühlt. Die Ventilbetätigungsvorrichtung wird ausgeschaltet, um zu verhindern, dass eine Variation der herkömmlichen Motorventilbetätigungszeitsteuerung ansprechend darauf eingerichtet wird, dass jede der ersten und zweiten Temperaturen unter einem vorbestimmten Wert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Ventilbetätigungssystem und insbesondere auf ein Steuersystem und ein Steuerverfahren für eine Ventilbetätigungsvorrichtung in einem Ventilbetätigungssystem gerichtet.

Hintergrund

Der Betrieb eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise eines Diesel-Motors, eines Benzin-Motors oder eines Erdgas-Motors kann die Erzeugung von unerwünschten Emissionen verursachen. Diese Emissionen, die Partikel und Stickoxide (NOx) aufweisen können, werden erzeugt, wenn Brennstoff in einer Brennkammer des Motors verbrannt wird. Ein Auslasshub eines Motorkolbens drückt Abgas, welches diese Emissionen aufweisen kann, aus dem Motor heraus. Wenn keine Maßnahmen zur Verringerung von Emissionen stattfinden, werden diese unerwünschten Emissionen schließlich in die Umgebung ausgestoßen.

Die Forschungen sind gegenwärtig darauf gerichtet, die Menge der unerwünschten Emissionen zu verringern, die während des Betriebs eines Motors in die Umgebung ausgestoßen werden. Es wird erwartet, dass eine verbesserte Motorkonstruktion und eine verbesserte Steuerung des Motorbetriebs zu einer Verringerung der Erzeugung von unerwünschten Emissionen führen kann. Viele unterschiedliche Ansätze, wie beispielsweise die Abgasrückzirkulation, die Wassereinspritzung, eine Zeitsteuerung der Brennstoffeinspritzung und Brennstoffformeln haben erwiesenermaßen die Menge der Emissionen reduziert, die während des Betriebs eines Motors erzeugt werden. Nachbehandlungen, wie beispielsweise Fallen und Katalysatoren haben erwiesenermaßen Emissionen aus einem Abgasfluss entfernt. Unglücklicherweise hat der Einbau dieser Ansätze zur Verringerung von Emissionen typischerweise eine Verringerung des gesamt Wirkungsgrades des Motors zur Folge.

Zusätzliche Bemühungen sind darauf gerichtet gewesen, den Motorwirkungsgrad zu verbessern, um den Verlust des Wirkungsgrades aufgrund von Emissionsreduktionssystemen zu kompensieren. Ein solcher Ansatz zur Verbesserung des Motorwirkungsgrades bezieht die Einstellung der Betätigungszeit der Motorventile ein. Beispielsweise kann die Betätigungszeitsteuerung der Einlass- und Auslassventile modifiziert werden, um eine Variation des typischen Diesel- oder Otto-Zyklus einzurichten, was als Miller-Zyklus bekannt ist. In einem Miller-Zyklus mit "spätem Einlass" werden die Einlassventile des Motors während eines Teils des Kompressionshubes des Kolbens offen gehalten. Dies kann eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Motors zur Folge haben.

Ein Motor kann mit einem variablen Ventilbetätigungssystem ausgerüstet sein, welches eine selektive Einstellung der Betätigungszeitsteuerung der Motorventile bietet. Das variable Ventilbetätigungssystem kann gesteuert werden, um selektiv die Ventilbetätigungszeitsteuerung zu übersteuern, die durch ein herkömmliches nockengetriebenes Ventilbetätigungssystem vorgesehen wird. Bei einem herkömmlichen nockengetriebenen Ventilbetätigungssystem werden die Motorventile durch eine Nockenanordnung betätigt, die betriebsmässig mit der Motorkurbelwelle verbunden ist. Eine Drehung der Nockenwelle hat eine entsprechende Drehung einer Nocke zur Folge, die eine oder mehrere Nockenfolgevorrichtungen antreibt. Die Bewegung der Nockenfolgevorrichtungen hat eine Betätigung der Motorventile zur Folge. Somit regelt die Form der Nocke den Zeitpunkt und die Dauer der Ventilbetätigung.

Wie im US-Patent 6 237 551 von Macor und anderen beschrieben, welches am 29. Mai 2001 ausgegeben wurde, kann eine hydraulisch angetriebene Ventilbetätigungsvorrichtung mit einer herkömmlichen Nockenanordnung vorgesehen werden, um eine selektive Anwendung einer Variation der herkömmlichen Ventilbetätigungszeitsteuerung zu gestatten. Insbesondere kann eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung zwischen der Nockenanordnung und dem Motorventil angeordnet sein. Die variable Ventilbetätigungsvorrichtung kann eine Kammer aufweisen, in der Strömungsmittel eingeschlossen ist, um eine hydraulische Verbindung zwischen der Nocke und dem Motorventil einzurichten. Wenn die hydraulische Verbindung eingerichtet ist, wird die gesamte Ventilbewegung, die durch die Form der Nocke vorgesehen wird, verwendet, um das Motorventil zu betätigen. Um den Betätigungszeitpunkt des Motorventils zu variieren, kann ein Steuerventil geöffnet werden, um zu gestatten, das Strömungsmittel aus der Kammer fließt. Das Ablassen des Strömungsmittels unterbricht die hydraulische Verbindung zwischen der Nocke und dem Motorventil, und das Motorventil kann sich schließen, und zwar unabhängig von der Form der Nocke. In dieser Weise kann eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung verwendet werden, um selektiv den Betätigungszeitpunkt eines Motorventils zu variieren.

Veränderungen der Eigenschaften des Strömungsmittels, welches verwendet wird, um ein variables Ventilbetätigungssystem zu betreiben, kann den Betrieb des Betätigungssystems verändern. Eine unerwartete Veränderung der Strömungsmitteleigenschaften kann die Rate verändern, mit der Strömungsmittel in die Kammer der hydraulische Betätigungsvorrichtung hinein und aus dieser heraus fließt. Eine Steigerung oder Verringerung der Strömungsmittelflussrate kann eine Steigerung oder Verringerung der Zeit zur Folge haben, die erforderlich ist, damit die Ventilbetätigungsvorrichtung arbeitet.

Wenn beispielsweise der Motor startet, kann das Betätigungsströmungsmittel eine kalte Temperatur haben und somit eine hohe Viskosität. Die hohe Viskosität des Strömungsmittels steigert die Zeitdauer, die erforderlich ist, damit die Ventilbetätigungsvorrichtung arbeitet. Diese gesteigerte Betriebszeit kann unerwartet den Zeitpunkt der Ventilbetätigung verändern, und kann irgendwelche Leistungssteigerungen reduzieren oder eliminieren, die dadurch erreicht worden sind, dass man eine Variation der herkömmlichen Ventilbetätigungszeitsteuerung einrichtet.

Das Steuersystem und Steuerverfahren der vorliegenden Erfindung löst eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß eines Aspektes ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung eines Motors mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung gerichtet. Ein erster Parameter, der eine erste Temperatur des Motors anzeigt, wird abgefühlt. Ein zweiter Parameter, der eine zweite Temperatur des Motors anzeigt, wird abgefühlt. Die Ventilbetätigungsvorrichtung wird ausgeschaltet, um die Einstellung einer Variation des herkömmlichen Motorventilbetätigungszeitpunktes zu verhindern, und zwar ansprechend darauf, dass jede der ersten und zweiten Temperaturen unter einem vorbestimmten Wert ist.

Gemäß eines weiteren Aspektes ist die vorliegende Erfindung auf ein Ventilbetätigungssystem für einen Motor gerichtet, welches ein Einlassventil besitzt, welches zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist. Die Ventilbetätigungsvorrichtung kommt selektiv mit dem Einlassventil in Eingriff, um zu verhindern, dass das Einlassventil in die erste Position zurückkehrt. Ein erster Sensor fühlt einen ersten Parameter ab, der eine erste Temperatur des Motors anzeigt. Ein zweiter Sensor fühlt einen zweiten Parameter ab, der eine zweite Temperatur des Motors anzeigt. Eine Steuervorrichtung schaltet die Ventilbetätigungsvorrichtung aus, um zu verhindern, dass die Ventilbetätigungsvorrichtungen mit dem Einlassventil in Eingriff kommt, wenn jede der ersten und zweiten Temperaturen unter einem vorbestimmten Wert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht einer Zylinder- und Ventilbetätigungsanordnung gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische und diagrammartige Darstellung eines Motorsystems gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine schematische und diagrammartige Darstellung eines Strömungsmittelversorgungssystems für eine hydraulische Betätigungsvorrichtung gemäß eines beispielhaften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine grafische Darstellung einer beispielhaften Einlassventilbetätigung; und
6 ist ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung
Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Steuersystems für einen Motor 20 mit einem variablen Ventilbetätigungssystem wird in 1 veranschaulicht. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird der Motor 20 als ein Vier-Takt-Diesel-Motor abgebildet und beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Motor 20 irgendeine andere Bauart eines Verbrennungsmotors sein kann, wie beispielsweise ein Benzin-Motor oder ein Erdgas-Motor.
Der Motor 20 weist einen Motorblock 28 auf, der eine Vielzahl von Zylindern 22 definiert. Ein Kolben 24 ist zur verschiebbaren Bewegung zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition innerhalb jedes Zylinders 22 angeordnet. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der Motor 20 sechs Zylinder 22 und sechs assoziierte Kolben 24 auf. Der Fachmann wird erkennen, dass der Motor 20 eine größere oder geringere Anzahl von Kolben 24 aufweisen kann, und dass die Kolben 24 in einer "Reihen-Konfiguration", in einer "V-Konfiguration" oder in irgendeiner anderen herkömmlichen Konfiguration angeordnet sein kann.
Der Motor 20 weist auch eine Kurbelwelle 27 auf, die drehbar innerhalb des Motorblocks 28 angeordnet ist. Eine Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 26 verbindet jeden Kolben 24 mit der Kurbelwelle 27. Jeder Kolben 24 ist mit der Kurbelwelle 27 so gekoppelt, dass eine Gleitbewegung des Kolbens 24 innerhalb des jeweiligen Zylinders 22 eine Drehung der Kurbelwelle 27 zur Folge hat. In ähnlicher Weise wird eine Drehung der Kurbelwelle 27 eine Gleitbewegung des Kolbens 24 zur Folge haben.
Der Motor 20 weist weiter einen Zylinderkopf 30 auf. Der Zylinderkopf 30 definiert einen Einlassdurchlassweg 41, der zu mindestens einem Einlassanschluss 36 für jeden Zylinder 22 führt. Der Zylinderkopf 30 kann weiter zwei oder mehr Einlassanschlüsse 36 für jeden Zylinder 22 definieren.
Ein Einlassventil 32 kann innerhalb jedes Einlassanschlusses 36 angeordnet sein. Das Einlassventil 32 weist ein Ventilelement 40 auf, welches konfiguriert ist, um selektiv den Einlassanschluss 36 zu blockieren. Wie genauer unten beschrieben, kann jedes Einlassventil 32 betätigt werden, um das Ventilelement 40 anzuheben, um dadurch den jeweiligen Einlassanschluss 36 zu öffnen. Die Einlassventile 32 für jeden Zylinder 22 können gleichzeitig oder unabhängig betätigt werden.
Der Zylinderkopf 36 definiert auch mindestens einen Auslassanschluss 38 für jeden Zylinder 22. Jeder Auslassanschluss 38 führt von dem jeweiligen Zylinder 22 zu einem Auslassdurchlassweg 43. Der Zylinderkopf 30 kann weiter zwei oder mehr Auslassanschlüsse 38 für jeden Zylinder 22 definieren.
Ein Auslassventil 34 ist innerhalb jedes Auslassanschlusses 38 angeordnet. Das Auslassventil 34 weist ein Ventilelement 48 auf, welches konfiguriert ist, um selektiv den Auslassanschluss 38 zu blockieren. Wie genauer unten be schrieben kann jedes Auslassventil 34 betätigt werden, um das Ventilelement 48 anzuheben, um dadurch den jeweiligen Auslassanschluss 38 zu öffnen. Die Auslassventile 34 für jeden Zylinder 22 können gleichzeitig oder unabhängig betätigt werden.
2 veranschaulicht ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel von einem Zylinder 22 des Motors 20. Wie gezeigt, definiert der Zylinderkopf 30 ein Paar von Einlassanschlüssen 36, die den Einlassdurchlassweg 41 mit dem Zylinder 22 verbinden. Jeder Einlassanschluss 36 weist einen Ventilsitz 50 auf. Ein Einlassventil 32 ist innerhalb jedes Einlassanschlusses 36 angeordnet. Das Ventilelement 40 von dem Einlassventil 32 ist konfiguriert, um mit dem Ventilsitz 50 in Eingriff zu kommen. Wenn das Einlassventil 32 in einer geschlossenen Position ist, steht das Ventilelement 40 in Eingriff mit dem Ventilsitz 50, um den Einlassanschluss 36 zu schließen und den Strömungsmittelfluss relativ zum Zylinder 22 zu blockieren. Wenn das Einlassventil 32 aus der geschlossenen Position angehoben wird, gestattet das Einlassventil 32 einen Strömungsmittelfluss relativ zum Zylinder 22.
In ähnlicher Weise kann der Zylinderkopf 30 zwei oder mehr Auslassanschlüsse 38 definieren (von denen nur einer in 1 veranschaulicht ist), die den Zylinder 22 mit dem Auslassdurchlassweg 43 verbinden. Ein Auslassventil 34 ist innerhalb jedes Auslassanschlusses 38 angeordnet. Ein Ventilelement 48 von jedem Auslassventil 34 ist konfiguriert, um den Auslassanschluss 38 zu schließen, wenn das Auslassventil 34 in einer geschlossenen Position ist, und den Strömungsmittelfluss relativ zum Zylinder 22 zu blockieren. Wenn das Auslassventil 34 aus der geschlossenen Position angehoben wird, gestattet das Auslassventil 32 einen Strömungsmittelfluss relativ zum Zylinder 22.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist der Motor 20 eine Reihe von Ventilbetätigungsanordnungen 44 auf. Eine Ventilbetätigungsanordnung 44 kann betriebsmässig mit jedem Paar von Einlassventilen 32 für jeden Zylinder 22 assoziiert sein. Jede Ventilbetätigungsanordnung 44 ist betreibar, um das assoziierte Einlassventil 32 oder Auslassventil 34 aus einer ersten oder geschlossenen Position in eine zweite oder offene Position zu bewegen oder "anzuheben".
In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der 2 weist die Ventilbetätigungsanordnung 44 eine Brücke 54 auf, die mit jedem Ventilelement 40 durch ein Paar von Ventilschäften 46 verbunden ist. Eine Feder 56 kann um jeden Ventilschaft 46 zwischen dem Zylinderkopf 30 und der Brücke 54 angeordnet sein. Die Feder 56 wirkt dahingehend, dass sie beide Ventilelemente 40 in Eingriff mit dem jeweiligen Ventilsitz 50 vorspannt, um dadurch jeden Einlassanschluss 36 zu schließen.
Die Ventilbetätigungsanordnung 44 kann auch einen Kipphebel 64 aufweisen. Der Kipphebel 64 ist konfiguriert, um sich um einen Schwenkpunkt 66 zu drehen. Ein Ende 68 des Kipphebels 64 ist mit der Brücke 54 verbunden. Das gegenüberliegende Ende des Kipphebels 64 ist mit einer Nockenanordnung 52 verbunden. Die Nockenanordnung 52 kann eine Nocke 60 aufweisen, die einen Nockenansatz hat und an einer Nockenwelle montiert ist, weiter eine Druckstange 61 und eine Nockenfolgevorrichtung 62. Der Fachmann wird erkennen, dass die Nockenanordnung 52 andere Konfigurationen haben kann, wie beispielsweise eine solche Konfiguration, wo die Nocke 60 direkt auf den Kipphebel 64 wirkt.
Die Ventilbetätigungsanordnung 44 kann durch die Nocke 60 angetrieben werden. Die Nocke 60 ist mit der Kurbelwelle 27 verbunden, so dass eine Drehung der Kurbelwelle 27 eine entsprechende Drehung der Nocke 60 einleitet. Die Nocke 60 kann mit der Kurbelwelle 27 durch irgendwelche Mittel verbunden sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich sind, wie beispielsweise durch eine (nicht gezeigte) Getriebereduktionsanordnung. Wie der Fachmann erkennen wird, wird eine Drehung der Nocke 60 bewirken, dass die Nockenfolgevorrichtung 62 und die assoziierte Druckstange 61 sich periodisch zwischen einer oberen und einer unteren Position hin und her bewegen.
Die Hin- und Herbewegung der Druckstange 61 bewirkt, dass der Kipphebel 64 um den Schwenkpunkt 66 schwenkt. Wenn die Druckstange 61 sich in der Richtung bewegt, die von dem Pfeil 58 angezeigt wird, wird der Kipphebel 64 schwenken und die Brücke 54 in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Die Bewegung der Brücke 54 bewirkt, dass jedes Einlassventil 32 sich anhebt und die Einlassanschlüsse 36 öffnet. Wenn die Nocke 60 sich weiter dreht, werden die Federn 56 auf die Brücke 54 wirken, um jedes Einlassventil 32 in die geschlossene Position zurückzubringen.
In dieser Weise steuern die Form und Orientierung der Nocke 60 die Zeitsteuerung der Betätigung der Einlassventile 32. Wie der Fachmann erkennen wird, kann die Nocke 60 so konfiguriert sein, dass sie die Betätigung der Einlassventile 32 mit der Bewegung des Kolbens 24 koordiniert. Beispielsweise kann die Nocke 60 so konfiguriert sein, dass sie die Einlassventile 32 mit einer herkömmlichen Ventilzeitsteuerung betätigt. Bei einer herkömmlichen Ventilzeitsteuerung können die Einlassventile 32 betätigt werden, um die Einlassanschlüsse 36 zu öffnen, wenn der Kolben 24 auf oder nahe einer oberen Totpunktposition beim Beginn eines Einlasshubes ist, um zu gestatten, dass Luft aus dem Einlassdurchlassweg 41 in den Zylinder 22 fließt. Bei der herkömmlichen Ventilzeitsteuerung können die Einlassventile 32 zu einer geschlossenen Position zurückkehren, wenn der Kolben 24 auf oder nahe einer unteren Totpunktposition am Ende des Einlasshubes ist, um den Luftfluss in den Zylinder 22 zu stoppen.
Eine ähnliche Ventilbetätigungsanordnung 44 kann mit den Auslassventilen 34 verbunden sein. Eine zweite (nicht gezeigte) Nocke kann mit der Kurbelwelle 27 verbunden sein, um die Betätigungszeitsteuerung der Auslassventile 34 zu steuern. Bei einer herkömmlichen Ventilzeitsteuerung können die Auslassventile 34 betätigt werden, um die Auslassanschlüsse 38 zu öffnen, wenn der Kolben 24 auf oder nahe einer unteren Totpunktposition in einem Auslasshub ist, um zu gestatten, dass das Abgas aus dem Zylinder 22 in den Auslassdurchlassweg 43 fließt. Bei der herkömmlichen Ventilzeitsteue rung können die Auslassventile 34 geschlossen werden, wenn der Kolben 24 auf oder nahe einer oberen Totpunktposition im Auslasshub ist, um den Fluss der Abgase in den Auslassdurchlassweg 43 zu stoppen.
Wie in 3 gezeigt, kann der Motor 20 innerhalb eines Motorsystems 200 vorgesehen sein. Das Motorsystem 200 kann eine Reihe von Hilfssystemen aufweisen. Beispielsweise kann das Motorsystem 200 ein Brennstoffeinspritzsystem 202, ein Ventilbetätigungssystem 204, ein Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 und ein Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 aufweisen. Es wird in Betracht gezogen, dass das Motorsystem 200 alternative und/oder zusätzliche Hilfssysteme aufweisen kann.
Das Brennstoffeinspritzsystem 202 kann eine Reihe von (nicht gezeigten) Brennstoffeinspritzvorrichtungen aufweisen. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung kann gesteuert werden, um eine gewisse Menge von Brennstoff in jeden Zylinder 22 des Motors 20 einzuspritzen, und zwar basierend auf den Anforderungen vom Bediener und/oder basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Motors 20. Jede Brennstoffeinspritzung kann aus mehreren "Schüssen" von Brennstoff bestehen, wie beispielsweise aus einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung.
Es wird in Betracht gezogen, dass die Brennstoffeinspritzvorrichtungen von irgend einer Bauart einer Brennstoffeinspritzvorrichtung sein können, die gewöhnlicherweise bei einem Verbrennungsmotor verwendet werden. Beispielsweise können die Brennstoffeinspritzvorrichtungen mechanisch, hydraulisch oder elektrisch betätigt werden. Zusätzlich können die Brennstoffeinspritzvorrichtungen durch eine Kombination von mechanischen, hydraulischen und elektrischen Kräften angetrieben werden.
Das Ventilbetätigungssystem 204 des Motorsystems 200 kann geeignet sein, die Betätigungszeitpunkte der Motorventile zu variieren. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel, welches in den beigefügten Figuren veranschaulicht ist, wird das Ventilbetätigungssystem 204 als ein "System mit verlänger ter Bewegung" gezeigt, wo die Ventilbetätigungszeitsteuerung über die Form der Nocke hinaus verlängert werden kann. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Konzepte der vorliegenden Offenbarung auf andere Arten von variablen Ventilbetätigungssystemen angewandt werden können, wie beispielsweise auf Systeme mit "verlorener Bewegung", wo die Ventilbetätigungszeit verkürzt oder verringert wird, und zwar von der Form der Nocke.
Das Ventilbetätigungssystem 204 weist eine Reihe von Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 auf (siehe 2 und 4). Wie in 2 gezeigt, kann eine Ventilbetätigungsvorrichtung 70 mit den Einlassventilen 32 assoziiert sein. Eine ähnliche Ventilbetätigungsvorrichtung 70 kann mit Einlassventilen 32 für jeden Zylinder 22 im Motor 20 assoziiert sein (siehe 1).
Jede Ventilbetätigungsvorrichtung 70 kann einen Betätigungsvorrichtungszylinder 72 aufweisen, der eine Betätigungsvorrichtungskammer 76 definiert. Ein Betätigungsvorrichtungskolben 74 ist verschiebbar innerhalb des Betätigungsvorrichtungszylinders 72 angeordnet und ist mit einer Betätigungsvorrichtungsstange 78 verbunden. Eine (nicht gezeigte) Rückstellfeder kann auf den Betätigungsvorrichtungskolben 74 wirken, um den Betätigungsvorrichtungskolben 74 in eine Anfangsposition zurückzustellen. Die Betätigungsvorrichtungsstange 78 ist mit einem Ende 68 des Kipphebels 64 in Eingriff zu bringen. Es sei jedoch bemerkt, dass die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit einem anderen Teil der Ventilbetätigungsanordnung 44 in Eingriff sein kann.
Eine Strömungsmittelleitung 80 ist mit der Betätigungsvorrichtungskammer 76 verbunden. Unter Druck gesetztes Strömungsmittel kann durch die Strömungsmittelleitung 80 in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 geleitet werden, um den Betätigungsvorrichtungskolben 74 innerhalb des Betätigungsvorrichtungszylinders 72 zu bewegen. Die Bewegung des Betätigungsvorrichtungskolbens 74 bewirkt, dass die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit dem Ende 68 des Kipphebels 64 in Eingriff kommt.
Strömungsmittel kann in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 eingeleitet werden, wenn die Einlassventile 32 in der offenen Position sind, um die Betätigungsvorrichtungsstange 78 in Eingriff mit dem Kipphebel 64 zu bewegen, um dadurch die Einlassventile 32 in der offenen Position zu halten. Alternativ kann Strömungsmittel in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 eingeleitet werden, wenn die Einlassventile 32 in der geschlossenen Position sind, um die Betätigungsvorrichtungsstange 78 in Eingriff mit dem Kipphebel 64 zu bewegen, und den Kipphebel 64 um den Schwenkpunkt 66 zu schwenken, um dadurch die Einlassventile 32 zu öffnen.
Wie in den 1 und 4 veranschaulicht, kann eine Strömungsmittelquelle 84 Strömungsmittel aus einem Tank 87 ziehen, der eine Strömungsmittelversorgung enthält, welches beispielsweise hydraulisches Strömungsmittel, ein Schmieröl, ein Getriebeströmungsmittel oder Brennstoff sein kann. Mit Bezug auf 4 kann die Strömungsmittelquelle 84 den Druck des Strömungsmittels steigern und das Strömungsmittel in eine Hauptgallerie 83 leiten. Die Strömungsmittelquelle 84 und die Hauptgallerie 83 können Teil eines Schmierungssystems sein, wie es typischerweise einen Verbrennungsmotor begleitet. Die Hauptgallerie 83 kann unter Druck gesetztes Strömungsmittel enthalten, welches beispielsweise einen Druck von weniger als 700 kPa (100 psi) haben kann, oder insbesondere einen Druck zwischen ungefähr 210 kPa und 620 kPa (30 psi und 90 psi) haben kann. Alternativ kann die Quelle für hydraulisches Strömungsmittel eine Pumpe sein, die konfiguriert ist, um Strömungsmittel mit einem höheren Druck zu liefern, wie beispielsweise zwischen ungefähr 10 MPa und 35 MPa (1450 psi und 5000 psi).
Ein Strömungsmittelversorgungssystem 79 verbindet die Hauptgallerie 83 mit den Ventilbetätigungsvorrichtungen 70. Eine einschränkende Zumessöffnung 75 kann in der Strömungsmittelleitung 85 zwischen der Hauptgallerie 83 und einem ersten Ende der Strömungsmittel-Rail 86 positioniert sein. Ein Steuerventil 82 kann mit einem gegenüberliegenden Ende der Strömungsmittel-Rail 86 verbunden sein und zum Tank 87 führen. Das Steuerventil 82 kann geöffnet sein, um einen Fluss von Strömungsmittel durch die einschränkende Zumessöffnung 75 und die Strömungsmittel-Rail 86 in den Tank 87 zu gestatten. Das Steuerventil 82 kann geschlossen werden, um einen Druckaufbau im Strömungsmittel innerhalb der Strömungsmittel-Rail 86 zu gestatten.
Die Strömungsmittel-Rail (Druckleitung) 86 kann unter Druck gesetztes Strömungsmittel zu einer Reihe von Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 liefern. Jede Ventilbetätigungsvorrichtung 70 kann entweder mit den Einlassventilen 32 oder den Auslassventilen 34 eines speziellen Motorzylinders 22 assoziiert sein (siehe 1). Die Strömungsmittelleitungen 80 leiten unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Strömungsmittel-Rail 86 in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 von jeder Ventilbetätigungsvorrichtung 70.
Ein Richtungssteuerventil 88 kann in jeder Strömungsmittelleitung 80 angeordnet sein. Jedes Richtungssteuerventil 88 kann geöffnet werden, um zu gestatten, dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel zwischen der Strömungsmittel-Rail 86 und der Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Jedes Richtungssteuerventil 88 kann geschlossen werden, um zu verhindern, dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel zwischen der Strömungsmittel-Rail 86 und der Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Das Richtungssteuerventil 88 kann normalerweise in eine geschlossene Position vorgespannt sein und kann betätigt werden, um zu gestatten, das Strömungsmittel durch das Richtungssteuerventil 88 fließt. Alternativ kann das Richtungssteuerventil 88 normalerweise in eine offene Position vorgespannt sein und betätigt werden, um zu verhindern, das Strömungsmittel durch das Richtungssteuerventil 88 fließt. Der Fachmann wird erkennen, dass das Richtungssteuerventil 88 irgend eine Bauart eines steuerbaren Ventils sein kann, wie beispielsweise ein Verriegelungsventil mit zwei Spulen (Latching-Ventil).
Der Fachmann wird auch erkennen, dass das Strömungsmittelversorgungssystem 79 eine Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen haben kann und eine Vielzahl von unterschiedlichen Komponenten aufweisen kann. Bei spielsweise kann das Strömungsmittelversorgungssystem 79 eine oder mehrere (nicht gezeigte) Rückschlagventile aufweisen. Ein erstes Rückschlagventil kann parallel zu dem Richtungssteuerventil 88 zwischen der einschränkenden Zumessöffnung 75 und der Ventilbetätigungsvorrichtung 70 angeordnet sein. Ein zweites Rückschlagventil kann in der Strömungsmittelleitung 85 zwischen der Hauptgallerie 83 und der Strömungsmittel-Rail 86 angeordnet sein. Zusätzlich kann das Strömungsmittelversorgungssystem 79 eine Quelle für Hochdruck-Strömungsmittel aufweisen. Das Strömungsmittelversorgungssystem 79 kann auch ein Einstellventil aufweisen, welches die Rate des Strömungsmittelflusses von der Ventilbetätigungsvorrichtung 70 steuert, und ein Dämpfungssystem, welches einen Akkumulator und eine eingeschränkte Zumessöffnung aufweisen kann, welches Druckoszillationen in der Betätigungsvorrichtungskammer 76 und der Strömungsmittelleitung 80 verhindert.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Steuervorrichtung 100 mit jeder Ventilbetätigungsanordnung 44 und mit dem Steuerventil 82 verbunden. Die Steuervorrichtung 100 kann ein elektronisches Steuermodul aufweisen, welches einen Mikroprozessor und einen Speicher hat. Wie es dem Fachmann bekannt ist, ist der Speicher mit dem Mikroprozessor verbunden und speichert einen Anweisungssatz und Variable. Mit dem Mikroprozessor und mit einem Teil des elektronischen Steuermoduls sind verschiedene andere bekannte Schaltungen verbunden, wie beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung und eine Elektromagnettreiberschaltung u. a.
Wie in 3 gezeigt, kann die Steuervorrichtung 100 mit den verschiedenen Hilfssystemen im Motorsystem 200 verbunden sein. Die Steuervorrichtung 100 kann programmiert sein, um einen oder mehrere Aspekte des Betriebs des Motors 20 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 programmiert sein, um das Brennstoffeinspritzsystem 202 und das Ventilbetätigungssystem 204 zu programmieren. Die Steuervorrichtung 100 kann den Motor 20 basierend auf den gegenwärtigen Betriebsbedingungen des Motors und/oder basierend auf Anweisungen steuern, die von einem Bediener aufgenommen werden.
Die Steuervorrichtung 100 kann Informationen zu einem oder mehreren Sensoren aufnehmen, die betriebsmässig mit dem Motor 20 verbunden sind. Jeder der Sensoren kann so konfiguriert sein, dass er einen Betriebsparameter des Motors 20 abfühlt. Beispielsweise kann ein erster Temperatursensor 210 am Motor 20 angeordnet sein, um eine Anzeige der Temperatur des Motorkühlmittels zu liefern, und ein zweiter Temperatursensor 212 kann am Motor 20 angeordnet sein, um eine Anzeige der Temperatur einer Einlasssammelleitung zu liefern. Zusätzlich, wie in 4 gezeigt, können Strömungsmittelsensoren 90 und 91 mit dem Strömungsmittelversorgungssystem 79 verbunden sein, um die Temperatur und/oder den Druck des Strömungsmittels innerhalb des Strömungsmittelversorgungssystems 79 abzufühlen.
Der Motor 20 kann weiter mit einem Sensor ausgerüstet sein, der konfiguriert ist, um den Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 zu überwachen. Die Position der Kolben 24 innerhalb ihrer jeweiligen Zylinder 22 kann durch den Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 bestimmt werden. Wie der Fachmann erkennen wird, bewegt sich ein Kolben in einem herkömmlichen Vier-Takt-Diesel-Zyklus zwischen einer oberen Totpunktposition und einer unteren Totpunktposition hin und her über einen Verbrennungshub, einen Auslasshub, einen Einlasshub und einen Kompressionshub bzw. Verdichtungshub. Jeder Kolbenhub entspricht ungefähr 180° der Kurbelwellendrehung. Somit kann der Kolben 24 den Verbrennungshub bei ungefähr 0° beginnen, den Auslasshub bei ungefähr 180°, den Einlasshub bei ungefähr 360° und den Kompressionshub bei ungefähr 540°.
Der Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle 27 ist auch in Beziehung mit dem Betätigungszeitpunkt der Einlassventile 32 und der Auslassventile 34. Eine beispielhafte Kurvendarstellung 102, die die Beziehung zwischen der Einlassventilbetätigung 104 und dem Winkel der Kurbelwelle 27 anzeigt, ist in
5 veranschaulicht. Wie gezeigt, beginnt das Einlassventil 32, bei ungefähr 360° Drehung der Kurbelwelle sich zu öffnen, das heißt, wenn der Kolben 24 auf oder nahe einer oberen Totpunktposition eines Einlasshubes 106 ist.
Die Steuervorrichtung 100 kann das Ventilbetätigungssystem 204 einschalten, um eine Veränderung der herkömmlichen Betätigungszeitsteuerung der Einlassventile 32 einzurichten. Die Steuervorrichtung 100 kann die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 einschalten, indem sie das Steuerventil 82 schließt (siehe 4). Dies gestattet, dass der Strömungsmitteldruck in der Strömungsmittel-Rail 86 ansteigt. Wie genauer unten beschrieben, kann das unter Druck gesetzte Strömungsmittel in die Betätigungsvorrichtungskammern 76 fließen, um den Verschluss der Einlassventile 32 zu verzögern. Wie beispielsweise in 5 gezeigt, kann der Verschluss der Einlassventile 32 gegenüber einem herkömmlichen Verschluss 110 auf einen verzögerten Verschluss 108 verzögert werden.
Die Steuervorrichtung 100 kann das Ventilbetätigungssystem 204 ausschalten, um zu verhindern, dass eine Variation der herkömmlichen Betätigungszeitsteuerung der Einlassventile 32 eingerichtet wird, und zwar durch Öffnen des Steuerventils 82 (siehe 4). Wenn das Steuerventil 82 offen ist, wird Strömungsmittel durch die Strömungsmittel-Rail 86 ohne eine beträchtliche Steigerung des Druckes fließen. Unter diesen Bedingungen kann Strömungsmittel nicht in die Betätigungsvorrichtungskammern 76 fliessen. Entsprechend können die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 nicht den Verschluss der Einlassventile 32 verzögern.
Mit Bezug auf 3 kann die Steuervorrichtung 100 auch mit dem Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 und dem Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 des Motorsystems 200 verbunden sein, um das Ventilbetätigungssystem 204 zu überwachen und sicherzustellen, dass die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 ordnungsgemäß arbeiten. Das Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 kann einen oder mehrere (nicht gezeigte) Sensoren aufweisen, die betriebsmässig mit dem Ventilbetätigungssystem 204 und/oder mit dem Motor 20 verbunden sind. Jeder Sensor kann geeignet sein, einen Betriebsparameter abzufühlen, der den Betrieb der Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 anzeigt. Das Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 sammelt Informationen bezüglich des Betriebs der Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 und liefert diese Informationen an das Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208. Das Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 kann die Informationen verwenden, die von dem Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 geliefert werden, um den Grund für irgendein detektiertes Problem im Betrieb des Ventilbetätigungssystems 204 zu bestimmen.
Das Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 kann irgend einen von verschiedenen unterschiedlichen Parametern überwachen, um Informationen zu erhalten, die mit dem Betrieb des Ventilbetätigungssystems 204 in Beziehung stehen. Beispielsweise kann das Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 einen (nicht gezeigten) Stromsensor aufweisen, der geeignet ist, einen Strom abzufühlen, und der an das Richtungssteuerventil 88 übertragen wird. Eine Modulation des Stroms, der an das Richtungssteuerventil 88 angelegt wird, kann auftreten, wenn das Richtungssteuerventil 88 eine geschlossene Position erreicht. Diese Modulation des Stroms kann verursacht werden durch eine Veränderung des Widerstandes und/oder der Induktivitäten des Richtungssteuerventils 88, wenn das Ventil die geschlossene Position erreicht. Wenn keine Auslenkung des Stroms während des Betriebs der Ventilbetätigungsvorrichtung 70 detektiert wird, kann die Steuervorrichtung 100 diesen Zustand als ein mögliches Versagen des Richtungssteuerventils 88 und der Ventilbetätigungsvorrichtung 70 identifizieren.
Das Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 kann auch einen Motorsensor 214 aufweisen, der geeignet ist, einen Betriebsparameter des Motors 20 abzufühlen. Beispielsweise kann der Motorsensor 14 die Drehzahl der Kurbelwelle 27 abfühlen, weiter das vom Motor 20 abgegebene Drehmoment und/oder den Druck innerhalb von einem oder mehreren Zylindern 22. Die Steuervorrichtung 100 kann einen oder mehrere dieser Parameter überwa chen, um zu überprüfen, ob die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 ordnungsgemäß arbeiten. Eine unerwartete Steigerung oder Verringerung von einem oder mehreren dieser Parameter kann anzeigen, dass die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 nicht ordnungsgemäß arbeiten.
Die Steuervorrichtung 100 kann auch eine Kombination der Motorparameter überwachen und analysieren, um zu bestimmen, ob die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 ordnungsgemäß arbeiten. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 den Druck innerhalb des Zylinders 22 als eine Funktion des Winkels der Kurbelwelle 27 und/oder der Position des Kolbens 24 überwachen. Die Steuervorrichtung 100 kann auch einen abgeschätzten Zylinderdruck als eine Funktion der Kolbenposition für die gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen bestimmen. Die Steuervorrichtung 100 kann den überwachten Zylinderdruck mit dem vorhergesagten Zylinderdruck bei unterschiedlichen Kolbenpositionen vergleichen. Eine beträchtliche Differenz zwischen dem vorhergesagten Zylinderdruck und dem überwachten Zylinderdruck kann anzeigen, dass die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 nicht ordnungsgemäß arbeitet.
Alternativ kann die Steuervorrichtung 100 die Bewegung der Betätigungsvorrichtungsstange 78 und/oder des Betätigungsvorrichtungskolbens 74 durch einen (nicht gezeigten) Positionssensor überwachen. Die Betätigungsvorrichtungsstange 78 und der Betätigungsvorrichtungskolben 74 sollten sich in einem hin und her laufenden Muster bewegen, wenn die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 ordnungsgemäß arbeitet. Wenn der Betätigungsvorrichtungskolben 74 oder die Betätigungsvorrichtungsstange 78, sich nicht ordnungsgemäß bewegen kann, kann dies anzeigen, dass die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 nicht ordnungsgemäß funktioniert.
Die Steuervorrichtung 100 kann auch den Druck des hydraulischen Strömungsmittels innerhalb der Betätigungsvorrichtungskammer 76 oder innerhalb des Strömungsmittelsystems 79 durch den Strömungsmittelsensor 91 überwachen (siehe 4). Wenn die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 ordnungsgemäß arbeiten, wird der Druck des Strömungsmittels innerhalb jeder Betätigungsvorrichtungskammer 76 ansteigen, wenn die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit dem Ende 68 des Kipphebels 64 in Eingriff kommt. Der Druck des Strömungsmittels innerhalb der Strömungsmittel-Rail 86 wird fluktuieren, wenn Strömungsmittel in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 hinein und aus dieser heraus fließt. Entsprechend kann, wenn der Strömungsmittelsensor 91 die Druckfluktuationen nicht detektieren kann, dies anzeigen, dass die Ventilbetätigungsvorrichtung nicht ordnungsgemäß arbeitet.
Mit Bezug auf 3 kann die Steuervorrichtung 100 auch mit dem Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 verbunden sein. Wie oben bemerkt, kann das Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 geeignet sein, die Informationen zu überwachen, die mit dem Betrieb des Ventilbetätigungssystems 204 in Beziehung stehen, wie von dem Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 geliefert. Das Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 kann Diagnoseinformationen bezüglich des Betriebes des Ventilbetätigungssystems 204 basierend auf den Informationen vom Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 erzeugen. Beispielsweise kann das Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 die Anzahl der "guten" Ventilbetätigungsvorgänge aufnehmen, die Anzahl der "fehlerhaften" Ventilbetätigungsvorgänge und/oder die Zeitdauer, für die das Ventilbetätigungssystem 204 aktiv gewesen ist.
Die Steuervorrichtung 100 kann den Betrieb des Ventilbetätigungssystems 204 basierend auf Informationen regeln, die von den Sensoren und/oder von den Hilfssystemen geliefert werden. Die Steuervorrichtung 100 kann in einem von mehreren Betriebszuständen eintreten, um eine optimale Motorleistung bei den gegenwärtigen Betriebsbedingungen zu erreichen. Ein beispielhaftes Verfahren 300 zur Steuerung des Motors 20 während einer Startsequenz ist in 6 veranschaulicht und wird genauer unten beschrieben.
Industrielle Anwendbarkeit
Wenn der Motor 20 gestartet wird, kann die Steuervorrichtung 100 in einen von mehreren Betriebszuständen eintreten, und zwar basierend auf Informationen, die an die Steuervorrichtung 100 von den Sensoren und/oder den Hilfssystemen geliefert werden. Wenn beispielsweise der Motor 20 gestartet wird, kann der Motor 20 in einem "Kalt-Betriebszustand", in einem "Übergangsbetriebszustand" oder in einem "Warmstart-Betriebszustand" betrieben werden, und zwar abhängig von den abgefühlten Temperaturen des Motors 20. Nachdem der Motor 20 normale Betriebstemperaturen erreicht hat und das Ventilbetätigungssystem 204 ordnungsgemäß arbeitet, kann der Betrieb des Motors 20 in einen "normalen" Betriebszustand umgeschaltet werden.
Mit Bezug auf das Flussdiagramm der 6 wird, nachdem der Motor gestartet wurde (Schritt 301), eine erste Temperatur abgefühlt. (Schritt 302). Die erste Temperatur kann repräsentativ für die Temperatur des Motors 20 sein. Beispielsweise kann die erste Temperatur die Temperatur des Motorkühlmittels anzeigen, wie von dem ersten Temperatursensor 210 abgefühlt.
Eine zweite Temperatur kann ebenfalls abgefühlt werden. (Schritt 303). Die zweite Temperatur kann auch repräsentativ für die Temperatur des Motors 20 sein. Beispielsweise kann die zweite Temperatur die Temperatur der Einlasssammelleitung anzeigen, wie sie von dem zweiten Temperatursensor 212 abgefühlt wird. Die zweite Temperatur kann auch die Temperatur der äußeren Umgebungsluft oder die Temperatur eines warm eingetauchten bzw. temperierten Motors anzeigen.
Die ersten und zweiten Temperaturen werden mit einer vorbestimmten Grenze verglichen. (Schritt 304). Wenn eine der ersten und zweiten Temperaturen geringer als die vorbestimmte Grenze ist, wird angenommen, dass der Motor 20 kalt startet. Die vorbestimmte Grenze kann beispielsweise ungefähr 20° C (68° F) sein. Es sei bemerkt, dass die vorbestimmte Grenze für die erste Temperatur eine andere sein kann als die vorbestimmte Grenze für die zweite Temperatur.
Wenn irgend eine der ersten und zweiten Temperaturen unter der vorbestimmten Grenze sind, kann die Steuervorrichtung 100 in den "Kalt-Betriebszustand" eintreten. (Schritt 306). Wenn der Motor 20 kalt ist, kann die Viskosität des Strömungsmittels, welches zum Betrieb der Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 verwendet wird, zu hoch sein, um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 zu gestatten. Entsprechend öffnet die Steuervorrichtung 100 das Steuerventil 82 (siehe 4), um das Ventilbetätigungssystem 204 auszuschalten und zu verhindern, dass eine Veränderung der herkömmlichen Ventilbetätigungszeitsteuerung bewirkt wird.
Das Öffnen des Steuerventils 82 kann auch die Rate steigern, mit der das Betriebsströmungsmittel sich erwärmt. Wenn das Steuerventil 82 offen ist, kann das Betriebsströmungsmittel durch die Strömungsmittel-Rail 86 zirkulieren. Dies kann gestatten, dass der Betrieb des Motors 20 die Temperatur des Betriebsströmungsmittels schneller steigert, als wenn das Steuerventil 82 geschlossen geblieben wäre, und das Betriebsströmungsmittel nicht durch die Strömungsmittel-Rail 86 hätte zirkulieren dürfen.
Die Steuervorrichtung 100 kann auch den Betrieb der anderen Motorsysteme während des Kalt-Betriebszustandes regeln. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 das Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 und das Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 regeln. Die Steuervorrichtung 100 kann auch das Brennstoffeinspritzsystem 202 steuern, um die Menge des Brennstoffes zu begrenzen, die in die Zylinder 22 eingespritzt wird. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 100 die Menge des Brennstoffes begrenzen, die in die Zylinder 22 eingespritzt wird, und zwar auf einen einzigen "Brennstoffschuss" und/oder kann die Größe des Drehmomentes begrenzen, welches von dem Motor 20 erzeugt wird. Es wird in Betracht gezogen, dass andere Motorsysteme 20 in ähnlicher Weise während des Kalt-Betriebszustandes gesteuert werden können, um einen Schaden am Motor 20 oder an irgend welchen assoziierten Motorkomponenten zu verhindern.
Die erste Temperatur, die die Motorkühlmitteltemperatur sein kann, kann auf periodischer Basis oder auf kontinuierlicher Basis abgefühlt werden. (Schritt 308). Die erste Temperatur wird gegen die vorbestimmte Grenze gemessen. (Schritt 310). Solange die erste Temperatur unter der vorbestimmten Grenze bleibt, wird die Steuervorrichtung den Motor 20 in dem Kalt-Betriebszustand betreiben.
Wenn die erste Temperatur über die vorbestimmte Grenze ansteigt, kann die Steuervorrichtung 100 in den "Übergangsbetriebszustand" eintretenden. (Schritt 316). In dem Übergangsbetriebszustand wird angenommen, dass der Motor 20 von einem Kalt-Betriebszustand auf einen normalen Betriebszustand übergeht. Wenn die Temperatur des Betriebsströmungsmittels kann auch vergrößert werden, und die Strömungsmittelviskosität kann verringert werden, um zu gestatten, dass die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 ordnungsgemäß arbeiten.
In dem Übergangsbetriebszustand kann die Steuervorrichtung 100 das Ventilbetätigungssystem 204 derart einrichten, dass sie die Einstellung einer Variationen der herkömmlichen Ventilbetätigungszeitsteuerung gestattet. Dies kann erreicht werden durch Schließen des Steuerventil 82 (siehe 4), um den Druck des Betriebsströmungsmittels in der Strömungsmittel-Rail 86 zu steigern. Die Steuervorrichtung 100 kann auch die Richtungssteuerventile 88 öffnen und schließen (siehe 4), um jede Ventilbetätigungsvorrichtung 70 zu aktivieren.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 die Richtungssteuerventile 88 öffnen, um zu gestatten, dass unter Druck gesetztes Strömungsmittel von der Strömungsmittel-Rail 86 zur Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt, wenn der assoziierte Kolben sich zu einer unteren Totpunktposition eines Einlasshubes bewegt. Die Kraft des Strömungsmittels, welches in die Betätigungsvorrichtungskammer 76 eintritt, bewegt den Betätigungsvorrichtungs kolben 74 so, dass die Betätigungsvorrichtungsstange 78 dem Ende 68 des Kipphebels 64 folgt, wenn der Kipphebel 64 schwenkt, um die Einlassventile 32 zu öffnen (siehe 2). Wenn die Betätigungsvorrichtungskammer 76 mit Strömungsmittel gefüllt ist und der Kipphebel 64 die Einlassventile 32 aus der offenen Position in die geschlossene Position zurückbringt, wird die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit dem Ende 68 des Kipphebels 64 in Eingriff kommen.
Die Steuervorrichtung 100 kann das Richtungssteuerventil 88 schließen, um zu verhindern, das Strömungsmittel aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76 entweicht. Wenn die Nocke 60 sich weiterdreht und die Federn 56 die Einlassventile 32 zu der geschlossenen Position hin drücken, wird die Betätigungsvorrichtungsstange 78 mit dem Ende 68 des Kipphebels in Eingriff kommen und verhindern, dass die Einlassventile 32 sich schließen. Solange das Richtungssteuerventil 88 in der geschlossenen Position bleibt, wird das in der Betätigungsvorrichtungskammer 76 eingeschlossene Strömungsmittel verhindern, dass die Federn 56 die Einlassventile 32 in die geschlossene Position zurückstellen. Somit wird die Ventilbetätigungsvorrichtung 70 die Einlassventile 32 in der offenen Position halten, und zwar unabhängig von der Wirkung der Nockenanordnung 52.
Die Steuervorrichtung 100 kann das Richtungssteuerventil 88 öffnen, um zu gestatten, dass die Einlassventile 32 sich schließen. Dies gestattet, dass das unter Druck gesetzte Strömungsmittel aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76 fließt. Die Kraft der Federn 56 drückt das Strömungsmittel aus der Betätigungsvorrichtungskammer 76, wodurch gestattet wird, dass der Betätigungsvorrichtungskolben 74 sich innerhalb des Betätigungsvorrichtungszylinders 72 bewegt. Dies gestattet, dass der Kipphebel 64 schwenkt, so dass die Einlassventile 32 in die geschlossene Position bewegt werden.
In dem Übergangsbetriebszustand kann die Steuervorrichtung 100 auch das Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 und das Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 einschalten. Wie zuvor beschrieben, kann das Ventilbetäti gungsdetektionssystem 206 den Betrieb der Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 überwachen, um einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen. Wie ebenfalls zuvor beschrieben kann das Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 eine Zählung der "guten" Ventilbetätigungsvorrichtungen und eine Zählung der "Fehler" der Ventilbetätigung starten.
Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 100 den Betrieb von anderen Motorsystemen während des Übergangsbetriebszustandes regeln. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 das Brennstoffeinspritzsystem 202 steuern, um die Menge des Brennstoffes zu begrenzen, die in die Zylinder 22 eingespritzt wird, und zwar auf einen einzelnen "Brennstoffschuss" und/oder Sie kann die Größe des Drehmomentes einschränken, welches von dem Motor 20 erzeugt wird. Es wird in Betracht gezogen, dass andere Motorsysteme 20 in ähnlicher Weise während des Übergangsbetriebszustandes gesteuert werden können, um einen Schaden am Motor 20 oder an irgend welchen assoziierten Komponenten zu verhindern.
Die Steuervorrichtung 100 kann auch überprüfen, ob das Ventilbetätigungssystem 204 in Betrieb ist. (Schritt 322). Die Steuervorrichtung 100 kann annehmen, dass das Ventilbetätigungssystem 204 nur dann im Betrieb ist, wenn das Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 anzeigt, dass die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 ordnungsgemäß arbeiten und/oder die Zählung der "guten" Ventilbetätigungsvorgänge eine gewisse Schwelle erreicht hat, wie beispielsweise 60. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 100 annehmen, dass das Ventilbetätigungssystem 204 in Betrieb ist, wenn das Ventilbetätigungssystem 204 für eine vorbestimmte Periode von dem Zeitpunkt an gearbeitet hat, zu dem die zweite Temperatur ein gewisses Niveau erreicht. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 100 annehmen, dass das Ventilbetätigungssystem 204 in Betrieb ist, wenn das Ventilbetätigungssystem 204 für ungefähr 30 Minuten gearbeitet hat, und zwar beginnend von dem Zeitpunkt, bei dem die zweite Temperatur ungefähr 75° C erreicht.
Wenn die Steuervorrichtung 100 bestimmt, dass das Ventilbetätigungssys tem 204 nicht in Betrieb ist, wird die Steuervorrichtung 100 weiter den Motor 20 im Übergangsbetriebszustand betreiben. Die Steuervorrichtung 100 wird fortfahren, den Betrieb des Ventilbetätigungssystems 204 zu überwachen. Wenn die Steuervorrichtung 100 bestimmt, dass das Ventilbetätigungssystem 204 ordnungsgemäß arbeitet, wird die Steuervorrichtung 100 den normalen Betrieb des Motors 20 einrichten. (Schritt 328).
Mit Bezug auf den Schritt 304 kann die Steuervorrichtung 100 den Warmstart-Betriebszustand einschalten, wenn die Steuervorrichtung 100 bestimmt, dass sowohl die erste Temperatur als auch die zweite Temperatur größer als die jeweiligen vorbestimmten Grenzen sind. (Schritt 324). Wenn beide Temperaturen über den vorbestimmten Grenzen sind, kann die Steuervorrichtung 100 annehmen, dass die Temperatur und die Viskosität des Betriebsströmungsmittels einen ordnungsgemäßen Betrieb der Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 gestatten wird. Entsprechend kann die Steuervorrichtung 100 das Ventilbetätigungssystem 204 einschalten, um zu gestatten, dass die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 eine Variation der herkömmlichen Ventilbetätigungszeitsteuerung gestatten. Die Steuervorrichtung 100 kann auch irgendwelche Einschränkungen bezüglich des Brennstoffeinspritzsystems 202 eliminieren.
Während des Warmstart-Betriebes kann die Steuervorrichtung 100 den Betrieb des Ventilbetätigungssystems 204 überwachen, um zu überprüfen, dass die Ventilbetätigungsvorrichtungen ordnungsgemäß arbeiten. (Schritt 326). Die Steuervorrichtung 100 kann annehmen, dass das Ventilbetätigungssystem 204 im Betrieb ist, wenn das Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 anzeigt, dass die Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 ordnungsgemäß arbeiten und/oder die Zählung der "guten" Ventilbetätigungsvorgänge eine gewisse Schwelle erreicht hat, wie beispielsweise 60. Zusätzlich kann die Steuervorrichtung 100 annehmen, dass das Ventilbetätigungssystem 204 im Betrieb ist, wenn das Ventilbetätigungssystem 204 für eine vorbestimmte Zeitdauer gearbeitet hat, wie beispielsweise für 30 Minuten.
Wenn die Steuervorrichtung 100 bestimmt, dass das Ventilbetätigungssystem 204 nicht im Betrieb ist, kann die Steuervorrichtung 100 den Betrieb des Motors 20 auf den Übergangsbetriebszustand umschalten. (Schritt 316). Wie oben in Verbindung mit dem Schritt 316 beschrieben, wird die Steuervorrichtung 100 den Betrieb des Brennstoffeinspritzsystems 202 einschränken, um einen Schaden am Motor 20 zu verhindern, der aus den gesteigerten Zylinderdrücken resultieren kann. Wenn die Steuervorrichtung 100 bestimmt, dass das Ventilbetätigungssystem 204 ordnungsgemäß arbeitet, wird die Steuervorrichtung 100 den normalen Betrieb des Motors 20 einrichten. (Schritt 328).
Während des normalen Motorbetriebes kann die Steuervorrichtung 100 das Ventilbetätigungssystem 204 dahingehend betreiben, dass es eine Variation der herkömmlichen Ventilbetätigungszeitsteuerung einrichtet, wie beispielsweise für einen Miller-Zyklus mit spätem Einlass, und zwar abhängig von den gegenwärtigen Betriebsbedingungen. Die Steuervorrichtung 100 kann auch das Ventilbetätigungsdetektionssystem 206 und das Ventilbetätigungsdiagnosesystem 208 einschalten, um irgendwelche Probleme mit den Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 zu identifizieren. Die Steuervorrichtung 100 kann auch irgendwelche Einschränkungen des Brennstoffeinspritzsystems 202 eliminieren, um zu gestatten, dass das Brennstoffeinspritzsystem 202 Brennstoff gemäß den Lastanforderungen vom Bediener und/oder gemäß den gegenwärtigen Betriebsbedingungen einspritzt.
Wenn der Motor 20 in einem normalen Betriebszustand ist, kann die Steuervorrichtung 100 fortfahren, den Betrieb der Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 zu überwachen. Wenn die Steuervorrichtung 100 während des normalen Betriebes bestimmt, dass eine oder mehrere Ventilbetätigungsvorrichtungen 70 nicht ordnungsgemäß arbeiten, kann die Steuervorrichtung 100 eine Warnung ausgeben, wie beispielsweise durch Beleuchtung eines Lichtes zur Instandhaltung des Motors.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich sein wird, sieht die vorliegende Offenbarung ein System und ein Verfahren vor, um einen Motor mit hydraulisch betätigten variablen Ventilbetätigungsvorrichtungen zu starten. Das beschriebene System und Verfahren können den Motor in einem von mehreren Betriebszuständen betreiben, und zwar abhängig von den Werten von zwei abgefühlten Temperaturen des Motors. Jeder der Betriebszustände sieht unterschiedliche Niveaus einer Motorsystemsteuerung vor, um den Motor zu schützen, wenn die Temperatur des hydraulischen Betriebsströmungsmittels steigt. Sobald die Motortemperaturen über eine gewisse Grenzen ansteigen und die hydraulischen Betätigungsvorrichtungen ordnungsgemäß arbeiten, wird der Motor in den normalen Betriebszustand umschalten.
Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen am System und am Verfahren der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele können dem Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung und der praktischen Ausführung des hier offenbarten Systems und des hier offenbarten Verfahrens offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Motors mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung, welches Folgendes aufweist: Abfühlen eines ersten Parameters, der eine erste Temperatur des Motors (20) anzeigt; Abfühlen eines zweiten Parameters, der eine zweite Temperatur des Motors (20) anzeigt; und Ausschalten der Ventilbetätigungsvorrichtung (70) um die Einrichtung einer Veränderung der herkömmlichen Motorventilbetätigungszeitsteuerung ansprechend darauf zu verhindern, dass die ersten und zweiten Temperaturen unter einem vorbestimmten Wert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter aufweist, die Ventilbetätigungsvorrichtung (70) einzuschalten, um die Einrichtung einer Veränderung der herkömmlichen Motorventilbetätigungszeitsteuerung zu gestatten, wenn jede der ersten und zweiten Temperaturen über einem vorbestimmten Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Temperatur eine Motorkühlmitteltemperatur ist, und wobei die zweite Temperatur eine Einlasssammelleitungstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 3, welches weiter folgendes aufweist: Einschalten der Ventilbetätigungsvorrichtung (70), wenn die Motorkühlmitteltemperatur über dem vorbestimmten Wert ist; und Ausschalten der Ventilbetätigungsvorrichtung (70), wenn die Motorkühlmitteltemperatur unter dem vorbestimmten Wert ist und die Einlasssammelleitungstemperatur über dem vorbestimmten Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendes aufweist: Überwachung des Betriebs der Ventilbetätigungsvorrichtung (70), um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Ventilbetätigungsvorrichtung (70) zu detektieren; und Begrenzung einer Brennstoffmenge, die in einen Zylinder 22 des Motors 20 eingespritzt wird, und Begrenzung einer Drehmomentgröße, die vom Motor (20) erzeugt wird, wenn die Ventilbetätigungsvorrichtung (70) nicht ordnungsgemäß arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendes aufweist: Begrenzung einer Brennstoffmenge, die in einen Zylinder (22) des Motors (20) eingespritzt wird, wenn eine der ersten und zweiten Temperaturen unter dem vorbestimmten Wert ist; und Begrenzung einer Drehmomentgröße, die von dem Motor (20) erzeugt wird, wenn eine der ersten und zweiten Temperaturen unter dem vorbestimmten Wert ist.
Ventilbetätigungssystem für einen Motor (20) mit einem Einlassventil (32), welches bewegbar ist zwischen einer ersten Position, in der das Einlassventil (32) einen Strömungsmittelfluss verhindert, und einer zweiten Position, wo das Einlassventil (32) einen Strömungsmittelfluss gestattet, welches Folgendes aufweist: Ventilbetätigungsmittel (70) zum selektiven Eingriff mit dem Einlassventil (32), um zu verhindern, dass das Einlassventil (32) in die erste Position zurückkehrt; erste Abfühlmittel (210) zum Abfühlen eines ersten Parameters, der eine erste Temperatur des Motors (20) anzeigt; zweite Abfühlmittel (212) zum Abfühlen eines zweiten Parameters, der eine zweite Temperatur des Motors (20) anzeigt; und Steuermittel (100) die geeignet sind, um die Ventilbetätigungsmittel (70) auszuschalten, um zu verhindern, dass die Ventilbetätigungsmittel (70) mit dem Einlassventil (32) in Eingriff kommen, wenn jede der ersten und zweiten Temperaturen unter einem vorbestimmten Wert ist und geeignet ist, die Ventilbetätigungsmittel (70) einzuschalten, um zu gestatten, dass die Ventilbetätigungsmittel (70) mit dem Einlassventil (32) in Eingriff kommen, wenn jede der ersten und zweiten Temperaturen über einem vorbestimmten Wert ist.
System nach Anspruch 7, wobei die ersten Abfühlmittel (210) geeignet sind, eine Temperatur abzufühlen, die die Temperatur eines Motorkühlmittels anzeigt, und wobei die zweiten Abfühlmittel (212) geeignet sind, eine Temperatur abzufühlen, die die Temperatur einer Einlasssammelleitung anzeigt
System nach Anspruch 8, wobei die Steuermittel (100) geeignet sind, die Ventilbetätigungsmittel (70) einzuschalten, wenn die Motorkühlmitteltemperatur über dem vorbestimmten Wert ist, und geeignet sind, die Ventilbetätigungsmittel (70) auszuschalten, wenn die Motorkühlmitteltemperatur unter dem vorbestimmten Wert ist und die Einlasssammelleitungstemperatur über dem vorbestimmten Wert ist.
System nach Anspruch 7, welches weiter folgendes aufweist: ein Steuerventil (82), welches bewegbar ist zwischen einer ersten Position, wo die Ventilbetätigungsmittel (70) eingeschaltet sind, und einer zweiten Position, wo die Ventilbetätigungsmittel (70) ausgeschaltet sind; und ein Detektionssystem (206), welches geeignet ist, zu bestimmen, ob die Ventilbetätigungsmittel (70) ordnungsgemäß arbeiten.
Motor (20), der ein Ventübetätigungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10 aufweist, und der weiter folgendes aufweist: ein Brennstoffeinspritzsystem (202), welches geeignet ist, eine Brennstoffmenge in einen Zylinder (22) einzuspritzen, und wobei die Steuermittel (100) geeignet sind, die Brennstoffmenge zu begrenzen, die in dem Zylinder (22) eingespritzt wird, wenn eine der ersten und zweiten Temperaturen unter dem vorbestimmten Wert ist.