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EP1171693A1 - Schaltung zur laststeuerung und verfahren zum notlaufbetrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

Schaltung zur laststeuerung und verfahren zum notlaufbetrieb einer brennkraftmaschine

Info

Publication number
EP1171693A1
EP1171693A1 EP00934888A EP00934888A EP1171693A1 EP 1171693 A1 EP1171693 A1 EP 1171693A1 EP 00934888 A EP00934888 A EP 00934888A EP 00934888 A EP00934888 A EP 00934888A EP 1171693 A1 EP1171693 A1 EP 1171693A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
control unit
load
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP00934888A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1171693B1 (de
Inventor
Volker Eichenseher
Andreas Hartke
Thomas Vogt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP1171693A1 publication Critical patent/EP1171693A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1171693B1 publication Critical patent/EP1171693B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/266—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor the computer being backed-up or assisted by another circuit, e.g. analogue
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2201/00—Electronic control systems; Apparatus or methods therefor

Definitions

  • the invention relates to a circuit for load control of a mixed-suction internal combustion engine with at least one electromechanically operated inlet valve and a method for emergency operation for a mixed-suction internal combustion engine with at least one electromechanically operated inlet valve, the load control of the internal combustion engine being effected only by actuating the actuation of the inlet valve.
  • the winding of the respective electromagnet is energized, the required current being greater in the catching phase than in the holding phase, in which the valve is held in an end position.
  • Such an electromechanical gas exchange valve actuation has the advantage that, in the case of a mixed-suction gasoline internal combustion engine, the load can be controlled directly by actuating the actuation of the inlet valves, at least over a wide load range. For example for rings loads, the additional actuation of a throttle flap ⁇ be necessary.
  • the intake valves are always opened and closed with full load control times and a throttle valve is suitably placed in the intake system for load control.
  • a control system is known from EP 0376714 A2 which, when a fault is detected in electromagnetic pores, each of which actuates an inlet valve, generates an error signal to deactivate the corresponding inlet valves.
  • the control of the electromechanically operated valves depending on the rotational position of the crankshaft and according to the specification of an operating control unit is usually carried out by a separate valve control unit which suitably adjusts or regulates the energization of the electromagnets of the electromechanical actuators.
  • valve control unit receives a signal about the crankshaft position and suitable specifications from the operating control advises the internal combustion engine. It is therefore connected to this operating control device via a communication line, usually a CAN bus.
  • a CAN bus can fail if a participant on the BUS does not understand a message and issues a corresponding error message and this then leads to avalanche-like error messages from other BUS participants.
  • the load of the internal combustion engine can no longer be controlled by the operating control unit.
  • the valve control unit of the internal combustion engine switches the electromechanical actuation of the intake valves to predefined control times (e.g. full control times), and the operating control unit brings a throttle valve that is open in normal operation into a suitable load position when communication or the data exchange between the operating control unit and the valve control unit is disrupted.
  • the internal combustion engine then behaves like an internal combustion engine with a conventional camshaft valve drive.
  • the valve control unit Since the setting of the throttle valve to the required load position takes a certain period of time, but it is possible to switch the electromechanical actuation of the intake valves to the fixed control times from one work cycle to the next, the valve control unit advantageously waits a certain period of time to ensure the changeover that the throttle valve has been moved to the required load position.
  • valve control unit can also directly or indirectly control the throttle valve.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the circuit with electromechanically operated gas exchange valves for a 4-cylinder internal combustion engine
  • Fig. 2 is a schematic representation of the circuit with an internal combustion engine and throttle valve and
  • Fig. 3 shows the time course during the transition from normal operation to emergency operation.
  • FIG. 1 shows the actuation of electromechanically driven gas exchange valves 5a, 5b, 6a, 6b.
  • electromechanically driven gas exchange valves 5a, 5b, 6a, 6b Such an electromechanically driven gas exchange valve is described, for example, in German utility model 297 12 502 U1.
  • the circuit shown in Fig. 1 is shown for a 4-cylinder internal combustion engine, but it is
  • a cylinder has two intake valves 5a, 5b, which are also how the two exhaust valves 6a, 6b are operated electromechanically.
  • a landing regulator 2 and 3 is provided for each of the intake and exhaust valves 5a, 5b and 6a, 6b.
  • the Aufsetzregier 2, 3 controls output stages, which bring about the energization of the respective coils of the valves 5a, 5b, 6a, 6b.
  • a separate output stage is provided for each coil.
  • the touchdown controls 2, 3 and the output stages are accommodated in a housing which is connected to the cooling circuit of the internal combustion engine in order to ensure good heat dissipation.
  • the Aufstetzregier 2, 3 controls the output stages depending on timing signals that indicate when the corresponding valve has to open or close.
  • Each time control signal is, for example, a square-wave signal, in which the falling edge indicates the closing of the valve and the rising edge indicates the opening of the valve.
  • the timing signals are supplied to the touchdown controllers 2, 3 via unidirectional communication lines 4 from a communication computer 1, which will be described later.
  • Each Aufsetzregier 2, 3 has a digital processor that controls the energization of the coils of the output stages so that the valve 5a, 5b, 6a, 6b touches down gently in the desired end position.
  • the energization of the coil of the end position to be left is switched off and the energization of the coil of the new end position to be assumed is switched on.
  • the current is regulated by the processor of the touchdown controller 2, 3 in such a way that the valve touches gently, ie damped, in the new end position.
  • the attachment controller 2, 3 uses a position signal which provides information about the position of the valve 5a, 5b 6a, 6b.
  • each electromechanical valve 5a, 5b, 6a, 6b is provided with a suitable position sensor, as described, for example, in German application 197 53 275 or DE 195 18 056 AI.
  • the regulation of the coil current for catching the valve 5a, 5b, 6a, 6b in the end position is described in principle, for example, in DE 195 26 683 AI.
  • the touchdown regulator measures the actual current through the coil and outputs the value of the target current to the output stage. Instead of the current, however, a different size can be used that expresses the operation of the actuator, such as stage, the drive voltage of the End ⁇ .
  • each touchdown control 2, 3 In addition to regulating the coil current, each touchdown control 2, 3 also performs a plausibility check of the signals, i.e. of the position signal and the coil energization.
  • a further signal can be derived from the latter, as is known from DE 195 26 683 AI, which enables statements about the position of the valve 5a, 5b, 6a, 6b, so that the position signal can be checked by means of this further signal.
  • Each touchdown control 2, 3 is connected to the communication computer 1 via a further SPI-BUS interface and reports the state of the valve 5a, 5b, 6a, 6b or a possible valve failure via this interface.
  • the communication computer 1 is connected to a CAN bus 8 and uses it to communicate with the operating control device 9 of the internal combustion engine. He also receives the crankshaft signal and uses it to calculate the timing signals for the touchdown regulators 2, 3 together with the requirements of the operating control device 9 and outputs them to the touchdown regulators 2, 3 via the unidirectional communication lines 4. It also communicates with touchdown controllers 2, 3 via the SPI-BUS 7 and exchanges the status information or error information.
  • the communication computer 1 monitors the entire electromechanical valve train, ie the temperature of the output stages for the valves 5a, 5b, 6a, 6b, and the supply voltage thereof Power amplifiers (typically 42 V), the supply voltage of the position sensors (usually 15 V) and the voltage supply ⁇ the placement control element 2, 3 (typically 3.3 V).
  • Power amplifiers typically 42 V
  • the supply voltage of the position sensors usually 15 V
  • the voltage supply ⁇ the placement control element 2, 3 typically 3.3 V.
  • the internal combustion engine 10 has electromechanically actuated inlet valves 5a, 5b, of which only two are shown in FIG. 2.
  • the electromechanically operated outlet valves are not shown in FIG. 2.
  • These electromechanically actuated inlet valves 5a, 5b are controlled in the manner described above by a touchdown regulator 2 which is connected to a communication computer 1 in the manner described.
  • the internal combustion engine 10 also has an intake tract 11 in which a throttle valve 12 is located. This throttle valve 12 can be controlled via a throttle valve control line 13 by the operating control device 9 of the internal combustion engine.
  • the operation control device 9 is, as already described, connected via the CAN bus 8 to the communication computer 1 of the valve control. In addition to the connection via the CAN bus 8, the operating control device 9 can optionally also have an error signal line 14 as a connection to the communication computer 1.
  • the actuation of the actuation of the inlet valves 5a, 5b now takes place in such a way that the internal combustion engine 10 runs with a certain load. This is effected via the control times, in particular the opening time of the inlet valves.
  • the load is specified to the communication computer 1 by the operating control device 9 of the internal combustion engine via the CAN bus 8.
  • the throttle valve 12 of the internal combustion engine which is located in its intake tract 11, can remain in the open position and does not have to be controlled via the throttle valve control line 13.
  • the operating control device 9 simultaneously moves the throttle valve 12 into the suitable load position via the throttle valve control line 13.
  • the load control of the internal combustion engine 10 then takes place as in an internal combustion engine with conventional camshaft actuation.
  • the communication computer 1 uses the top-up controller 2 to switch the electromechanical actuation of the inlet valves 5a, 5b to the full-load control times with a certain time lag compared to the reception of the signal on the error signal line 14, as will now be explained with reference to FIG. 3.
  • the load default value which results from the position of the throttle valve 12, is entered in curve 21.
  • the internal combustion engine 9 determines that the communication via the CAN bus 8 is disturbed and begins to throttle the throttle valve 12 from the full load position to the load position corresponding to the corresponding operating phase.
  • B. bring 20% load. Since the throttle valve 12 requires a certain period of time for such a change in position, for example 80%, it takes the time period dt, in our example approximately 80 ms, until the throttle valve 12 has moved into the corresponding load position.
  • the changeover of the intake valves to full load control times can be done from one work cycle to the next.
  • the communication computer 1 effects the changeover of the electronic mechanically operated inlet valves 5a, 5b only at a later time tl, as indicated in curve 22.
  • the exact choice of the time tl or the time offset dt naturally depends on the actuating speed of the throttle valve 12. Since the throttle valve typically requires 100 ms to move from load position 100% to load position 0%, the time offset should be in the order of 100 ms.
  • the error signal line 14 between the operational control device 9 and the communication computer 1 can be dispensed with.
  • the communication computer 1 automatically switches the electromechanical actuation of the intake valves to full load control times and thus initiates emergency operation if it detects a failure or a fault in the data exchange via the CAN bus 8.
  • the operating control unit 9 does the same, so that both change independently and automatically from normal operation with load control by actuation of the inlet valves 5a, 5b to emergency operation with load control by the throttle valve 12.
  • the communication computer 1 can intervene in the position of the throttle valve 12, for example by means of a suitable arrangement of logic elements in the throttle valve control line 13. If the latter then detects a malfunction or failure of the data exchange via the CAN bus 8, either automatically or by means of a corresponding signal on the error signal line 14, it effects the change to the emergency mode itself. If a suitable AND gate is connected in the throttle valve control line, the operating control device 9 can then take over the control of the throttle valve 12 itself via a suitable line.
  • This embodiment has the advantage that the synchronism between switching off the valve load control and switching on the throttle valve load control is ensured during the transition to emergency operation.

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Abstract

Beim Ausfall bzw. der Störung des Datenaustausches zwischen dem Ventilsteuergerät (1, 2) und dem Betriebssteuergerät (9) einer Brennkraftmaschine mit elektromechanisch betätigten Einlassventilen (5a, 5b), stellt das Ventilsteuergerät (1, 2) die elektromechanische Betätigung der Einlassventile (5a, 5b) auf Volllaststeuerzeiten um, und das Betriebssteuergerät (9) stellt eine Drosselklappe (12) geeignet, um die Laststeuerung der Brennkraftmaschine nun nicht mehr durch Ventil-Laststeuerung, sondern durch Drosselklappen-Laststeuerung im Notlaufbetrieb zu bewerkstelligen.

Description

Beschreibung
Schaltung zur Laststeuerung und Verfahren zum Notlaufbetrieb einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Laststeuerung einer gemischsaugenden Brennkraftmaschine mit mindestens einem elektromechanisch betätigte Einlaßventil bzw. ein Verfahren zum Notlaufbetrieb für eine gemischsaugende Brennkraftmaschine mit mindestens einem elektromechanisch betätigtem Einlaßventil, wobei die Laststeuerung der Brennkraftmaschine lediglich durch die Ansteuerung der Betätigung des Einlaßventils bewirkt wird.
Brennkraftmaschinen, deren Gaswechselventile, insbesondere deren Einlaßventile elektromechanisch betätigt werden, sind bekannt. Im Gegensatz zu nockenwellenbetätigten Ventilen werden diese Ventile zum Öffnen und Schließen in Abhängigkeit von der Drehlage der Kurbelwelle angesteuert; eine feste mechanische Koppelung mit der Kurbelwelle liegt nicht vor. Elektromechanische Stellglieder für Gaswechselventile sind beispielsweise aus DE 297 12 502 Ul bekannt. Sie weisen eine zwischen einer geschlossenen und einer offenen Stellung lie- gende Ruhestellung auf, aus der sie mittels Elektromagneten ausgelenkt werden können.
Um das Ventil zu öffnen oder zu schließen, wird die Wicklung des jeweiligen Elektromagneten bestromt, wobei der erforder- liehe Strom in der Fangphase größer ist als in der Haltephase, in der das Ventil in einer Endstellung gehalten wird.
Eine solche elektromechanische Gaswechselventilbetätigung hat den Vorteil, daß bei einer gemischsaugenden Otto-Brennkraft- maschine die Laststeuerung direkt durch die Ansteuerung der Betätigung der Einlaßventile erfolgen kann, zumindest in einem weiten Lastbereich. Beispielsweise für ge- ringe Lasten kann die zusätzliche Betätigung einer Drossel¬ klappe notwendig sein.
So ist es beispielsweise aus der DE 196 10 468 AI bekannt, die Laststeuerung bei einer Brennkraftschiene mit frei ansteuerbaren Gasventilen durch unterschiedliche Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile zu realisieren und bei hohen Drehzahlen und bei gleichzeitig kleinen Motormomenten den Gaswechselventilen eine entsprechend ansteuerbare Drosselklappe zuzuordnen.
Bei normaler Nockenwellenbetätigung werden die Einlaßventile dagegen stets mit Vollaststeuerzeiten geöffnet und geschlossen und zur Laststeuerung wird im Ansaugtrakt eine Drossel- klappe geeignet gestellt.
Durch die Auflösung der festen mechanischen Kopplung zwischen Ventilen und Kurbelwelle, die sich mit der elektromechani- schen Betätigung ergibt, können die Steuerzeiten solcher Ven- tile frei gewählt werden, so daß die Drosselklappe nicht mehr betätigt werden muß, wodurch Drosselverluste in der Größenordnung von 10 bis 20% wegfallen.
Aus der EP 0376714 A2 ist ein Kontrollsystem bekannt, dass bei erkanntem Fehler von elektromagnetischer Poren, die jeweils ein Einlassventil betätigen, ein Fehlersignal erzeugt, um die entsprechenden Einlassventile deaktiviert.
Die Ansteuerung der elektromechanisch betätigten Ventile in Abhängigkeit von der Drehlage der Kurbelwelle und nach Vorgabe eines Betriebssteuergerätes erfolgt in der Regel durch ein separates Ventilsteuergerät, das die Bestromung der Elektromagneten der elektromechanischen Stellglieder geeignet einstellt bzw. regelt.
Das Ventilsteuerger t erhält dazu ein Signal über die Kurbelwellenstellung sowie geeignete Vorgaben vom Betriebssteuerge- rät der Brennkraftmaschine. Es ist deshalb mit diesem Betriebssteuergerät über eine Kommunikationsleitung, in der Regel einen CAN-BUS verbunden.
Obwohl sich diese Kommunikationsleitungen als relativ betriebssicher erwiesen haben, sind dennoch Fehler bzw. ein Versagen dieser Verbindungen möglich. Beispielsweise kann ein CAN-BUS ausfallen, wenn ein Teilnehmer am BUS eine Meldung nicht versteht und eine entsprechende Fehlermeldung absetzt und diese dann zu lawinenartigen Fehlermeldungen anderer BUS- Teilnehmer führt.
Fällt nun, möglicherweise auch nur kurzzeitig, die Kommunika- tionsverbindung zwischen dem Betriebssteuergerät und dem Ven-
tilsteuergerät aus, kann vom Betriebssteuergerät die Last der Brennkraftmaschine nicht mehr gesteuert werden.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schal- tung zur Laststeuerung sowie ein Verfahren zum Notlaufbetrieb für eine ge ischsäugende Brennkraftmaschine mit mindestens einem elektromechanisch betätigtem Einlaßventil anzugeben, deren Laststeuerung im Normalbetrieb nur durch die Betätigung der Einlaßventile bewirkt wird, so daß bei Ausfall der Kommu- nikationsverbindung zwischen Betriebssteuergerät und Ventilsteuergerät in einem Notlaufbetrieb dennoch eine Laststeuerung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren sowie durch die im Anspruch 5 gekennzeichnete Schaltung gelöst.
Nach dem erfindungsgemäßen Konzept stellt das Ventilsteuergerät der Brennkraftmaschine die elektromechanische Betätigung der Einlaßventile auf fest vorgegebene Steuerzeiten um (z. B. Vollsteuerzeiten) , und das Betriebssteuergerät bringt eine Drosselklappe, die im Normalbetrieb geöffnet ist, in eine geeignete Laststellung, wenn die Kommunikation bzw. der Datenaustausch zwischen dem Betriebssteuergerät und dem Ventil- Steuergerät gestört ist. Bei diesem Notlaufbetrieb verhält sich die Brennkraftmaschine dann wie eine Brennkraftmaschine mit herkömmlichem Nockenwellenventiltrieb.
Da das Einstellen der Drosselklappe auf die erforderliche Laststellung eine gewisse Zeitspanne in Anspruch nimmt, das Umstellen der elektromechanischen Betätigung der Einlaßventile auf die fest vorgegebenen Steuerzeiten dagegen von einem Arbeitsspiel zum nächsten möglich ist, wartet das Ventilsteuergerat vorteilhafterweise eine gewisse Zeitspanne mit der Umstellung, um sicherzustellen, daß die Drosselklappe in die erforderliche Laststellung gefahren wurde. Das Einleiten des Notlaufbetriebs kann entweder vom Betriebs¬ steuergerät dem Ventilsteuergerät über eine separate Fehler¬ signalleitung angezeigt werden - natürlich kann auch das Ven¬ tilsteuergerät einen Ausfall der Kommunikationsverbindung über diese Fehlersignalleitung an das Betriebssteuergerät melden -, oder das Ventilsteuergerät alleine oder Ventilsteuergerät und Betriebssteuergerät zusammen leiten den Notlaufbetrieb selbständig ein.
In einer optionalen Ausbildung kann das Ventilsteuergerät die Drosselklappe auch direkt oder mittelbar selbst ansteuern.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Schaltung mit elektromechanisch betätigten Gaswechselventilen für eine 4-Zylin- der-Brennkraftmaschine,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Schaltung mit Brenn- kraftmaschine und Drosselklappe und
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf beim Übergang von Normalbetrieb zu Notlaufbetrieb.
Die Schaltung der Fig. 1 zeigt die Ansteuerung elektromechanisch angetriebener Gaswechselventile 5a, 5b, 6a, 6b. Ein solches elektromechanisch angetriebenes Gaswechselventil ist beispielsweise im deutschen Gebrauchsmuster 297 12 502 Ul beschrieben. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung ist für eine 4-Zylinderbrennkraftmaschine dargestellt, jedoch ist diese
Zylinderanzahl nur beispielhaft zu verstehen. In diesem Beispiel hat ein Zylinder zwei Einlaßventile 5a, 5b, die ebenso wie die zwei Auslaßventile 6a, 6b elektromechanisch betätigt werden. Für die Einlaß- bzw. die Auslaßventile 5a, 5b bzw. 6a, 6b ist jeweils ein Aufsetzregier 2 bzw. 3 vorgesehen. Der Aufsetzregier 2, 3 steuert Endstufen an, die die Bestromung der jeweiligen Spulen der Ventile 5a, 5b, 6a, 6b bewerkstelligen. Dabei ist beispielsweise für jede Spule eine eigene Endstufe vorgesehen. Die Aufsetzregier 2, 3 und die Endstufen sind in einem Gehäuse untergebracht, das an den Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, um eine gute Wär- meabfuhr zu gewährleisten.
Der Aufsetzregier 2, 3 steuert die Endstufen abhängig von Zeitsteuersignalen an, die anzeigen, wann das entsprechende Ventil zu öffnen oder zu schließen hat. Jedes Zeitsteuersi- gnal ist beispielsweise ein Rechtecksignal, bei dem die fallende Flanke das Schließen des Ventils, die steigende Flanke das Öffnen des Ventils anzeigt. Die Zeitsteuersignale werden den Aufsetzreglern 2, 3 über unidirektionale Kommunikationsleitungen 4 von einem Kommunikationsrecher 1 zugeführt, der später noch beschrieben werden wird.
Jeder Aufsetzregier 2, 3 hat einen digitalen Prozessor, der die Bestromung der Spulen der Endstufen so regelt, daß das Ventil 5a, 5b, 6a, 6b in der gewünschten Endstellung sanft aufsetzt. Üblicherweise wird, um das Ventil aus einer Endstellung in die andere zu bringen, die Bestromung der Spule der zu verlassenden Endstellung abgeschaltet und die Bestromung der Spule der neu einzunehmenden Endstellung eingeschaltet. Der Strom wird vom Prozessor des Aufsetzreglers 2, 3 so geregelt, daß das Ventil sanft, d.h. gedämpft in der neuen Endstellung aufsetzt. Für diese Regelung verwendet der Aufsetzregler 2,3 ein Positionssignal, das Auskunft über die Stellung des Ventils 5a, 5b 6a, 6b gibt. Zur Erzeugung dieses Positionssignals ist jedes elektromechanische Ventil 5a, 5b, 6a, 6b mit einem geeigneten Positionssensor versehen, wie er beispielsweise in der deutschen Anmeldung 197 53 275 oder der DE 195 18 056 AI beschrieben ist. Die Regelung des Spulenstroms zum Fangen des Ventils 5a, 5b, 6a, 6b in der Endstellung ist beispielsweise in der DE 195 26 683 AI prinzipiell beschrieben. Der Aufsetzregier mißt dazu den IST-Strom durch die Spule und gibt den Wert des SOLL- Stromes an die Endstufe aus. Statt des Stromes kann jedoch auch eine andere Größe verwendet werden, die die Betätigung des Stellgliedes ausdrückt, z.B. die Treiberspannung der End¬ stufe.
Jeder Aufsetzregier 2, 3 führt zusätzlich zur Regelung der Spulenbestromung noch eine Plausibilitätskontrolle der Signale durch, d.h. des Positionssignals und der Spulenbestromung. Aus letzterer kann, wie aus der DE 195 26 683 AI bekannt ist, ein weiteres Signal abgeleitet werden, das Aussagen über die Position des Ventils 5a, 5b, 6a, 6b ermöglicht, so daß mittels dieses weiteren Signals das Positionssignal überprüft werden kann.
Jeder Aufsetzregier 2, 3 ist über eine weitere SPI-BUS Schnittstelle mit dem Kommunikationsrechner 1 verbunden und meldet den Zustand des Ventils 5a, 5b, 6a, 6b bzw. einen eventuellen Ventilausfall über diese Schnittstelle.
Der Kommunikationsrechner 1 ist an einen CAN-BUS 8 ange- schlössen und führt darüber die Kommunikation mit dem Be- triebsssteuergerät 9 der Brennkraftmaschine durch. Weiter erhält er das Kurbelwellensignal und berechnet daraus zusammen mit den Anforderungen des Betriebssteuergerätes 9 die Zeitsteuersignale für die Aufsetzregier 2, 3 und gibt sie über die unidirektionalen Kommunikationsleitungen 4 an die Aufsetzregier 2, 3 aus. Über den SPI-BUS 7 kommuniziert er zusätzlich mit den Aufsetzreglern 2, 3 und tauscht die Zustandsinformationen bzw. Fehlerinformationen aus. Weiter überwacht der Kommunikationsrechner 1 den gesamten elektrome- chanischen Ventiltrieb, d.h. die Temperatur der Endstufen für die Ventile 5a, 5b, 6a, 6b, die Versorgungsspannung dieser Endstufen (üblicherweise 42 V) , die Versorgungsspannung der Positionssensoren (üblicherweise 15 V) sowie die Versorgungs¬ spannung der Aufsetzregler 2, 3 (üblicherweise 3,3 V).
In Fig. 2 ist die Brennkraftmaschine mit den elektromechanisch betätigten Ventilen 5a, 5b, 6a, 6b genauer dargestellt. Die Brennkraftmaschine 10 verfügt über elektromechanisch betätigte Einlaßventile 5a, 5b, von denen in der Fig. 2 nur zwei dargestellt sind. Die elektromechanisch betätigten Aus- laßventile sind in Fig. 2 nicht eingezeichnet. Diese elektromechanisch betätigten Einlaßventile 5a, 5b werden auf die zuvor beschriebene Weise von einem Aufsetzregier 2 angesteuert, der auf beschriebene Weise mit einem Kommunikationsrechner 1 verbunden ist. Die Brennkraftmaschine 10 verfügt weiter über einen Ansaugtrakt 11, in dem sich eine Drosselklappe 12 befindet. Diese Drosselklappe 12 kann über eine Drosselklappensteuerleitung 13 vom Betriebssteuergerät 9 der Brennkraftmaschine angesteuert werden. Das Betriebssteuergerät 9 ist, wie bereits beschrieben, über den CAN-BUS 8 mit dem Kommunikati- onsrechner 1 der Ventilsteuerung verbunden. Zusätzlich zur Verbindung über den CAN-BUS 8 kann das Betriebssteuergerät 9 noch optional eine Fehlersignalleitung 14 als Verbindung zum Kommunikationsrechner 1 haben.
Die Ansteuerung der Betätigung der Einlaßventile 5a, 5b erfolgt nun so, daß die Brennkraftmaschine 10 mit bestimmter Last läuft. Dies wird über die Steuerzeiten, insbesondere die Öffnungsdauer der Einlaßventile bewirkt. Die Last wird dem Kommunikationsrechner 1 vom Betriebssteuergerät 9 der Brenn- kraftmaschine über den CAN-BUS 8 vorgegeben.
Durch diese Laststeuerung kann die Drosselklappe 12 der Brennkraftmaschine, die sich in deren Ansaugtrakt 11 befindet, in offener Stellung bleiben und muß nicht über die Dros- selklappensteuerleitung 13 angesteuert werden. Stellt das Betriebssteuergerät 9 eine Störung des Datenaus¬ tausches über den CAN-BUS 8 fest, weist es den Kommunikati¬ onsrechner 1 über die Fehlersignalleitung 14 an, die Ventil¬ steuerzeiten auf fest vorgegebene Steuerzeiten beispielsweise Vollaststeuerzeiten umzustellen. Um dennoch eine Laststeuerung der Brennkraftmaschine durchführen zu können, fährt das Betriebssteuergerät 9 zeitgleich über die Drosselklappensteuerleitung 13 die Drosselklappe 12 in die geeignete Laststellung. Die Laststeuerung der Brennkraftmaschine 10 erfolgt dann wie bei einer Brennkraftmaschine mit konventioneller Nockenwellenbetätigung.
Vorteilhafterweise stellt der Kommunikationsrechner 1 mittels der Aufsetzregler 2 die elektromechanische Betätigung der Einlaßventile 5a, 5b mit einem gewissen Zeitversatz gegenüber dem Empfang des Signals an der Fehlersignalleitung 14 auf die Vollaststeuerzeiten um, wie nun anhand von Fig. 3 erläutert werden wird.
In Fig. 3 ist in Kurve 21 der Lastvorgabewert, der sich aus der Stellung der Drosselklappe 12 ergibt, eingetragen. Zum Zeitpunkt tO stellt die Brennkraftmaschine 9 fest, daß die Kommunikation über den CAN-BUS 8 gestört ist und beginnt, die Drosselklappe 12 aus der Vollaststellung in die der entspre- chenden Betriebsphase entsprechenden Laststellung z. B. 20 % Last zu bringen. Da die Drosselklappe 12 für eine solche Stellungsänderung von z.B 80 % eine gewisse Zeitspanne benötigt, dauert es die Zeitspanne dt, in unserem Beispiel etwa 80 ms, bis die Drosselklappe 12 in die entsprechende Last- Stellung gefahren ist. Das Umstellen der Einlaßventile auf Vollaststeuerzeiten kann dagegen von einem Arbeitsspiel zum nächsten erfolgen. Würde deshalb, wie in Kurve 20 angedeutet, die Betätigung der Einlaßventile zum Zeitpunkt tO auf Vollaststeuerzeiten umgestellt, liefe die Brennkraftmaschine während der Zeitdauer dt mit einer größeren Last als vom Betriebssteuergerät 9 gewünscht. Um dies zu vermeiden, bewirkt der Kommunikationsrechner 1 das Umstellen der elektro- mechanisch betätigten Einlaßventile 5a, 5b erst zu einem späteren Zeitpunkt tl, wie in Kurve 22 angedeutet.
Dadurch ist sichergestellt, daß die Brennkraftmaschine 10 nicht mit einer größeren Last läuft als vom Betriebssteuerge¬ rät 9 gewünscht. Die exakte Wahl des Zeitpunktes tl bzw. des Zeitversatzes dt hängt natürlich von der Stellgeschwindigkeit der Drosselklappe 12 ab. Da die Drosselklappe typischerweise 100 ms benötigt, um von Laststellung 100 % in Laststellung 0 % zu verfahren, sollte der Zeitversatz jedoch in der Größenordnung von 100 ms liegen.
In einer alternativen Ausführungsform kann auf die Fehlersignalleitung 14 zwischen dem Betriebssteuergerät 9 und dem Kommunikationsrechner 1 verzichtet werden. Der Kommunikationsrechner 1 stellt die elektromechanische Betätigung der Einlaßventile selbsttätig auf Vollaststeuerzeiten um und leitet so den Notbetrieb ein, wenn er einen Ausfall bzw. eine Störung des Datenaustausches über den CAN-BUS 8 feststellt. Dasselbe tut das Betriebssteuergerät 9, so daß beide unabhängig und selbsttätig vom Normalbetrieb mit Laststeuerung durch Betätigung der Einlaßventile 5a, 5b in Notbetrieb mit Laststeuerung durch die Drosselklappe 12 wechseln.
In einer optionalen Ausführungsform hat der Kommunikationsrechner 1 eine Eingriffsmöglichkeit auf die Stellung der Drosselklappe 12, z.B. durch eine geeignete Anordnung von logischen Gliedern in der Drosselklappensteuerleitung 13. Erkennt dieser dann eine Störung bzw. einen Ausfall des Daten- austausches über den CAN-BUS 8, entweder selbsttätig oder durch ein entsprechendes Signal an der Fehlersignalleitung 14, bewirkt er selbst den Wechsel in den Notbetrieb. Ist in der Drosselklappensteuerleitung ein geeignetes UND-Glied geschaltet, kann das Betriebssteuergerät 9 über eine geeignete Leitung die Steuerung der Drosselklappe 12 anschließend selbst übernehmen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Synchronität zwischen Abschalten der Ventil-Laststeuerung und Einschalten der Drosselklappen-Laststeuerung beim Übergang in den Notbetrieb gewährleistet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Notlaufbetrieb einer gemischsaugenden Brenn- kraftmaschine (10) mit mindestens einem elektromechanisch betätigten Einlaßventil (5a, 5b) , deren Laststeuerung bei normalem Betrieb vorwiegend durch die Ansteuerung des mindestens einen Einlaßventils (5a, 5b) von einem Ventilsteuerger t (1, 2) nach Vorgabe durch ein Betriebssteuergerät (9) der Brenn- kraftmaschine (9) erfolgt, bei dem das Betriebssteuergerät
(9) auf Laststeuerung durch eine Drosselklappe (12) umstellt und das Ventilsteuergerät (1, 2) die elektromechanische Betätigung des Einlaßventils (5a, 5b) auf fest vorgegebene Steuerzeiten umstellt, wenn das Betriebssteuergerät (9) erkennt, daß die Laststeuerung durch die Ansteuerung des Einlaßventils (5a, 5b) nicht normal arbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Betriebssteuergerät (9) den Notlaufbetrieb beginnt, wenn die Kommunikation zwischen dem Betriebssteuergerät (9) und dem Ventilsteuergerät (1, 2) gestört ist, indem es über eine Fehlerleitung (14) ein Signal an das Ventilsteuergerät (1, 2) gibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Betriebssteuergerät (9) und das Ventilsteuergerät (1) gemeinsam und eigenständig den
Notlaufbetrieb beginnen, wenn die Kommunikation zwischen dem
Betriebssteuergerät (9) und dem Ventilsteuergerät (1, 2) ge- stört ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ventilsteuergerät (1, 2) mit einer Zeitverzögerung auf fest vorgegebene Steuerzeiten umstellt, um sicherzustellen, daß die Drosselklappe (10) in eine zur Laststeuerung geeignete Stellung gebracht wurde.
5. Schaltung zur Laststeuerung einer gemischsaugenden Brennkraftmaschine (10), bei der mindestens ein Einlaßventil (5a, 5b) elektromechanisch betätigt ist, mit einem Ventilsteuerge- rät (1, 2), das ein Kurbelwellenstellungssignal auswertet und mit einem Betriebssteuergerät (9) der Brennkraftmaschine (10) Daten austauscht und abhängig vom Kurbelwellenstellungssignal und von dem vom Betriebssteuergerät (9) erhaltenen Daten das Einlaßventil (5a, 5b) so betätigt, daß die Brennkraftmaschine (10) unter der vom Betriebssteuergerät (9) geforderten Last läuft, wobei bei einer Störung des Datenaustausches zwischen Ventilsteuergerät (1, 2) und Betriebssteuergerät (9) das Ventilsteuergerät (1, 2) die Betätigung des Einlaßventils (5a, 5b) auf fest vorgegebene Steuerzeiten umstellt und das Be- triebssteuergerät (9) die Laststeuerung über eine Drosselklappe (12) bewirkt.
6. Schaltung nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t durch eine bidirektionale BUS-Verbindung (8) zwischen dem Be- triebssteuergerät (9) und dem Ventilsteuergerät (1, 2) zum Datenaustausch, wobei das Ventilsteuergerät (1, 2) bei Störung der BUS-Verbindung (8) eigenständig auf fest vorgegebene Steuerzeiten umstellt.
7. Schaltung nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Fehlersignalleitung (14) zwischen Betriebssteuergerät (9) und Ventilsteuergerät (1, 2), wobei das Ventilsteuergerät (1, 2) auf fest vorgegebene Steuerzeiten umstellt, wenn an der Fehlersignalleitung (14) ein vorbestimmtes Signal anliegt.
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ventilsteuergerät (1, 2) mit einem Zeitversatz auf fest vorgegebene Steuerzeiten um- stellt, um sicherzustellen, daß die Drosselklappe (12) in eine zur Laststeuerung geeignete Stellung gebracht wurde.
9. Schaltung nach einem der vorhergehenden Schaltungsansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Ventilsteuergerät (1, 2) eine direkte oder mittelbare Eingriffsmöglichkeit auf die Drosselklappe (12) hat und bei Einleiten des Notlaufbetriebes über diese Eingriffsmöglichkeit ein Stellen der Drosselklape in die erforderliche Laststellung bewirkt.
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