DE102004019183B4

DE102004019183B4 - Method for torque-neutral switching of an internal combustion engine and an internal combustion engine for carrying out the method

Info

Publication number: DE102004019183B4
Application number: DE102004019183A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Budack; Michael Kuhn
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2024-04-17
Also published as: DE102004019183A1

Abstract

Verfahren zum drehmomentneutralen Umschalten einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einlassventil und einem Einlassnockenumschaltsystem mit einer Teillast- und einer Volllastnocke einer Einlassnockenwelle für einen Teillastbetrieb bzw. für einen Volllastbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass für ein drehmomentneutrales Umschalten bei einem Umschaltvorgang vom Teillastbetrieb in den Volllastbetrieb die Einlassnockenwelle nach spät verstellt wird, bis ein maximales Drehmoment mit dem Teillastnocken erreicht wird.method for torque neutral switching an internal combustion engine with at least one intake valve and one intake cam switching system with a part-load cam and a full-load cam of an intake camshaft for one Part load operation or for a full load operation, characterized in that for a torque neutral Switching during a changeover from part load operation to the Full load operation, the intake camshaft is retarded until a maximum Torque is achieved with the part load cam.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum drehmomentneutralen Umschalten einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine zur Ausführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The The invention relates to a method for torque-neutral switching an internal combustion engine and an internal combustion engine for carrying out the Method according to the preambles of independent Claims.

Aus dem Stand der Technik sind Brennkraftmaschinen mit einer variablen Ventilsteuerung bekannt, wobei letztere es ermöglichen soll, einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und geringe Abgasemissionen bei hohen Drehzahlen in einem Hochlastbereich, mittleren Drehzahlen in einem Teillastbereich mit hohem Drehmoment und auch niedrigen Drehzahlen zu erreichen. Zur variablen Ventilsteuerung ist dabei vorgeschlagen worden, die Nockenwelle bedarfsweise radial gegenüber der Kurbelwelle zu verdrehen. Da üblicherweise die Einlassventile von Brennkraftmaschinen von einer Nockenwelle betätigt werden, kann damit der Öffnungs- bzw. Schließwinkel der Ventile beeinflusst werden. Dabei wird die Ventilhubkurve von der Hubkontur des Nockens festgelegt. Durch die Verdrehung der Nockenwelle ist es daher möglich, die Phasenlage der Ventilhubkurve zwischen zwei Einstellungen zu verändern.Out In the prior art are internal combustion engines with a variable Valve control known, the latter is intended to allow a low Fuel consumption and low exhaust emissions at high speeds in a high load range, medium speeds in a partial load range to achieve high torque and low speeds. For variable valve control has been proposed, the Camshaft, if necessary, to rotate radially relative to the crankshaft. As usual the intake valves of internal combustion engines of a camshaft actuated can be used to open the opening or closing angle the valves are affected. The valve lift curve of the stroke contour of the cam set. By the rotation of the camshaft is it therefore possible the phase angle of the valve lift curve between two settings change.

Zur Steuerung eines Einlassventils ist ferner aus dem Stand der Technik die Verwendung von zwei Nocken mit unterschiedlicher Hubkontur bekannt. Aus der DE 41 35 965 A1 ist beispielsweise bekannt, eine Leistungsnocke zu verwenden, mit der ein hohes Abtriebsdrehmoment an der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden kann sowie ferner eine Sparnocke zu verwenden, mit der ein günstiger Kraftstoffverbrauch ermöglicht wird. Mittels einer Nockenumschalteinrichtung wird in einem vorgegebenen Umschaltbereich eine Umschaltung von der einen auf die andere Nocke vorgenommen. Ohne entsprechende Gegenmaßnahmen stellt sich dabei das Problem, dass verschiedene Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine und in der Folge auch das Drehmoment diskontinuierlich geändert werden. Zur Vermeidung einer derartigen Veränderung ist aus der DE 41 35 965 A1 bekannt, die Ansteuerung einer Drosselklappe, die Vorgabe eines Zündwinkels und die Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum zu synchronisieren. Eine derartige Steuerung muss relativ genau erfolgen und erfordert daher einen hohen Aufwand, da andernfalls Drehmomentsprünge mit entsprechenden Beschleunigungen bzw. Verzögerungen im Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgen können.For controlling an intake valve, the use of two cams with different stroke contour is also known from the prior art. From the DE 41 35 965 A1 For example, it is known to use a power cam with which a high output torque can be provided to the internal combustion engine and also to use a economy cam, with which a favorable fuel consumption is made possible. By means of a cam switching device, a changeover from one to the other cam is made in a predetermined switching range. Without corresponding countermeasures, the problem arises that different state variables of the internal combustion engine and consequently also the torque are changed discontinuously. To avoid such a change is from the DE 41 35 965 A1 known to synchronize the control of a throttle valve, the specification of a firing angle and the injection of fuel into the combustion chamber. Such a control must be relatively accurate and therefore requires a lot of effort, otherwise torque jumps can occur with corresponding accelerations or delays in the operation of the internal combustion engine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum drehmomentneutralen Umschalten einer Brennkraftmaschine sowie eine entsprechende Brennkraftmaschine zu schaffen, mit denen ein drehmomentneutrales Umschalten auf eine relativ einfache Weise realisiert werden kann.task The present invention is a method for torque neutral Switching an internal combustion engine and a corresponding internal combustion engine to create a torque-neutral switching to a relatively simple way can be realized.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The Task is according to the invention with the features the independent one claims solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum drehmomentneutralen Umschalten einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einlassventil und einem Einlassnockenumschaltsystem mit einer Teillast- und einer Volllastnocke für einen Teillastbetrieb bzw. einen Volllastbetrieb wird für ein drehmomentneutrales Umschalten bei einem Umschaltvorgang vom Teillastbetrieb in den Volllastbetrieb die Einlassnockenwelle nach spät verstellt, bis ein maximales Drehmoment mit dem Teillastnocken erreicht wird.at the method according to the invention for torque neutral switching an internal combustion engine with at least one intake valve and one intake cam switching system with a part-load and a full-load cam for a part-load operation or a full load operation is for a torque-neutral switching in a switching from the Part-load operation in full-load operation after the intake camshaft late adjusted, until a maximum torque is achieved with the part load cam.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist abgesehen von ihren gattungsgemäßen Merkmalen für ein drehmomentneutrales Umschalten zwischen Teillast- und Volllastbetrieb derartige Teillastnocken bzw. Volllastnocken auf, dass für ein drehmomentneutrales Umschalten bei einem Umschaltvorgang vom Teillastbetrieb in den Volllastbetrieb die Einlassnockenwelle nach spät verschoben ist, bis ein maximales Drehmoment mit den Teillastnocken erreicht ist. Bei einer derartigen Brennkraftmaschine ist der konstruktive Aufwand zur Gewährleistung eines drehmomentneutralen Umschaltens zwischen Teillast- und Volllastbetrieb geringer. Im Idealfall kann durch die Spätverstellung eine Umschaltung ohne Momentensprung erfolgen.The inventive internal combustion engine has apart from their generic features for a Torque-neutral switching between part-load and full-load operation Such part load cam or full load cam on that for a torque neutral Switching during a changeover from part load operation to the Full load operation the intake camshaft is delayed until a maximum Torque is achieved with the part load cam. In such a Internal combustion engine is the design effort to ensure a torque-neutral switching between partial load and full load operation lower. Ideally, by the retardation, a switch done without torque jump.

Günstig ist, wenn ein Schließwinkel und/oder ein Öffnungswinkel des Einlassventils der Einlassnockenwelle nach spät verschoben wird. Dies erfolgt vorzugsweise für den Volllastnocken. Ein nach spät verschobener Einlassschließwinkel verursacht eine reduzierte Luftfüllung des Motors und damit erfindungsgemäß die Dämpfung eines Drehmomentsprungs. Dies gilt insbesondere für den Volllastnocken. Zur Reduzierung der Füllung der Brennkraftmaschine bei hohem Saugrohrdruck und einem Betrieb mit dem Volllastnocken kann die Füllung des Motors vorteilhaft durch einen nach spät verschobenen Einlasswinkel reduziert werden. Ein spätes „Einlass schließt" führt dann zu einer Reduktion der Zylinderfüllung, wenn ausgehend von einem normalen Schließzeitpunkt, der im oder nach dem unteren Totpunkt liegt, in Richtung spät verstellt wird, was für den Volllastnocken erfüllt ist. Für den Teillastnocken, der deutlich vor dem unteren Totpunkt schließt, würde ein späterer Schließzeitpunkt zu einer Erhöhung der Zylinderfüllung führen.Cheap, if a closing angle and / or an opening angle the inlet valve of the intake camshaft postponed becomes. This is preferably done for the full load cam. One after late postponed Intake closing angle causes a reduced air filling of the engine and thus according to the invention the damping of a torque jump. This is especially true for the full load cam. To reduce the filling of the internal combustion engine with high intake manifold pressure and operation with the full load cam can the filling the motor advantageous by a late-shifted inlet angle be reduced. A late "inlet closes "then leads to a reduction of the cylinder filling, if starting from a normal closing time, in or after the bottom dead center, is adjusted in the direction of late, what the full load cam Fulfills is. For the part load cam, which closes well before bottom dead center, would be a later closing time to an increase the cylinder filling to lead.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the invention are specified in subclaims.

Bevorzugt erfolgt eine Lastregelung im Volllastbetrieb mit der Volllastnocke durch Rückverstellen der Einlassnockenwelle nach früh.Prefers a load control is carried out in full load operation with the full load cam by resetting intake camshaft early.

In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Umschaltung zwischen Teillast- und Volllastbetrieb bei niedrigen und/oder mittleren Drehzahlen. Damit kann berücksichtigt werden, dass insbesondere in einem unteren Drehzahlbereich bei üblichen Viertaktkolbenmotoren ein später Einlassschließwinkel ein verringertes Drehmoment zur Folge hat und damit die erfindungsgemäß angestrebte Reduzierung eines Drehmomentsprunges in besonders hohem Maße ermöglicht wird.In In a first embodiment of the invention, the switching takes place between part-load and Full load operation at low and / or medium speeds. In order to can be considered be that in particular in a lower speed range at usual Four-stroke piston engines one later Intake closing angle has a reduced torque result and thus the invention sought reduction a torque jump is made possible to a particularly high degree.

Ferner ist es zweckmäßig, die Einlassnockenumschaltung derart auszulegen, dass im Bereich des drehmomentneutralen Umschaltens zwischen Teillastnocke und Volllastnocke keine Maßnahmen zur Wirkungsgradverschlechterung erfolgen.Further it is appropriate, the Intake cam switch so interpreted that in the range of Torque-neutral switching between partial load cam and full load cam no measures to Efficiency deterioration done.

Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf den Fall eines Einlassventils beschränkt ist, sondern auch Konfigurationen mit mehreren Einlassventilen umfasst. Die Implementierung des Verfahrens erfolgt vorzugsweise durch ein Computerprogramm, das einem Steuer- und/oder Regelgerät der Brennkraftmaschine zugeordnet ist.It is understood that the inventive method not on the Case of an intake valve limited but also includes multiple intake valve configurations. The implementation of the method is preferably carried out by a computer program, assigned to a control and / or regulating device of the internal combustion engine is.

Weitere Ausbildungsformen und Aspekte der Erfindung werden unabhängig von einer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der Allgemeinheit im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Further Embodiments and aspects of the invention will be independent of a summary in the claims without limitation of the Generality explained in more detail below with reference to a drawing.

Dabei zeigenthere demonstrate

1 das Motormoment als Funktion der Öffnungszeit bezogen auf den Kurbelwinkel eines Einlassventils mit Teillastnocken und mit Volllastnocken; 1 the engine torque as a function of the opening time based on the crank angle of an intake valve with part load cam and with full load cam;

2 die Schließzeit bezogen auf den Kurbelwinkel als Funktion der Öffnungszeit eines Einlassventils mit Teillastnocken und mit Volllastnocken. 2 the closing time in relation to the crank angle as a function of the opening time of an intake valve with part load cams and with full load cams.

Das erfindungsgemäße Verfahren findet Anwendung bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, bei der in einem Brennraum eines Zylinders ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird. Eine derartige Brennkraftmaschine umfasst mehrere Zylinder, in deren Brennraum jeweils über ein Einlassventil und ein Ansaugrohr Verbrennungsluft zugeführt wird. Zur Bereitstellung des Kraftstoffs ist ein Kraftstoffsystem vorgesehen. Das Ansaugrohr kann durch eine Drosselklappe verengt werden. Einlass- und Auslassventil eines Zylinders werden jeweils von einer Einlassnockenwelle und einer Auslassnockenwelle betätigt. Gegebenenfalls können die Nockenwellen durch Aktoren verstellt werden. Gegebenenfalls erfolgt ferner eine Erfassung der Winkelstellung der jeweiligen Nockenwelle durch einen Sensor. Die Nockenwelle wird von einer Kurbelwelle her angetrieben, deren Winkelstellung und Drehzahl gegebenenfalls von einem Sensor erfasst werden kann.The inventive method applies to a spark-ignition internal combustion engine, when in a combustion chamber of a cylinder, a fuel-air mixture ignited becomes. Such an internal combustion engine comprises a plurality of cylinders, in their combustion chamber each over an intake valve and an intake pipe combustion air is supplied. to Provision of the fuel is provided by a fuel system. The intake pipe can be narrowed by a throttle valve. Inlet- and exhaust valves of a cylinder are each from an intake camshaft and an exhaust camshaft actuated. If necessary, you can the camshafts are adjusted by actuators. Possibly Furthermore, a detection of the angular position of the respective Camshaft through a sensor. The camshaft is powered by a crankshaft driven, their angular position and speed, if necessary can be detected by a sensor.

Zur Steuerung bzw. Regelung der verschiedenen Motorfunktionen ist ferner ein Motorsteuergerät vorgesehen, das Signale von Sensoren für Drehzahl, Drosselklappenstellung, den genannten Sensoren für die Erfassung von Parametern der Kurbelwelle, der Nockenwelle und dergleichen sowie einer Last- oder Leistungsanforderung umfasst.to Control of the various engine functions is further an engine control unit provided signals from sensors for speed, throttle position, the said sensors for the detection of parameters of the crankshaft, the camshaft and and a load or power request.

Erfindungsgemäß ist ein Einlassnockenumschaltsystem mit einer Teillastnocke und einer Volllastnocke für einen Teillastbetrieb bzw. einen Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Nocken weisen Hubkonturen zur Festlegung des Ventilhubs aus. Dabei wird als Volllastnocke die Nocke mit der Kontur bezeichnet, mit der bei einem Ladungswechsel der für Volllast erforderliche Luftaufwand des Motors zur Verfügung gestellt werden kann. Im Allgemeinen ist der maximale Ventilhub bei Volllast größer als bei Teillast.According to the invention is a Intake cam switching system with a part load cam and a full load cam for one Part load operation or full load operation of the internal combustion engine intended. The cams have stroke contours for determining the valve lift out. The cam is called the full contour cam with the contour, with the at a charge change required for full load air consumption of Motors available can be made. In general, the maximum valve lift at full load greater than at partial load.

In 1 ist eine momentneutrale Umschaltung gemäß der Erfindung skizziert. Das Motormoment M in Prozent ist über der Öffnungszeit EO des Einlassventils bezogen auf den Kurbelwinkel KW nach dem oberen Totpunkt OT, entsprechend dem Einlassöffnungswinkel, aufgetragen. Den Verlauf des Motormoments M mit Teillastnocken zeigt die Kurve TL, den Verlauf des Motormoments M mit Volllastnocken zeigt die Kurve VL. Wird der Einlassöffnungswinkel bzw. die Öffnungszeit EO im Teillastbereich vergrößert, nimmt das Motormoment M zu, beispielsweise von 20% bei etwa 15° bis auf fast 50% bei etwa 80°. Bei diesem Winkel schneidet die Kurve TL die Kurve VL. Die Kurve VL für den Vollastnocken zeigt einen der Kurve TL entgegengesetzten, fallenden Verlauf. Wird nunmehr vom Teillastnocken auf den Volllastnocken umgeschaltet, tritt praktisch kein Momentensprung auf. Um ein höheres Motormoment im Volllastbetrieb zu erzielen, wird die Einlassöffnungszeit EO im Volllastbereich verkleinert.In 1 is a torque-neutral switching according to the invention outlined. The engine torque M in percent is plotted against the opening time EO of the intake valve relative to the crank angle KW after top dead center OT, corresponding to the intake opening angle. The course of the engine torque M with part load cam shows the curve TL, the course of the engine torque M with full load cam shows the curve VL. If the inlet opening angle or the opening time EO is increased in the partial load range, the engine torque M increases, for example from 20% at approximately 15 ° to almost 50% at approximately 80 °. At this angle, the curve TL intersects the curve VL. The full load cam curve VL shows a falling course opposite the curve TL. Now switched from the part load cam on the full load cam, virtually no torque jump occurs. In order to achieve a higher engine torque in full load operation, the intake opening time EO is reduced in the full load range.

2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Einlassschließzeit ES bezogen auf den Kurbelwinkel KW nach dem oberem Totpunkt OT, entsprechend dem Einlassschließwinkel, und der Einlassöffnungszeit EO bezogen auf den Kurbelwinkel KW nach dem obe ren Totpunkt OT, entsprechend dem Einlassöffnungswinkel. Öffnet das Einlassventil im Betrieb mit der Teillastnocke beispielsweise zwischen –10° und 80° bezogen auf den Kurbelwinkel, nimmt die Einlassschließzeit von etwa 80° auf über 150° bezogen auf den Kurbelwinkel zu (Kurve TL). Die Schließzeit bezogen auf den Kurbelwinkel KW für den Volllastnocken (Kurve VL) ist gegenüber den Schließzeiten des Einlassventils für den Teillastnocken (Kurve VL) nach oben verschoben und nimmt für denselben EO-Winkelbereich von etwa 200° auf fast 300° bezogen auf den Kurbelwinkel zu. 2 shows the relationship between the intake closing time ES with respect to the crank angle KW after top dead center OT, corresponding to the intake closing angle, and the intake opening time EO with respect to the crank angle KW after the top dead center OT, corresponding to the intake opening angle. Opens the intake valve in operation with the partial load cam, for example, between -10 ° and 80 ° relative to the crank angle, the intake closing time of about 80 ° to about 150 ° with respect to the crank angle increases (curve TL). The closing time in relation to the crank angle KW for the full-load cam (curve VL) is shifted upwards compared to the closing times of the intake valve for the part-load cam (curve VL) and increases for the same EO angle range from about 200 ° to almost 300 ° relative to the crank angle ,

Claims

A method for torque-neutral switching an internal combustion engine having at least one intake valve and an intake cam switching system with a part load and a full load cam of an intake camshaft for a part-load operation or for a full-load operation, characterized in that for a torque-neutral switching in a changeover from part-load operation to full load operation, the intake cam after is adjusted late until a maximum torque is achieved with the part load cam.

Method according to claim 1, characterized in that that a load control of the internal combustion engine in full load operation with the full load cam by Rückverstellen intake camshaft early he follows.

Method according to claim 1 or 2, characterized that switching between partial load and full load operation at low and / or medium speeds.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the operation in the field of torque neutral Switching between part load cam and full load cam without deterioration in efficiency he follows.

Internal combustion engine with at least one inlet valve and an intake cam switching system with a part-load and a Full load cam for a partial load or Full load operation, characterized in that for a torque-neutral switching in a changeover from part load operation to full load operation the intake camshaft is late is shifted until a maximum torque with the part load cam is reached.

Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that that the part load cam and the full load cam have different heights mutually crossed Have Hubkonturen, wherein the stroke contour of the partial load cam not Completely within the contour of the full load cam.