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WO1994008130A1 - Verfahren zur regelung der stufenlosen verstellung der nockenspreizung - Google Patents

Verfahren zur regelung der stufenlosen verstellung der nockenspreizung Download PDF

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WO1994008130A1
WO1994008130A1 PCT/DE1993/000908 DE9300908W WO9408130A1 WO 1994008130 A1 WO1994008130 A1 WO 1994008130A1 DE 9300908 W DE9300908 W DE 9300908W WO 9408130 A1 WO9408130 A1 WO 9408130A1
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WO
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determined
spread
setpoint
actuator
cam
Prior art date
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Ceased
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PCT/DE1993/000908
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Wier
Axel Daase
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
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Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • 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
    • 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
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • 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
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/024—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the stepless cam spread in an internal combustion engine by means of an actuator.
  • a measure of the shift is the so-called ⁇ ock spread, which is the time period between the top dead center when the charge changes and the greatest valve lift of the intake valve.
  • DE-OS 40 06 950 assumes a variable cam spread in order to carry out the adjustment of the camshaft in a stepless manner.
  • This so-called Vano ⁇ principle (variable cam spread) enables an individual setting of the cam spread depending on the load and speed.
  • the method known from DE-OS 40 06 950 provides a comparison of the crankshaft position with the camshaft position, the comparison taking place in speed-dependent sampling times.
  • the comparison value is supplied in digital form to the input of a difference former.
  • the setpoint of the cam spread is read from a spread map and a second input of a Differential generator supplied.
  • the output signal of the differential generator is fed to a digital control element, the control parameters of which are adapted as a function of the speed and are converted via a D / A converter into an analog control signal which is fed, for example, to a solenoid valve to influence the cam spread.
  • An essential feature of the invention is that, among other things, the direction of the adjustment required is determined. Depending on whether the setpoint is greater than the actual value or vice versa, the adjustment direction can be determined by evaluating a resulting negative or positive amount.
  • the sampling is carried out in a fixed time grid.
  • an actuator for example a solenoid valve, is actuated with a variable pulse duty factor, as a result of which the adjustment speed is influenced.
  • the actuator is controlled with the variable duty cycle until, in the ideal case, the setpoint is equal to the actual value.
  • the setpoint is taken from at least one map.
  • characteristic diagrams are provided, which are stored in a computer as pre-control tables, in which the setpoint of the cam spread is determined as a function of various, operation-dependent input variables.
  • various characteristic maps can be provided for the operating state "Katffyen", where the engine speed, the intake air mass, the cooling water temperature and the dead time can be taken into account. After completion of the operating state "Katsammlungen” other maps are provided, where the engine speed, the intake air mass and the cooling water temperature can be taken into account.
  • the setpoint of the cam spread is determined from all these characteristic maps, so that, depending on the direction of adjustment, a specific duty cycle is determined by which the rate of adjustment of the cam spread is influenced.
  • the adjustment speed of the cam spread in the early or late direction can thus also be determined, the adjustment speed in the early direction being slower than in the late direction.
  • the actuator If the deviation of the target value from the actual value is within a predetermined tolerance, for example 1%, it is expedient to control the actuator with a neutral duty cycle. Through the control With a neutral duty cycle, the adjustment of the actuator is ended and thus also the regulation. This has the advantage that a permanent load on the computer is avoided, so that possible oscillating vibrations cannot occur.
  • a predetermined tolerance for example 1%
  • a great control quality can be achieved by the invention, since the time behavior of the control loop can be optimally adjusted by the variable duty cycle.
  • different control qualities can be used, i.e. Either asymptotic approximations to the actual value or overshoots with damped decay are possible depending on the technical requirements.
  • the best setpoint of the cam spread can be determined depending on the operating state of the engine.
  • the engine operating states “acceleration” and “overrun mode" that is to say the so-called transient state, can be treated separately by the choice of the duty cycle.
  • Fig. 1 is a flowchart of a control for the variable cam spread
  • a Vanos unit (VE) is controlled via a computer (not shown), so that the routine arrives at a decision unit ATB, where it is determined whether the scanning conditions are met. Are these not fulfilled when, for example, the engine is at a standstill, a start is being initiated or if an error is detected in the angular pulse generator (sensor), the routine returns to the starting point.
  • the routine arrives at the target-actual unit, where the target value is compared with the actual value. If no discrepancy is found, the routine returns to the starting point. If, on the other hand, a discrepancy is ascertained, the routine arrives at a unit MV in which an actuator is controlled in a fixed time pattern with a variable pulse duty factor until the setpoint is reached. The routine then arrives at a counter Z, through which the routine is reset to the decision unit for the scanning conditions.
  • crankshaft angle is shown as a function of time.
  • the setpoint is represented by a bold curve, while the actual value is represented by a thin curve.

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Abstract

Zur stufenlosen Verstellung der Nockenspreizung bei einer Brennkraftmaschine wird die augenblickliche Lage (Istwert) der Nockenwelle durch einen Sensor ermittelt. Danach wird der Sollwert aus einem in einem Rechner abgelegten Kennfeld sowie die Richtung der benötigten Verstellung ermittelt. Entsprechend der Größe der Abweichung wird ein Stellglied mit einem variablen Tastverhältnis angesteuert, wobei die Abtastung in einem festen Zeitraster vorgenommen wird. Danach wird das Stellglied zwecks Auswertung der aktuellen Nockenwellenlage eine bestimmte Zeit lang mit einem Neutralverhältnis angesteuert und anschließend beginnt die Ermittlung der Abweichung wieder von vorne.

Description

Verfahren zur Regelung der stufenlosen Verstellung der Nockenspreizung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der stufenlosen Nockenspreizung bei einer Brennkraftmaschine mittels eines Stellgliedes.
Eine derartige Regelung ist durch die DE-OS 40 06 950 be¬ kannt. Hier werden die Steuerzeiten der Ventile einer Brennkraftmaschine verschoben, um bei höheren Drehzahlen eine bessere Zylinderfüllung durch einen späteren Einla߬ schluß und bei niedrigen Drehzahlen einen besseren Luft¬ aufwand durch einen früheren Einlaßschluß zu erreichen.
Ein Maß für die Verschiebung ist die sogenannte Νocken- spreizung, die die Zeitspanne zwischen dem oberen Tot¬ punkt beim Ladungswechsel und dem größten Ventilhub des Einlaßventils ist. Die DE-OS 40 06 950 geht von einer va¬ riablen Nockenspreizung aus, um die Verstellung der Nok¬ kenwelle stufenlos vorzunehmen. Dieses sogenannte Vanoε- Prinzip (variable Nockenspreizung) ermöglicht je nach Last und Drehzahl eine individuelle Einstellung der Nockenspreizung.
Das durch die DE-OS 40 06 950 bekannte Verfahren sieht einen Vergleich der Kurbelwellenlage mit der Nockenwel¬ lenlage vor, wobei der Vergleich in drehzahlabhängigen Abtaεtzeiten erfolgt. Der Vergleichswert wird in digita¬ ler Form dem Eingang eines Differenzbildners zugeführt. Der Sollwert der Nockenspreizung wird aus einem Sprei- zungskennfeld ausgelesenn und einem zweiten Eingang eines Differenzbildners zugeführt. Das Ausgangssignal des Dif- ferenzbildnerε wird einem digitalen Regelglied zugeführt, dessen Regelparameter drehzahlabhängig adaptiert werden und über einen D/A-Wandler in ein analoges Stellsignal umgewandelt werden, das beispielsweise einem Magnetventil zur Beeinflussung der Nockenspreizung zugeführt wird.
Um ein gleiches Zeitverhalten des Regelsystems zu erhal¬ ten, ist es jedoch wünschenswert, daß die unterschiedli- chen erforderlichen Kräfte bei der Verstellung der Venti¬ le in Richtung früh oder spät bei der Regelung der Nockenspreizung eine Berücksichtigung finden. Diese un¬ terschiedlichen Kräfte rühren daher, daß bei der unverän¬ derlichen Drehrichtung des Motors für die Verstellung der Nockenspreizung in Richtung früh mehr Kraft aufgewendet werden muß als in Richtung spät. Wenn diese Tatsache keine Berücksichtigung bei der Regelung findet, wird die Regelgüte negativ beeinflußt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, daß bei der Regelung zur Verstellung der Nockenspreizung innerhalb des Verstellbereichs die obenerwähnten unterschiedlich großen Kräfte bei der Verstellung der Nockenspreizung be¬ rücksichtigt werden, um eine hohe Regelgüte zu erhalten.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patent¬ anspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß u.a. die Richtung der benötigten Verstellung ermittelt wird. Je nachdem, ob der Sollwert größer ist als der Ist¬ wert oder umgekehrt, kann durch Auswertung eines daraus resultierenden negativen oder positiven Betrags die Ver- Stellrichtung bestimmt werden. Die Abtastung wird in einem festen Zeitraster vorgenom¬ men. Innerhalb dieses Zeitrasters wird ein Stellglied, beispielsweise ein Magnetventil, mit einem variablen Tastverhältnis angesteuert, wodurch die Verstellgeschwin¬ digkeit beeinflußt wird. Mit dem variablen Tastverhältniε wird das Stellglied solange angesteuert, bis im idealen Fall der Sollwert gleich dem Istwert ist. Der Sollwert wird zumindest einem Kennfeld entnommen. Vorteilhafter- weise sind jedoch mehrere Kennfelder vorgesehen, die in einem Rechner als Vorsteuertabellen abgelegt sind, in de¬ nen der Sollwert der Nockenspreizung in Abhängigkeit ver¬ schiedener betriebsabhängiger Eingangsgrößen festgelegt ist. So können verschiedene Kennfelder für den Betriebs- zustand "Katheizen" vorgesehen sein, wo die Motordreh¬ zahl, die angesaugte Luftmasse, die Kühlwassertemperatur und die Totzeit berücksichtigt sein können. Nach Beendi¬ gung des Betriebszustandes "Katheizen" sind andere Kenn¬ felder vorgesehen, wo die Motordrehzahl, die angesaugte Luftmasse und die Kühlwassertemperatur berücksichtigt sein können.
Aus all diesen Kennfeldern wird der Sollwert der Nocken¬ spreizung ermittelt, so daß je nach der Verstellrichtung ein bestimmtes Tastverhältnis ermittelt wird, durch das die Verstellgeschwindigkeit der Nockenspreizung beein¬ flußt wird. Damit kann auch die Verstellgeschwindigkeit der Nockenspreizung in Richtung früh oder spät bestimmt werden, wobei die Verstellgeschwindigkeit in Richtung früh kleiner als in Richtung spät sein soll.
Wenn die Abweichung des Sollwertes gegenüber dem Istwert innerhalb einer vorgegebenen Toleranz, beispielsweise 1 %, liegt, ist es zweckmäßig, das Stellglied mit einem neutralen Tastverhältnis anzusteuern. Durch die Ansteue- rung mit einem neutralen Tastverhältnis wird die Verstel¬ lung des Stellgliedes beendet und damit auch die Rege¬ lung. Dies hat den Vorteil, daß eine andauernde Belastung des Rechners vermieden wird, so daß auftretende mögliche oszillierende Schwingungen nicht auftreten können.
Durch die Erfindung ist eine große Regelgüte erreichbar, da durch das veränderliche Tastverhältnis das Zeitverhal¬ ten des Regelkreises optimal einstellbar ist. Dadurch sind verschiedene Regelgüten anwendbar, d.h. es sind ent¬ weder asymptotische Annäherungen an den Istwert oder Überschwingungen mit gedämpften Ausklingen je nach tech¬ nischer Anforderung möglich. Wegen des Vorhandenseins mehrerer Kennfelder kann je nach dem Betriebszustand des Motors der beste Sollwert der Nockenspreizung bestimmt werden. Weiterhin sind die Motorbetriebszustände "Beschleunigen" und "Schubbetrieb", also der sogenannte instationäre Zustand, durch die Wahl des Tastverhältnis¬ ses gesondert behandelbar.
Im folgenden sei die Erfindung anhand von zwei Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Flußdiagrammm einer Regelung für die variable Nockenspreizung, und
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Abtastvorgangeε
Über einen nicht gezeigten Rechner wird eine Vanos-Ein- heit (VE) angesteuert, so daß die Routine zu einer Ent- εcheidungεeinheit ATB gelangt, wo beεtimmt wird, ob die Abtaεtbedingungen er¬ füllt εind. Sind dieεe nicht erfüllt, wenn beiεpielεweise der Motor steht, gerade ein Starten eingeleitet wird oder wenn ein Fehler beim Winkelimpulsgeber (Sensor) festge¬ stellt wird, kehrt die Routine zum Ausgangspunkt zurück.
Sind die Abtastbedingungen erfüllt, so gelangt die Rou- tine zur Einheit Soll-Ist, wo der Sollwert mit dem Ist¬ wert verglichen wird. Wird keine Abweichung festgestellt, so kehrt die Routine zum Ausgangspunkt zurück. Wird dage¬ gen eine Abweichung festgestellt, gelangt die Routine zu einer Einheit MV, in der ein Stellglied in einem festen Zeitraster mit einem variablen Tastverhältnis angesteuert wird, und zwar solange, bis der Sollwert erreicht ist. Danach gelangt die Routine zu einem Zähler Z, durch den die Routine wieder zur Entscheidungseinheit für die Ab¬ tastbedingungen zurückgesetzt wird.
Bei der in Fig. 2 gezeigten graphischen Darstellung ist der Kurbelwellenwinkel in Abhängigkeit von der Zeit dar¬ gestellt. Der Sollwert ist durch eine fette Kurve darge¬ stellt, während der Istwert durch eine dünne Kurve darge- stellt ist.
Im Zeitpunkt to bis tl ist eine kleine Abweichung des Sollwertes vom Istwert erkennbar, die innerhalb der Tole¬ ranz liegt und daher nicht ausgeregelt wird. Im Zeitpunkt tl springt der Sollwert von Sl auf einen Wert S2. In die¬ sem Zeitpunkt beginnt die Abtastung, wobei die Zeit je¬ weils zwischen tl, t2, t3,. —konstant ist, d.h., es ist ein festes Zeitraster vorhanden. Mit einem variablen Tastverhältnis wird nun jeweils zu den Zeitpunkten tl, t2, t3,...ein Stellglied angesteuert, bis der Istwert unter Berücksichtigung der Toleranz gleich dem neuen Sollwert ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung der stufenlosen Verstellung der Nockenspreizung bei einer Brennkraftmaschine mit¬ tels eines Stellgliedes, wobei
- zunächst die augenblickliche Lage der Nockenwelle (Istwert) durch eine Sensor ermittelt wird,
- die gewünschte Größe der Nockenspreizung (Sollwert) aus zumindest einem in einem Rechner abgelegten Kenn¬ feld ermittelt wird,
- die Richtung der benötigten Verstellung ermittelt wird,
- entsprechend der Größe der Abweichung (Istwert-Soll- wert) ein Stellglied eine bestimmte Zeit mit einem va¬ riablen Tastverhältnis, durch das die Verstellgeschwin¬ digkeit beeinflußt wird, angesteuert wird, wobei die Abtastung in einem festen Zeitraster vorgenommen wird,
- danach das Stellglied zwecks Auswertung der aktuel- len Nockenwellenlage eine bestimmte Zeit lang mit einem
Neutralverhältnis angesteuert wird, und
- anschließend die Ermittlung der Abweichung des Soll¬ wertes vom Istwert wieder von vorne beginnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert zumindest einem Kennfeld entnommen wird, das in einem Rechner abgelegt ist, in dem der Sollwert der Nockenspreizung in Abhängigkeit verschie¬ dener betriebsabhängiger Eingangsgrößen (N, Last) sowie verschiedener Motorbetriebszustände festgelegt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je nach der Verstellgeschwindigkeit der Nocken¬ spreizung in Richtung früher Ventileinlaß oder später Ventileinlaß das Tastverhältnis verschieden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellgeschwindigkeit in Richtung früh klei¬ ner ist als in Richtung spät.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß im Betriebszustand "Katheizen" der Soll¬ wert aus zumindest einem Kennfeld ermittelt wird, in dem die Nockenspreizung in Abhängigkeit von der Motor¬ drehzahl, der angesaugten Luftmasse sowie der Kühlwas- sertemperatur festgelegt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß im normalen Betriebszustand der Sollwert der Nockenspreizung zumindest anhand eines Kennfeldes ermittelt wird, in dem die Nockenspreizung in Abhängig¬ keit von der Motordrehzahl, der angesaugten Luftmasse und der Kühl assertemperatur abgelegt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feststellung einer geringen Abweichung des Ist¬ wertes vom Sollwert innerhalb einer vorgegebenen Tole¬ ranz das Stellglied mit einem neutralen Tastverhältnis angesteuert wird.
PCT/DE1993/000908 1992-09-30 1993-09-24 Verfahren zur regelung der stufenlosen verstellung der nockenspreizung Ceased WO1994008130A1 (de)

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