PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005048346A1 12.04.2007
Titel Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Gaessler, Hermann, 71665 Vaihingen, DE;
Mischker, Karsten, 71229 Leonberg, DE
DE-Anmeldedatum 10.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048346
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse F01L 9/02(2006.01)A, F, I, 20051010, B, H, DE
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung (GWV-E, GWV-A, MV1, MV2), die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile (MV1, MV2,) für hydraulische Aktoren (2, 3, 4, 5) für den Antrieb von Gaswechselventilen (GWV-E, GWV-A), ein Motorsteuergerät (C) sowie eine Endstufeneinheit (E), die über eine Datenverbindung (SB) mit dem Motorsteuergerät (C) verbunden ist, umfasst, wird ein zumindest eingeschränkter Betrieb der Brennkraftmaschine bei Ausfall des Datenbusses zwischen Motorsteuergerät und Endstufeneinheit ermöglicht, indem die Endstufeneinheit (E) bei Ausfall der Datenverbindung (SB) zum Motorsteuergerät (C) in eine autonome Betriebsart versetzt wird.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung, die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile für hydraulische Aktoren für den Antrieb von Gaswechselventilen, ein Motorsteuergerät sowie eine Endstufeneinheit, die über eine Datenverbindung mit dem Motorsteuergerät verbunden ist, umfasst.

Bei einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung (EHVS) werden die Ölsteuerventile für die Gaswechselventile elektrisch angesteuert. Aufgrund der in den Enstufen des Steuergerätes anfallenden Verlustleistung werden die Endstufen abgestzt von dem eigentlichen Motorsteuergerät, z.B. nahe des Zylinderkopfes und damit in räumlicher Nähe zu den Ölsteuerventilen, angeordnet. Die Endstufen können dabei zu einer Endstufeneinheit zusammengefasst sein und eigene Steuerungsfunktionen als „intelligente Endstufeneinheit" beinhalten. Die intelligente Endstufeneinheit kommuniziert über einen Datenbus mit dem Motorsteuergerät. Der getrennte Einbau der intelligenten EHVS-Endstufeneinheit erfordert eine echtzeitfähige Kommunikationsschnittstelle, bevorzugt in Form eines seriellen Busses (z.B. CAN, TTCAN, Flexray, oder anderes Bussystem).

Probleme des Standes der Technik

Der Ausfall des Busses führt zum Ausfall der Ventilsteuerung, was zum Stillstand des Motors und damit zum Stehenbleiben des Fahrzeugs führt. In diesem Fall ist keine sogenannte „limp home" Funktion, d.h. keine eingeschränkte Funktionalität für eine Fahrt nach Hause bzw. in die Werkstatt mehr gegeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen zumindest eingeschränkten Betrieb der Brennkraftmaschine bei Ausfall des Datenbusses zwischen Motorsteuergerät und Endstufeneinheit zu ermöglichen.

Vorteile der Erfindung

Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung, die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile für hydraulische Aktoren für den Antrieb von Gaswechselventilen, ein Motorsteuergerät sowie eine Endstufeneinheit, die über eine Datenverbindung mit dem Motorsteuergerät verbunden ist, umfasst, wobei die Endstufeneinheit bei Ausfall der Datenverbindung zum Motorsteuergerät in eine autonome Betriebsart versetzt wird. Die Endstufeneinheit kann die Enstufen für alle Ölsteuerventile umfassen oder nur für einen Teil der Ölsteuerventile. In diesem Fall sind mehrere Endstufeneinheiten mit dem Motorsteuergerät verbunden. Dazu können alle Endstufeneinheiten den gleichen Bus benutzen oder über verschiedene Busse mit dem Motorsteuergerät kommunizieren. Unter Ausfall der Datenverbindung zum Motorsteuergerät wird hier verstanden, dass insbesondere der serielle Bus keine Datenübertragung mehr vornehmen kann, beispielsweise weil eine Leitung unterbrochen ist oder eine anderweitige temporäre oder dauerhafte Störung vorliegt. Dies kann beispielsweise auch einen der Controller auf Seiten des Motorsteuergeräts bzw. der Endstufeneinheit betreffen. Unter einer autonomen Betriebsart wird hier verstanden, dass die Endstufeneinheit ohne Datenverkehr mit dem Motorsteuergerät betrieben werden kann. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine deutliche Erhöhung der Verfügbarkeit des Gesamtsystems Motorsteuerung mit elektrohydraulischer Ventilsteuerung in dem Fehlerfall, in dem das Kommunikationsmedium, vorzugsweise also die serielle Bus-Schnittstelle, zwischen den beiden Teilsystemen ausgefallen ist. Ein weiterer Vorteil ist die Vermeidung des Mehraufwandes für eine doppelte Bearbeitung für die Bereitstellung und Auswertung zweier Kommunikationspfade im Falle einer redundanten Ausführung des Busses. Zusätzlich werden Kosten vermieden für die redundanten Ausführung der Bus-Schnittstelle zwischen Motorsteuergerät und „Vor-Ort-Elektronik", also der Endstufeneinheit.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Parameter der Ventilsteuerung wie der Öffnungswinkel in Grad Kurbelwelle, der Schliesswinkel in Grad Kurbelwelle, der Hub der Gaswechselventile und das Hubprofil der Gaswechselventile in der autonomen Betriebsart auf konstante Werte gesetzt werden. Damit werden die Gaswechselventile wie mit einer herkömmlichen mechanischen Nockenwelle angesteuert. Das Hubprofil ist dabei der Hub des Gaswechselventils über den Kurbelwellenwinkel. Die Parameter der Ventilsteuerung werden vorzugsweise einem Datenspeicher, der mit der Endstufeneinheit kommunizieren kann oder in der Endstufeneinheit enthalten ist, entnommen. Dies kann ein in die Endstufeneinheit integrierter oder von dieser abgesetzter Datenspeicher, z. B. in Form eines Read-only-Memories (ROM), eines Flash-Speichers oder dergleichen sein. Die Endstufeneinheit erhält ein Signal eines Kurbelwellenwinkelgebers, so dass die Endstufeneinheit das Öffnen und Schließen der Gaswechselventile in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel einstellen kann. In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Parameter der Ventilsteuerung drehzahlabhängig sind.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Parameter der Ventilsteuerung identisch in dem Motorsteuergerät abgelegt sind. Dadurch ist es für das Motorsteuergerät möglich, Parameter der Ventilsteuerung, wie den Öffnungswinkel, Schließwinkel, Hub und Hubprofil, weiter zu berechnen und beispielsweise über den Rail-Druck auf die Ventilöffnung Einfluss zu nehmen. Dadurch kann die Ventilöffnung durch das Steuergerät auch bei Ausfall der Datenverbindung an unterschiedliche Betriebsbedingungen angepasst werden. Die Endstufeneinheit geht dabei von einem konstanten Rail-Druck in dem Druckspeicher für die Ventilöffnung aus, so dass bei Veränderung des Rail-Drucks eine Veränderung der Parameter der Ventilsteuerung erfolgt.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass bei Ausfall der Datenverbindung zum Motorsteuergerät in geeigneten Zeitintervallen ein Versuch zum Aufbau einer Datenverbindung gestartet wird. Der Versuch zum Aufbau einer Datenverbindung kann von beiden Controllern, mithin dem Controller für den seriellen Bus in der Endstufeneinheit bzw. dem Controller für den seriellen Bus in dem Motorsteuergerät initiiert werden.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Hubprofil der Gaswechselventile durch das Motorsteuergerät über den Systemhydraulikdruck beeinflusst wird. Bestimmte Parameter wie z.B. die Öltemperatur sind der Endstufeneinheit nicht bekannt. Diese sind aber dem Motorsteuergerät bekannt. Über den Systemhydraulikdruck (Raildruck) kann das Motorsteuergerät das Hubprofil der Gaswechselventile verändern.

Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile für hydraulische Aktoren für den Antrieb der Gaswechselventile, ein Motorsteuergerät als Teilsystem sowie eine Endstufeneinheit als Teilsystem, die über eine Datenverbindung mit dem Motorsteuergerät verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall eines Signals, das einen Kurbelwellenwinkel repräsentiert, in Endstufeneinheit oder Motorsteuergerät das jeweils andere Teilsystem dieses Signal über die Datenverbindung bereitstellt. Dadurch wird eine Erhöhung der Verfügbarkeit des Gesamtsystems Motorsteuerung mit vollvariabler Ventilsteuerung in dem Fehlerfall des Ausfalls der Kurbelwellenpositionserfassung (KW-Signal) erreicht. Da sowohl Einspritzung, Zündung und Ventilsteuerung synchron zur aktuellen Position der Kurbelwelle ablaufen, ist dieses Signal für eine Motorsteuerung notwendig. Erfindungsgemäß wird der Datenbus zwischen Motorsteuergerät und Endstufeneinheit als Ersatzpfad für die Informationsübertragung genutzt.

Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile für hydraulische Aktoren für den Antrieb der Gaswechselventile, ein Motorsteuergerät als Teilsystem sowie eine Endstufeneinheit als Teilsystem, die über eine Datenverbindung mit dem Motorsteuergerät verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufeneinheit sowie das Motorsteuergerät zu festgelegten Kurbelwellenzeiten Datenpakete senden. Dadurch wird die Verfügbarkeit des Datenbusses ausserhalb der festgelegten Sendezeiten gewährleistet.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile für hydraulische Aktoren für den Antrieb von Gaswechselventilen, ein Motorsteuergerät sowie eine Endstufeneinheit, die über eine Datenverbindung mit dem Motorsteuergerät verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufeneinheit bei Ausfall der Datenverbindung zum Motorsteuergerät in eine autonome Betriebsart umgeschaltet werden kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Parameter der Ventilsteuerung für die Gaswechselventile einem Datenspeicher, der mit der Endstufeneinheit verbunden ist, entnommen werden. Die Parameter der Ventilsteuerung sind vorzugsweise identisch in dem Motorsteuergerät abgelegt.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile für hydraulische Aktoren für den Antrieb der Gaswechselventile, ein Motorsteuergerät als Teilsystem sowie eine Endstufeneinheit als Teilsystem, die über eine Datenverbindung mit dem Motorsteuergerät verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall eines Signals, das einen Kurbelwellenwinkel repräsentiert, in Endstufeneinheit oder Motorsteuergerät das jeweils andere Teilsystem dieses Signal über die Datenverbindung bereitstellen kann. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Endstufeneinheit sowie das Motorsteuergerät zu festgelegten Kurbelwellenzeiten Datenpakete senden können.

Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Endstufeneinheit für eine elektrohydraulischen Ventilsteuerung die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile für hydraulische Aktoren für den Antrieb von Gaswechselventilen umfasst, wobei die Endstufeneinheit bei Ausfall einer Datenverbindung zu einem Motorsteuergerät in eine autonome Betriebsart übergeht.

Vorzugsweise umfasst die Endstufeneinheit einen (redundanten) Oszillator zur Taktgenerierung. Der Oszillator zur Taktgenerierung ist bevorzugt ein RC-Oszillator. Damit wird die Verfügbarkeit des Gesamtsystems Motorsteuerung mit vollvariabler Ventilsteuerung bei Ausfall des Taktgebers der Recheneinheit in der Motorsteuerung oder Endstufeneinheit erhöht.

Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipskizze der Steuerung einer Brennkraftmaschine mit elektrohydraulischer Ventilsteuerung;

2 eine Prinzipskizze einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung.

1 zeigt eine Skizze eines Verbrennungsmotors mit einer Motorsteuerung. Dargestellt ist ein Zylinder Z1 mit vier Gaswechselventilen, von denen zwei Gaswechselventile für den Einlass (GWV-E) sowie zwei Gaswechselventile für den Auslass (GWV-A) sind. Hier können auch nur jeweils ein Einlass- und Auslassventil oder weitere Gaswechselventile angeordnet sein. Die Brennkraftmaschine verfügt über mehrere Zylinder, von denen beispielhaft nur ein Zylinder Z1 dargestellt ist. Die Gaswechselventile GWV-E für den Einlass und die Gaswechselventile GWV-A für den Auslass werden jeweils von zwei Ölsteuerventilen MV1 und MV2 angesteuert (siehe dazu auch 2). Die Ölsteuerventile MV1 und MV2 werden von einer Endstufeneinheit E elektrisch angesteuert. Dazu ist die Endstufeneinheit E jeweils mit elektrischen Signalleitungen ES, von denen beispielhaft nur eine (ES1) in 1 bezeichnet ist, mit den Ölsteuerventilen MV1 und MV2 verbunden. Die Endstufeneinheit E ist des weiteren mit einem Kurbelwellenwinkelgeber KW verbunden und bezieht von diesem ein elektrisches Signal, das den Kurbelwellenwinkel KW repräsentiert. Die Endstufeneinheit E ist über einen seriellen Bus SB mit einem Motorsteuergerät (Controller) C verbunden. Dazu verfügt die Endstufeneinheit E über einen Bus-Controller BCE und entsprechend das Motorsteuergerät C über einen Bus-Controller BCC. Die Motorsteuerung C ist des weiteren elektrisch verbunden mit einer Hydraulikpumpe HP, welche den Rail-Druck zur Ventilbetätigung bereitstellt und liefert ein elektrisches Signal GWV-B zur Steuerung einer Bremsfunktion für verzögertes Aufsetzen der Gaswechselventile in den Ventilsitz. Schließlich liefert die Motorsteuerung C elektrische Einspritzsignale ESX für hier nicht näher dargestellte Einspritzventile der Brennkraftmaschine sowie bei einem Ottomotor Zündsignale ZS für die ebenfalls nicht dargestellten Zündkerzen. Eingangssignale für die Motorsteuerung sind unter anderem der Kurbelwellenwinkel KW, der Druck p_HR des Hochdruck-Rails 9 sowie die Motoröltemperatur temp_Öl.

Anhand 2 wird das Prinzip einer für das erfindungsgemäße Verfahren nutzbaren hydraulischen Ventilsteuerung dargestellt. Es versteht sich, dass auch andere Realisierungen einer hydraulischen Ventilsteuerung oder andersartige variable Ventilsteuerungen verwendet werden können. Die Ventilsteuerung ist Teil eines Verbrennungsmotors mit Hubkolben, wobei der Gasaustausch über an sich bekannte Gaswechselventile (Ein- und Auslassventile) erfolgt. Das Öffnen und Schließen der Gaswechselventile erfolgt anstatt über beispielsweise eine Nockenwelle und Kipphebel oder Stößel zur Übertragung der Bewegung über die anhand der 2 dargestellte hydraulische Ventilsteuerung.

Die in Form einer Prinzipskizze dargestellte hydraulische Ventilsteuerung 1 umfasst im Wesentlichen einen Doppelkolben 2, der mit einem unteren Druckraum 3 sowie einem oberen Druckraum 4 zusammenwirkt. Der Doppelkolben 2 ist mit einem durchgehenden Stößel 5 verbunden. Der Stößel 5 wiederum ist aufgeteilt in einen unteren Stößel 6 sowie einen oberen Stößel 7. Der untere Stößel 6 ist mit einem nicht näher dargestellten Gaswechselventil 8, das ein Ein- bzw. Auslassventil sein kann, mechanisch verbunden. Das hydraulische System für das hier dargestellte Gaswechselventil 8 ist im Prinzip identisch mit dem hydraulischen System eines Einlassventils. Der untere Druckraum 3 bildet zusammen mit dem Doppelkolben 2 und dem unteren Stößel 6 einen unteren Kolben 11. Entsprechend bildet der obere Druckraum 4 zusammen mit dem Doppelkolben 2 und dem oberen Stößel 7 einen oberen Kolben 12.

Der Doppelkolben 2 bildet zusammen mit dem unteren Druckraum 3 und dem oberen Druckraum 4 eine in zwei Richtungen wirkende bzw. einsetzbare Kolben/Zylinderanordnung. Die hydraulische Beschaltung sowie die Funktionsweise und zumindest Ansätze zur Einbindung in das Motormanagement des Kolbenmotors werden im Folgenden beschrieben. Ein Hochdruckrail 9 ist über ein erstes Rückschlagventil RV1 mit dem unteren Druckraum 3 hydraulisch verbunden. Der Hochdruckrail 9 ist eine sämtliche Ventilsteuerungen des Verbrennungsmotors verbindende Hydraulikvorlaufleitung, die je nach Betriebszustand des Motors, dies betrifft insbesondere die Drehzahl, die Last und dergleichen, auf einem bestimmten Druckniveau p_HR gehalten wird. Das erste Rückschlagventil RV1 bewirkt, dass eine Strömung der Hydraulikflüssigkeit nur von dem Hochdruckrail 9 in den unteren Druckraum 3 erfolgen kann. Ein Rückfließen auch bei einem höherem Druck in dem unteren Druckraum 3 gegenüber dem Hochdruckrail 9 wird so unterbunden. Der untere Druckraum 3 ist mit dem oberen Druckraum 4 über ein erstes Magnetventil MV1 verbunden. Das erste Magnetventil MV1 besitzt eine geschlossene und eine geöffnete Stellung, die Darstellung der 2 zeigt die geöffnete Stellung. Anstatt eines Magnetventils können hier auch andere extern steuerbare Ventile verwendet werden. In der geöffneten Stellung des ersten Magnetventils MV1 kann ein Druckausgleich zwischen dem unteren Druckraum 3 und dem oberem Druckraum 4 erfolgen. Der obere Druckraum 4 ist zusätzlich über ein zweites Rückschlagventil RV2 mit dem Hochdruckrail 9 verbunden. Sollte der Druck in dem oberen Druckraum 4 größer sein als in dem Hochdruckrail 9, so kann hier ein Druckausgleich erfolgen. Die im Betrieb mit dem Druck des Hochdruckrails beaufschlagbaren Leitungen und Ventile des hydraulisches Systems werden begrifflich als Hochdruckrailverteiler 22 zusammengefasst, dies ist in der Skizze der 2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt, die den Hochdruckrailverteiler 22 von dem Doppelkolben 2 mit den zugehörigen Druckräumen 3, 4 sowie dem Rücklaufrail 10 zeichnerisch als Teilsystem abgrenzt. Der obere Druckraum 4 ist über ein zweites Magnetventil MV2 mit einem Rücklaufrail 10 verbunden. In dem Rücklaufrail herrscht im Betrieb ein Druck in der Größenordnung von wenigen bar. Der Rücklaufrail dient der Zuführung des durch die hydraulischen Ventilsteuerung 1 hindurchgeflossenen Hydrauliköls zu einer Pumpe, die den Hochdruckrail 9 mit Hydrauliköl höheren Druckes p_HR versorgt. Das Gesamtsystem ist insofern geschlossen. In 2 ist nur der hier interessierende Teil der hydraulischen Ventilsteuerung 1 anhand eines Doppelkolbens 2 zur Betätigung eines Gaswechselventils 8 dargestellt. Bei einem Verbrennungsmotor können ein oder mehrere Gaswechselventile 8, die jeweils von dem gleichen Doppelkolben 2 oder von jeweils einzeln zugeordneten Doppelkolben 2 gesteuert werden, vorhanden sein.

Die Magnetventile MV1 und MV2 werden elektrisch durch ein Ventilsteuergerät 29 betätigt. Das Ventilsteuergerät umfasst eine Leistungsendstufe sowie eine Steuerlogik und ist entweder Teil einer elektronischen Steuereinheit ECU oder mit dieser zum Datenaustausch verbunden.

In 2 dargestellt ist die Ventilstellung der jeweils steuerbaren Ventile, dies sind das erste Magnetventil MV1 und das zweite Magnetventil MV2, in der geschlossenen Stellung des Gaswechselventils 8. Dabei ist das erste Magnetventil MV1 geschlossen, das zweite Magnetventil MV2 geöffnet. Dies bewirkt, dass der untere Druckraum 3 nach wie vor auf dem Druckniveau des Hochdruckrails 9 ist, der obere Druckraum 4 ist auf dem Druckniveau des Rücklaufrails 10. Der Druck in dem unteren Druckraum 3 ist somit höher als der in dem oberen Druckraum 4. Der Doppelkolben 2 wird daher in Richtung des oberen Druckraumes 4 gedrückt. Das Gaswechselventil 8 wird dadurch geschlossen.

Zum Öffnen des Gaswechselventiles 8 wird zunächst das zweite Magnetventil MV2 geschlossen, sodann wird das erste Magnetventil MV1 geöffnet. Es kann also keine Hydraulikflüssigkeit mehr von dem oberen Druckraum 4 in den Rücklaufrail 10 fließen. Nunmehr ist aber ein Austausch von Hydraulikflüssigkeit zwischen dem unteren Druckraum 3 und dem oberen Druckraum 4 über das erste Magnetventil MV1 möglich. Wie auch der Skizze der 2 zu entnehmen ist, weist der untere Kolben 11 eine geringere hydraulisch wirksame Oberfläche auf als der obere Kolben 12. Die hydraulisch wirksame Fläche des unteren Kolbens 11 ist kleiner als die hydraulisch wirksame Fläche des oberen Kolbens 12. Mit hydraulisch wirksamer Fläche ist der Flächenanteil gemeint, der bei Druckbeaufschlagung des jeweiligen Druckraumes in Bewegungsrichtung des Kolbens mit Druck beaufschlagt wird. Die unterschiedlichen hydraulisch wirksamen Flächen sind in der Darstellung der 2 durch unterschiedliche Durchmesser des unteren Stößels 6 gegenüber dem oberen Stößel 7 angedeutet. Der untere Stößel 6 weist einen größeren Durchmesser auf als der obere Stößel 7, daher ist die hydraulisch wirksame Fläche des unteren Kolbens 11 kleiner als die des oberen Kolbens 12.

Der serielle Bus SB wird sowohl von dem Bus-Controller BCC des Motorsteuergerätes C als auch von dem Bus-Controller BCE der Endstufeneinheit E auf einen möglichen Ausfall überwacht. Ein Statussignal ST der Bus-Controller BCC und BCE zeigt beiden Bus-Teilnehmern, mithin dem Motorsteuergerät C und der Endstufeneinheit E einen Ausfall des Busses an. Durch periodische Abfrage wird ein Ausbleiben der Kommunikation von der jeweiligen Bus-Controller BCC bzw. BCE erkannt. Erkennt einer der beiden Bus-Controller ein Ausfall des seriellen Busses, so wird das jeweils zugeordnete Gerät, also die Motorsteuerung C bzw. die Endstufeneinheit E, in eine Betriebsart „Notlauf" umgeschaltet. In der Betriebsart Notlauf erwartet die Endstufeneinheit E keine Informationen mehr von der Motorsteuerung C. Es werden nunmehr Ersatz-Ansteuersignale für die Ölsteuerventile MV1 und MV2 der jeweiligen Gaswechselventile GWV einem Datenspeicher, beispielsweise einem ROM, einem Flash-Speicher o. ä., entnommen und ggf. drehzahlabhängig umgesetzt. Kenngrößen, die in diesen Datensätzen enthalten sind, sind beispielsweise Ventilöffnungsbeginn V_OE (Öffnungswinkel in Grad Kurbelwellenwinkel °KW), Ventilschließbeginn V_S (Schließwinkel in Grad Kurbelwellenwinkel °KW), Ventilhub VH sowie das Ventilhubprofil VHP über den Kurbelwellenwinkel KW. Ein identischer Datensatz dieser Kenngrößen ist in der Motorsteuerung C ebenfalls abgelegt.

Die Bus-Controller BCC und BCE versuchen jeweils in geeigneten Abständen eine Kommunikation mit der Gegenseite aufzunehmen. Gelingt dieser Versuch im Falle einer temprorären Störung, so wird die Motorsteuerung wieder in die Betriebsart „Normalbetrieb" zurückgeschaltet. Im Falle einer dauerhaften Störung wird das Gesamtsystem Motorsteuerung im Notlauf weiterbetrieben.

Bei Vorhandensein einer Drosselklappe kann im Falle des Notbetriebes die Drosselung der angesaugten Luftmasse mit Hilfe der Drosselklappe bewerkstelligt werden. Im Normalbetrieb wird bei einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung die Drosselklappe -so vorhanden- vollständig geöffnet und die Luftmenge über die Gaswechselventile gesteuert.

Die Einstellung des Systemhydraulikdrucks, mithin des Druckes p_HR des Hochdruck-Rails 9, der von einer Hydraulikpumpe bereitgestellt wird, erfolgt vorzugsweise direkt über einen Endstufenkanal der Motorsteuerung C und ist damit unabhängig von der Endstufeneinheit E. Dadurch ist es möglich, die Flankensteilheit dVH/dt und den Hub VH der Gaswechselventilbewegung unabhängig von der Endstufeneinheit E einzustellen. Die Motorsteuerung C kann so mittelbar -über den Raildruck p_HR- eine Beeinflussung des Hubprofils des Gaswchselventile und damit des Gaswechsels vornehmen. Dadurch kann der Gaswechsel auch im Notbetrieb an Last, Drehzahl und dergleichen zumindest in engen Grenzen angepasst werden.

Ist in der elektrohydraulischen Ventilsteuerung eine Bremsfunktion für ein definiert verzögertes Aufsetzen der Gaswechselventile in den Ventilsitz vorhanden, so erfolgt die Einstellung dieser Bremsfunktion vorzugsweise direkt über einen Endstufenkanal der Motorsteuerung C, da dort die Betriebszustände wie eigener Druck für das Öl im Bremskreis und Öltemperatur, die für die Bremseinstellung notwenig sind, einfach erfasst und verarbeitet werden können.

Die Endstufeneinheit E stellt bei Ausfall des seriellen Busses SB feste Notfall-Parameter für die elektrohydraulische Ventilsteuerung ein, welche aber zusätzlich in der Motorsteuerung C abgelegt sind. Die Motorsteuerung C kann darauf die restlichen, von der Motorsteuerung kontrollierten Betriebsparameter, die einen Einfluss auf das Stellerverhalten haben, auf bekannte Standardwerte festlegen. So wird beispielsweise der Systemhydraulikdruck (Druck p_HR im Hochdruck-Rail 9) und die Einstellung der Ventilbremse fest gewählt.

Es gibt Betriebsparameter, die zwar im Normalbetrieb mehr oder weniger konstant sind, in besonderen Betriebspunkten aber deutlich von den Normalwerten abweichen. Beispielsweise ist die Öltemperatur im Normalbetrieb ca. 80° C, in der Startphase und der anschliessenden Einschwingphase wird diese abhängig von der Außentemperatur jedoch deutlich von dieser Temperatur abweichen. Dieser Effekt kann in der Motorsteuerung durch Variation der Notfall-Parameter zumindest teilweise kompensiert werden. Während beispielsweise bei einer Öltemperatur von 80° C ein Notfall-Druck von 100 bar benötigt wird, wird bei tieferen Temperaturen, z. B. beim Start, von der Motorsteuerung ein höherer Druck eingestellt, um die Auswirkungen des abweichenden Ölverhaltens bei tieferer Temperatur zu kompensieren. Die Notfallparameter der Endstufeneinheit sind konstant, die Öltemperatur wird nicht berücksichtigt, da diese nicht bekannt ist. Die Veränderung des Öldruckes bewirkt, dass der von der Endstufeneinheit generell vorausgesetzte konstante Druck von z.B. 100 bar und einer Öltemperatur von z.B. 80° C zu einem richtigen Hubprofil des jeweiligen Gaswechselventils führt. Durch die Motorsteuerung kann zusätzlich durch gezielte Veränderung von Betriebsparametern, wie z. B. dem Rail-Druck, das von der Endstufeneinheit bewirkte Hubprofil verändert werden, um z. B. eine Laststeuerung, beispielsweise durch verringerten Hub des Gaswechselventil bedingt durch abgesenkten Hydraulikdruck, vorzunehmen.

Des Weiteren kann das in dem gesamten System redundant vorhandene Kurbelwellensignal bei Ausfall in einem Teilsystem dem jeweils anderen Teilsystem zur Verfügung gestellt werden. Der aktuelle Kurbelwellenwinkel wird von der Motorsteuerung 10 und der Endstufeneinheit E unabhängig voneinander permanent erfasst. Der Kurbelwellenwinkel steht permanent und aktuell beiden Teilsystem zur Verfügung. Bei Ausfall einer Kurbelwellenwinkelerfassung im Steuergerät C oder in der Endstufeneinheit E wird der Kurbelwellenwinkel nun streng synchron an das jeweils andere Teilsystem übertragen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass alle Informationen in einem festen, genau definierten Winkelraster übertragen werden. Dadurch hat das andere Teilsystem die Möglichkeit, aus dem Übertragungszeitpunkt und der Übertragungszeit auf die aktuelle Kurbelwellenwinkelposition zu schließen. Beispielsweise können alle Botschaften in einem definierten Winkelraster über den seriellen Bus übertragen werden. Dadurch wird es möglich, zu definierten Zeiten Busbotschaften tatsächlich auf dem Bus absetzen zu können, ohne befürchten zu müssen, dass zu den gewünschten Kurbelwellenwinkeln der Bus gerade durch andere Botschaften belegt ist.

Bei Ausfall der Takterzeugung für die Motorsteuerung C bzw. die Endstufeneinheit E wird mit einem „Ersatztakt" mit begrenzter Genauigkeit eine eingeschränkte Verfügbarkeit des Gesamtsystems gewährleistet. Bei Ausfall der normalerweise quarzbasierten Taktgenerierung in der Endstufeneinheit kann auf ein Ersatztaktsignal umgeschaltet werden. Eine Möglichkeit, mit geringen Mitteln ein Ersatztaktsignal zur Verfügung zu stellen besteht darin, einen RC-Oszillator zu verwenden.

3 zeigt den Ablauf des Verfahrens für die Umschaltung der Endstufeneinheit in die autonome Betriebsart anhand eines Ablaufdiagramms. Beginnend mit einem Schritt 100 wird zunächst der Normalbetrieb eingestellt und anschließend in Schritt 101 geprüft, ob der Bus SB funktionsfähig ist. Ist dies der Fall (Option J), so wird über eine Pause 102 wiederum zum Schritt 101 zurückgekehrt und so eine dauerhafte Schleife, in der der Datenbus SB überprüft wird, verzweigt. Wurde im Schritt 101 der Bus nicht für OK, d. h. funktionsfähig, befunden (Option N), so werden die voreingestellten Ventilparameter in Schritt 103 aus einem Datenspeicher 104 gelesen. Sodann wird im Schritt 105 auf den Notbetrieb übergegangen, die Endstufeneinheit E wird also auf die im Schritt 103 gelesenen Parameter mit konstanten Werten für die Gaswechselventile GWV betrieben. In Schritt 107 wird sodann mit einer Schleife über eine Pause 108 von Zeit zu Zeit überprüft, ob der Bus wieder OK, d. h. betriebsbereit, ist. Ist dies der Fall, so wird auf Schritt 100 und damit den Normalbetrieb zurück verzweigt, ist dies nicht der Fall, so wird die Schleife der Schritte 107 und 108 dauerhaft durchlaufen.

4 zeigt den Ablauf des Verfahrens für die Bereitstellung des Kurbelwellengebersignals anhand eines Ablaufdiagramms. Das Verfahren wird exemplarisch für den Ausfall des Kurbelwellengebersignals am Motorsteuergerät dargestellt, es läuft sinngemäß gleich für einen Ausfall des Kurbelwellengebersignals an der Endstufeneinheit E ab. In Schritt 201 wird geprüft, ob das Kurbelwellengebersignal an dem Motorsteuergerät C anliegt. Ist dies der Fall (Option J), so wird in einer Endlosschleife über eine Pause 202 zum Anfang verzweigt. Liegt das Kurbelwellengebersignal nicht an, so wird ein Datenpaket, das diesen Fehler signalisiert, in Schritt 203 an die Endstufeneinheit E gesendet. Daraufhin liefert die Endstufeneinheit in Schritt 204 den Kurbelwellenwinkel KW in geeigneten Zeitabständen, dies ist durch eine Pause 205 und eine Schleife zurück zu Schritt 204 dargestellt, über den seriellen Bus SB an das Motorsteuergerät C. Das Motorsteuergerät prüft parallel dazu in geeigneten Zeitanständen, ob das Kurbelwellengebersignal wieder anliegt, dies ist durch eine gestrichelte Linie zwischen den Schritten 205 und 201 dargestellt.


Anspruch[de]
Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung (GWV-E, GWV-A, MV1, MV2) die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile (MV1, MV2) für hydraulische Aktoren (2, 3, 4, 5) für den Antrieb von Gaswechselventilen (GWV-E, GWV-A), ein Motorsteuergerät (C) sowie eine Endstufeneinheit (E), die über eine Datenverbindung (SB) mit dem Motorsteuergerät (C) verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufeneinheit (E) bei Ausfall der Datenverbindung (SB) zum Motorsteuergerät (C) in eine autonome Betriebsart versetzt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter der Ventilsteuerung (V_OE, V_S, VH, VHS) in der autonomen Betriebsart auf konstante Werte gesetzt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter der Ventilsteuerung (V_OE, V_S, VH, VHS) einem Datenspeicher, der mit der Endstufeneinheit (E) kommunizieren kann oder in der Endstufeneinheit enthalten ist, entnommen werden. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter der Ventilsteuerung (V_OE, V_S, VH, VHS) drehzahlabhängig sind. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter der Ventilsteuerung (V_OE, V_S, VH, VHS) identisch in dem Motorsteuergerät (C) abgelegt sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei bei Ausfall der Datenverbindung (SB) zum Motorsteuergerät (C) in Zeitintervallen ein Versuch zum Aufbau einer Datenverbindung gestartet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubprofil der Gaswechselventile (GWV-E, GWV-A) durch das Motorsteuergerät (C) über den Systemhydraulikdruck (p_HR) beeinflusst wird. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung (GWV-E, GWV-A, MV1, MV2) die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile (MV1, MV2) für hydraulische Aktoren (2, 3, 4, 5) für den Antrieb der Gaswechselventile (GWV-E, GWV-A), ein Motorsteuergerät (C) als Teilsystem sowie eine Endstufeneinheit (E) als Teilsystem, die über eine Datenverbindung mit dem Motorsteuergerät (C) verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall eines Signals, das einen Kurbelwellenwinkel repräsentiert, in Endstufeneinheit (E) oder Motorsteuergerät (C) das jeweils andere Teilsystem dieses Signal über die Datenverbindung bereitstellt. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung (GWV-E, GWV-A, MV1, MV2) die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile (MV1, MV2) für hydraulische Aktoren (2, 3, 4, 5) für den Antrieb der Gaswechselventile (GWV-E, GWV-A), ein Motorsteuergerät (C) als Teilsystem sowie eine Endstufeneinheit (E) als Teilsystem, die über eine Datenverbindung mit dem Motorsteuergerät (C) verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufeneinheit (E) sowie das Motorsteuergerät (C) zu festgelegten Kurbelwellenzeiten Datenpakete senden. Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung (GWV-E, GWV-A, MV1, MV2) die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile (MV1, MV2) für hydraulische Aktoren (2, 3, 4, 5) für den Antrieb von Gaswechselventilen (GWV-E, GWV-A), ein Motorsteuergerät (C) sowie eine Endstufeneinheit (E), die über eine Datenverbindung mit dem Motorsteuergerät (C) verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufeneinheit (E) bei Ausfall der Datenverbindung zum Motorsteuergerät (C) in eine autonome Betriebsart umgeschaltet werden kann. Brennkraftmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter der Ventilsteuerung (V_OE, V_S, VH, VHS) für die Gaswechselventile (GWV-E, GWV-A) einem Datenspeicher, der mit der Endstufeneinheit (E) verbunden ist, entnommen werden. Brennkraftmaschine nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter der Ventilsteuerung (V_OE, V_S, VH, VHS) identisch in dem Motorsteuergerät (C) abgelegt sind. Brennkraftmaschine mit einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung (GWV-E, GWV-A, MV1, MV2) die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile (MV1, MV2) für hydraulische Aktoren (2, 3, 4, 5) für den Antrieb der Gaswechselventile (GWV-E, GWV-A), ein Motorsteuergerät (C) als Teilsystem sowie eine Endstufeneinheit (E) als Teilsystem, die über eine Datenverbindung mit dem Motorsteuergerät (C) verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall eines Signals, das einen Kurbelwellenwinkel repräsentiert, in Endstufeneinheit (E) oder Motorsteuergerät (C) das jeweils andere Teilsystem dieses Signal über die Datenverbindung bereitstellen kann. Brennkraftmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufeneinheit sowie das Motorsteuergerät zu festgelegten Kurbelwellenzeiten Datenpakete senden können. Endstufeneinheit (E) für eine elektrohydraulischen Ventilsteuerung (GWV-E, GWV-A, MV1, MV2) die elektrisch angesteuerte Ölsteuerventile (MV1, MV2) für hydraulische Aktoren (2, 3, 4, 5) für den Antrieb von Gaswechselventilen (GWV-E, GWV-A) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufeneinheit (E) bei Ausfall einer Datenverbindung zu einem Motorsteuergerät (C) in eine autonome Betriebsart übergeht. Endstufeneinheit (E) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufeneinheit (E) einen Oszillator zur Taktgenerierung umfasst. Endstufeneinheit (E) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator zur Taktgenerierung ein RC-Oszillator ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com