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Dokumentenidentifikation DE112005001705T5 06.06.2007
Titel Motorventilbetätigungssteuerung und Verfahren
Anmelder General Motors Corp., Detroit, Mich., US
Erfinder Sun, Zongxuan, Troy, Mich,, US
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner GbR, 80336 München
DE-Aktenzeichen 112005001705
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 20.07.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/US2005/025623
WO-Veröffentlichungsnummer 2006014662
WO-Veröffentlichungsdatum 09.02.2006
Date of publication of WO application in German translation 06.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2007
IPC-Hauptklasse F01L 9/02(2006.01)A, F, I, 20070315, B, H, DE

Beschreibung[de]
TECHNISCHER BEREICH

Diese Erfindung betrifft Motorventiltriebe und insbesondere eine Steuerung und ein Verfahren für einen elektrohydraulischen Ventilaktuator für einen Verbrennungsmotor.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ventilaktuatoren für nockenlose Ventiltriebe von Verbrennungsmotoren sind in der Technik vorgeschlagen worden. Solche Ventiltriebe werden oft durch Algorithmen gesteuert, welche eine begrenzte Bandbreite aufweisen. Aufgrund von Änderungen von Motorbetriebsbedingungen, wie zum Beispiel thermische Ausdehnung und Drehzahlübergang, bieten solche Algorithmen jedoch eine geringe Wiederholbarkeit von Zyklus zu Zyklus und Zylinder zu Zylinder und stellen manchmal nicht die volle Fähigkeit für einen variablen Hub bereit.

Es ist wünschenswert, eine hydraulische Motorventilaktuatorsteuerung zu schaffen, die sich an Veränderungen von Motorbetriebsbedingungen anpasst, um einen präzisen Ventilhub und eine zufrieden stellende Aufsetzgeschwindigkeit über einen weiten Bereich von Bedingungen bereitzustellen. Es ist auch wünschenswert, eine Ventilaktuatorsteuerung mit einer erhöhten Flexibilität und einer vollen Fähigkeit für einen variablen Hub zu schaffen. Daher besteht ein Bedarf in der Technik, eine Ventilaktuatorsteuerung für einen Motor zu schaffen, der diese Wünsche erfüllt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft eine Ventilaktuatorsteuerung, welche eine Trajektorie, einen Hub und eine Aufsetzgeschwindigkeit eines Motorventils überwacht und das Zeitverhalten interner Rückführungssteuerkanäle variiert, um Motorventilstellungsfehler zu korrigieren und einen präzisen Hub und eine präzise Aufsetzgeschwindigkeit des Motorventils zu erreichen.

Eine Steuerung mit Vorwärtskopplung und Rückwärtskopplung (FPFC von feedforward plus feedback control) steht mit einem Schieberventil in Verbindung, das dazu dient, eine Motorventilbetätigung zu steuern. Die FPFC betätigt das Schieberventil, um ein Öffnen und Schließen des Motorventils mit einer gewünschten Trajektorie einzuleiten. Die gewünschte Trajektorie kann unabhängig von der Motordrehzahl von Zyklus zu Zyklus variieren oder unverändert bleiben. Wenn die Trajektorie unverändert bleibt, kann Repetitive Control als ein Beispiel für die FPFC verwendet werden.

Eine lernende Steuerung (LC von learning control) steht mit ersten und zweiten Ein/Aus-Ventilen in Verbindung, um erste und zweite Rückführungskanäle zu aktivieren und zu deaktivieren und einen Hubstellungsfehler und einen Schließzeitpunktfehler durch Verändern des Hubs, des Schließzeitpunkts und der Aufsetzgeschwindigkeit des Motorventils zu korrigieren.

Ein Sensor verfolgt den Hub, die Trajektorie, die Geschwindigkeit und das Zeitverhalten des Motorventils und leitet die Informationen an die FPFC und/oder die LC weiter.

Bei jedem Zyklus überwacht und interpretiert die LC den Ventilhub, die Trajektorie, die Geschwindigkeit und den Schließzeitpunkt, um einen Hubstellungsfehler und einen Ventilschließzeitpunktfehler zu bestimmen, und korrigiert die LC den Fehler durch Verändern des Zeitverhaltens der Rückführungskanäle, wie benötigt, um den Fehler in nachfolgenden Ventilzyklen zu korrigieren.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und gewissen speziellen Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Ansicht einer Ventilaktuatorbaugruppe, die in Arbeitsbeziehung mit einem Motor eines Fahrzeugs dargestellt ist;

2 ist eine Querschnittsansicht der Ventilaktuatorbaugruppe von 1 bei einer geschlossenen Stellung des Motorventils;

3 ist eine Ansicht ähnlich 2 bei einer Öffnungsstellung des Ventils;

4 ist eine Ansicht ähnlich 2 bei einer geöffneten Stellung des Ventils;

5 ist eine Ansicht ähnlich 2 bei einer Schließstellung des Ventils;

6 ist eine Ansicht ähnlich 2 bei einer geschlossenen Stellung des Ventils;

7 ist ein Ventilbewegungsprofil unter Verwendung der Ventilaktuatorsteuerung von 1;

8 ist ein Flussdiagramm eines Steuerungsalgorithmus, der von dem Controller von 1 verwendet wird;

9 ist ein Blockdiagramm, das eine allgemeine Anordnung einer erfindungsgemäßen Ventilaktuatorsteuerung darstellt; und

10 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen Ventilaktuatorbaugruppe.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Zunächst auf 1 und 2 der Zeichnungen genau Bezug nehmend bezeichnet Bezugszeichen 10 allgemein eine beispielhafte Ausführungsform einer elektrohydraulischen Ventilaktuatorbaugruppe, die an einem Zylinderkopf 12 montiert ist, welcher mindestens eine Öffnung 16 in Verbindung mit einer nicht gezeigten inneren Brennkammer des Motors aufweist. Der Zylinderkopf 12 umfasst auch ein bewegliches Motorventil 18 für jede Öffnung 16. Das Motorventil 18 weist einen Ventilschaft 20 und einen Ventilkopf 22 an einem Ende des Ventilschafts auf. Das Motorventil 18 ist zwischen geöffneten und geschlossenen Stellungen in seiner entsprechenden Öffnung 16 beweglich. Es sollte verstanden sein, dass das Motorventil 18 ein Einlass- oder ein Auslassventil sein kann.

Die Ventilaktuatorbaugruppe 10 umfasst ferner ein Ventilgehäuse 24, das benachbart zu dem Zylinderkopf 12 angeordnet ist. Das Ventilgehäuse 24 weist im Inneren eine Haupt- oder erste Fluidkammer 26 auf. Ein erster Kolben 28 ist mit dem Ventilschaft 20 des Motorventils 18 verbunden oder damit in Kontakt. Der Kolben 28 ist in der ersten Fluidkammer 26 des Ventilgehäuses 24 angeordnet und bildet darin eine zweite Fluidkammer 30. Eine Motorventilfeder 32 ist um den Ventilschaft 20 herum angeordnet und kontaktiert den Zylinderkopf 12, um das Motorventil 18 in Richtung geschlossene Stellung vorzuspannen, so dass der Ventilkopf 22 die Öffnung 16 schließt, wie in 2 gezeigt ist.

Die Ventilaktuatorbaugruppe 10 umfasst ferner eine dritte Fluidkammer 34, die von der ersten Fluidkammer 26 axial beabstandet ist und durch das Gehäuse 24 definiert ist. Ein mit dem ersten Kolben 28 verbundener zweiter Kolben 36 ist in der dritten Fluidkammer 34 angeordnet.

Die Ventilaktuatorbaugruppe 10 umfasst auch ein Schieberventil 38 in Fluidverbindung mit der ersten Fluidkammer 26 des Ventilgehäuses 24. Das Schieberventil 38 ist von einem Drei-Wegetyp mit drei Stellungen. Das Schieberventil 38 weist einen Hochdruckanschluss 40 in Fluidverbindung durch einen Zwischenkanal 42 mit einer Fluidpumpe 44 und einen Niederdruckanschluss 46 in Fluidverbindung durch einen zweiten Zwischenkanal 48 mit einem Fluidtank 49 auf. Wenn gewünscht, kann die Fluidpumpe 44 mit dem Fluidtank 49 oder einem getrennten Fluidtank in Fluidverbindung stehen.

Das Schieberventil 38 umfasst ferner einen dritten Anschluss 50 in Fluidverbindung durch einen Antriebskanal 52 mit der ersten Fluidkammer 26. Das Schieberventil 38 weist auch einen vierten Anschluss 54, der eine Fluidverbindung einer vierten Kammer 56 über einen ersten Rückführungskanal 58 mit der zweiten Fluidkammer 30 des Ventilgehäuses 24 herstellt, und einen fünften Anschluss 60 auf, der eine Fluidverbindung einer fünften Kammer 62 über einen zweiten Rückführungskanal 64 mit der dritten Fluidkammer 34 herstellt. Das Schieberventil 38 dient zur Steuerung einer Fluidströmung zu und aus der ersten Fluidkammer 26.

Das Schieberventil 38 umfasst auch einen Aktuator 68 an einem zu der fünften Kammer 62 benachbarten Ende des Schieberventils 38. Der Aktuator 68 ist von einem linearen Typ, beispielsweise ein Solenoid, und elektrisch mit einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer FPFC 70, verbunden. Die FPFC schaltet den Aktuator ein und aus, um das Schieberventil zu betätigen. Dies leitet ein Öffnen und ein Schließen des Motorventils bei der gewünschten Trajektorie ein.

Das Schieberventil 38 umfasst ferner eine Schieberventilfeder 72, die in der vierten Kammer 56 angeordnet ist, um das Schieberventil in Richtung Aktuator 68 vorzuspannen. Die FPFC 70 schaltet den Aktuator 68 ein und aus, um das Schieberventil 38 zu bewegen.

Die Schieberventilfeder 72 dient dazu, das Schieberventil 38 in Richtung Aktuator 68 vorzuspannen, wenn die Fluiddrücke in der vierten und fünften Kammer 56 und 62 gleich sind. Ein Druckunterschied zwischen den vierten und fünften Kammern 56 und 62 kann jedoch dazu in der Lage sein, die Kraft der Schieberventilfeder 72 zu überwinden.

Die Ventilaktuatorbaugruppe 10 umfasst ferner ein erstes Ein/Aus-Ventil 74 in Fluidverbindung mit der zweiten Fluidkammer 30 des Ventilgehäuses 24. Das erste Ein/Aus-Ventil 74 weist erste und zweite Anschlüsse 86, 88 auf. Der erste Anschluss 86 steht durch den ersten Rückführungskanal 58 mit der zweiten Fluidkammer 30 in Fluidverbindung. Der zweite Anschluss 88 steht durch eine Niederdruckleitung 92 in Fluidverbindung mit einem Fluidtank 90. Es wird darauf hingewiesen, dass der Fluidtank 90 in der Lage ist, einen gewissen Pegel an Gegendruck aufrecht zu erhalten, um eine Niederdruckquelle zu schaffen.

Die Ventilaktuatorbaugruppe 10 umfasst ferner ein zweites Ein/Aus-Ventil 94 in Fluidverbindung mit der dritten Fluidkammer 34 des Ventilgehäuses 24. Das zweite Ein/Aus-Ventil 94 weist erste und zweite Anschlüsse 96, 98 auf. Der erste Anschluss 96 steht durch den zweiten Rückführungskanal 64 mit der dritten Fluidkammer 34 in Fluidverbindung. Der zweite Anschluss 98 steht durch eine Niederdruckleitung 100 in Fluidverbindung mit dem Fluidtank 90. Wenn gewünscht, kann die Niederdruckleitung 100 mit einem nicht gezeigten separaten Fluidtank in Fluidverbindung stehen.

Eine LC 102 steht mit den ersten und zweiten Ein/Aus-Ventilen 74 und 94 in Verbindung, um die ersten und zweiten Rückführungskanäle 58, 64 zu aktivieren und zu deaktivieren. Als ein Ergebnis ist die LC in der Lage, das Schieberventil 38 nachzustellen und damit den Hub und die Aufsetzgeschwindigkeit des Motorventils 18 zu steuern.

Ein Motorventilsensor 104 steht mit der LC 102 in Verbindung und überwacht den Hub, die Aufsetzgeschwindigkeit, die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit, die Trajektorie und das Zeitverhalten des Motorventils 18.

Wenn gewünscht kann der Sensor 104 auch mit der FPFC 70 verbunden sein.

Die LC 102 interpretiert die Motorventilinformationen von dem Sensor 104 und stellt fest, ob während des aktuellen Motorventilzyklus irgendwelche Motorventilfehler aufgetreten sind, und die LC berechnet auch das richtige Zeitverhalten für die Rückführungskanäle, um irgendwelche Fehler in einem nachfolgenden Motorventilzyklus zu korrigieren.

Die LC 102 bestimmt ein optimales Rückführungszeitverhalten unter Verwendung der folgenden Gleichung Ti+1 = Ti + k·e, wobei: Ti+1 gleich dem Triggerzeitpunkt für ein nachfolgendes Ventilereignis ist;

Ti gleich dem Triggerzeitpunkt des aktuellen Ventilereignisses ist;

k ein Verstärkungsfaktor ist; und

e ein Hubstellungsfehler oder ein Schließzeitpunktfehler ist.

Es sollte jedoch verstanden sein, dass die LC 102 Varianten der obigen Gleichung oder andere geeignete Gleichungen zur Berechnung der Triggerzeitpunkte der Rückführungskanäle verwenden kann.

Im Betrieb, wie durch 2 dargestellt ist, ist das Motorventil 18 in der geschlossenen Stellung gezeigt. Um diese Stellung zu erreichen, schaltet die FPFC 70 den Aktuator 68 aus. Dies ermöglicht der Schieberventilfeder 72, das Schieberventil 38 in Richtung Aktuator zu bewegen, wodurch der Hochdruckanschluss 40 geschlossen und der Niederdruckanschluss 46 geöffnet wird. Dies verbindet die erste Kammer 26 über den Niederdruckanschluss 46 mit dem Fluidtank 49 und ermöglicht es der Motorventilfeder 32, das Motorventil 18 geschlossen zu halten, wobei der Ventilkopf 22 die Öffnung 16 schließt.

Um das Motorventil 18 zu öffnen, wie in 3 dargestellt ist, schaltet die FPFC 70 den Aktuator 68 ein, um das Schieberventil 38 gegen die Schieberventilfeder 72 zu treiben, wodurch der Niederdruckanschluss 46 geschlossen und der Hochdruckanschluss 40 geöffnet wird. Dies ermöglicht es einem Hochdruckfluid, von der Pumpe 44 durch das Schieberventil 38 in die erste Kammer 26 zu strömen. Der Fluiddruck wirkt gegen den ersten Kolben 28, um die Kraft der Motorventilfeder 32 zu überwinden und das Motorventil 18 zu öffnen. Während dieser Zeit überwacht der Sensor 104 den Öffnungszeitpunkt, die Geschwindigkeit und die Trajektorie des Motorventils und leitet diese Informationen an die FPFC 70 und die LC 102 weiter.

Beim Öffnen des Motorventils 18 verdrängt der erste Kolben 28 Fluid aus der zweiten Kammer 30 in den ersten Rückführungskanal 58. Das Ablassen von Fluid aus dem ersten Rückführungskanal 58 in den Fluidtank 90 wird durch das erste Ein/Aus-Ventil 74 geregelt. Dies ermöglicht es dem ersten Ein/Aus-Ventil, die Öffnungsgeschwindigkeit und den Hub des Motorventils 18 durch eine Begrenzung der Fluidströmung in den Fluidtank 90 zur Erhöhung des Fluiddrucks in der zweiten Kammer 30, dem ersten Rückführungskanal 58 und der vierten Kammer 56 des Schieberventils 38 zu steuern. Der erhöhte Fluiddruck in der vierten Kammer 56 treibt das Schieberventil 38 gegen den Aktuator 68 nach oben und in die fünfte Fluidkammer 62, wodurch die Verbindung zwischen dem Antriebskanal 52 und dem Zwischenkanal 42 begrenzt oder zeitweise unterbrochen wird. Dies vermindert den Fluiddruck, der an die erste Kammer 26 geliefert wird, und verlangsamt oder stoppt die Öffnungsgeschwindigkeit des Motorventils 18.

Zum Anhalten des Motorventils 18 an einer vorbestimmten Hubstellung, wie in 4 gezeigt ist, schaltet die LC 102 das erste Ein/Aus-Ventil 74 ein, um die Fluidströmung zu dem Fluidtank 90 zu blockieren und den Fluiddruck in der vierten Kammer 56 des Schieberventils 38 zu erhöhen. Der erhöhte Druck bewegt das Schieberventil 38 in eine Neutralstellung, welche die Verbindung zwischen den Hoch- und Niederdruckanschlüssen 40, 46 und dem dritten Anschluss 50 des Schieberventils 38 schließt, um die erste Fluidkammer abzudichten und damit die Stellung des ersten Kolbens 28 beizubehalten. Der Triggerzeitpunkt des ersten Ein/Aus-Ventils wird durch die LC 102 bestimmt und kann verändert werden, um den Betrag an Motorventilhub zu verändern oder einen Ventilhubfehler in einem vorherigen Zyklus zu korrigieren.

Zum Schließen des Motorventils 18 schaltet die FPFC 70 den Aktuator 68 aus, und die LC 102 schaltet das erste Ein/Aus-Ventil 74 aus. Die Schieberventilfeder 72 bewegt das Schieberventil 38 in eine Stellung zurück, welche die erste Kammer 26 mit dem zweiten Zwischenkanal 48 und dem Fluidtank 49 verbindet. Dies ermöglicht es dem Hochdruckfluid in der ersten Kammer 26 in den Fluidtank 49 auszuströmen. Dann treibt die Motorventilfeder 32 das Motorventil 18 nach oben, wie in 5 dargestellt ist. Die zweite Fluidkammer und die dritte Fluidkammer 30 und 34 sind mit dem Tank 90 verbunden, so dass ein Niederdruckfluid aus der dritten Fluidkammer und dem Tank 90 die zweite Fluidkammer wieder auffüllt, sobald das Motorventil 18 in die geschlossene Stellung zurückkehrt.

Wenn sich das Motorventil 18 der geschlossenen Stellung nähert, schaltet die LC das zweite Ein/Aus-Ventil 94 ein, um den zweiten Rückführungskanal 64 zu aktivieren und für eine "weiche Landung" zu sorgen. Insbesondere schließt sich, wenn das sich nach oben bewegende Motorventil 18Fluid aus der dritten Kammer 34 in den zweiten Rückführungskanal 64 verdrängt, das zweite Ein/Aus-Ventil 94, um eine Strömung aus der dritten Kammer in den Fluidtank 90 zu blockieren, um einen Gegendruck zu erzeugen und einen Fluiddruck in dem zweiten Rückführungskanal 64 und der fünften Kammer 62 des Schieberventils 38 zu erhöhen. Der Fluiddruck in der fünften Kammer 62 treibt das Schieberventil 38 nach unten gegen die Schieberventilfeder 72, bis das Schieberventil 38 eine Strömung durch die Verbindung zwischen dem Antriebskanal 52 und dem Zwischenkanal 48 unterbricht oder vermindert, wie in 6 dargestellt ist. Dadurch, dass das Schieberventil 38 nach unten getrieben wird, wobei eine Strömung zwischen dem Antriebskanal 52 und dem Zwischenkanal 48 unterbrochen wird, wird der Betrag der Fluidströmung aus der ersten Kammer 26 vermindert, wodurch sich die Aufsetzgeschwindigkeit des Motorventils 18 vermindert. Dies ermöglicht der Schieberventilfeder 72, das Schieberventil in seine Ausgangsstellung zurück zu bewegen, und der Motorventilfeder 32, das Motorventil 18 bei einer gesteuerten Geschwindigkeit in die geschlossene Stellung zurück zu bewegen.

7 ist eine Abbildung, welche die Abfolge der Ereignisse während des zuvor beschriebenen Motorventilzyklus darstellt. Bei einem Kurbelwellenwinkel von 0 bis 200 Grad bleibt das Motorventil 18 geschlossen. Bei 200 Grad schaltet die FPFC 70 den Aktuator 68 ein, um das Schieberventil 38 zu betätigen und eine Motorventilöffnungskurve 110 einzuleiten. Bei einem Kurbelwellenwinkel von 300 Grad schaltet die LC das erste Ein/Aus-Ventil 74 ein, um den ersten Rückführungskanal 58 zu aktivieren und die Öffnungsgeschwindigkeit des Motorventils 18 zu vermindern, wie durch eine Hubverzögerungskurve 112 gezeigt ist, bis ein Hubplateau 114 bei einem maximalen Motorventilhub erreicht ist. Das Ventil bleibt bis etwa 390 Grad auf dem Hubplateau 114 geöffnet, wenn die FPFC 70 das Schieberventil 38 ausschaltet und die LC 102 das erste Ein/Aus-Ventil 74 ausschaltet. Das Motorventil 18 bewegt sich dann entlang der Schließkurve 116 in Richtung einer Schließstellung. Wenn sich das Motorventil 450 Grad nähert, betätigt die LC 102 das zweite Ein/Aus-Ventil 94, um die Schließgeschwindigkeit des Motorventils 18 zu vermindern, wie durch eine Schließverzögerungskurve 118 gezeigt ist, und eine weiche Landung zu erzeugen. Wie gezeigt bestimmt das Zeitverhalten der ersten und zweiten Ein/Aus-Ventile 74, 94 den Betrag an Ventilhub und Aufsetzgeschwindigkeit des Motorventils 18. Ein Spätverstellen des Zeitverhaltens des ersten Ein/Aus-Ventils 74 erhöht den Betrag an Ventilhub und ein Frühverstellen des Zeitverhaltens des ersten Ein/Aus-Ventils vermindert den Betrag an Ventilhub. Auf ähnliche Weise erhöht ein Spätverstellen des Zeitverhaltens des zweiten Ein/Aus-Ventils 94 die Aufsetzgeschwindigkeit, und ein Frühverstellen des Zeitverhaltens des zweiten Ein/Aus-Ventils verringert die Aufsetzgeschwindigkeit.

Die Arbeitsweise der FPFC 70 und der LC 102 ist ferner in dem Flussdiagramm von 8 dargestellt. Die Steuerungen werden anfänglich auf Standardeinstellungen zurückgesetzt, wie in Kasten 120 gezeigt ist. Die FPFC 70 betätigt das Schieberventil 38, um das Motorventil 18 aufzufahren, wie in Kasten 122 gezeigt ist. Die LC 102 betätigt das erste Ein/Aus-Ventil 74, um die Öffnungsgeschwindigkeit des Motorventils 18 zu verringern und den Motorventilhub zu steuern, wie in Kasten 124 gezeigt ist. Die FPFC 70 betätigt das Schieberventil 38, um das Motorventil 18 zu schließen, wie in Kasten 126 gezeigt ist. Die LC 102 betätigt das zweite Ein/Aus-Ventil 94, um die Schließgeschwindigkeit des Motorventils 18 zu verringern und für eine sanfte Landung des Ventils zu sorgen, wie in Kasten 128 gezeigt ist.

Wenn kein Motorventilhubfehler detektiert wird, wird der Triggerzeitpunkt für das erste Ein/Aus-Ventil konstant bleiben. Wenn jedoch ein Motorventilhubfehler detektiert wird, berechnet die LC 102 den zur Korrektur des Fehlers notwendigen Justagebetrag und verändert das Zeitverhalten des ersten Ein/Aus-Ventils 74 entsprechend.

Wenn keine Motorventilaufsetzfehler detektiert werden, wird der Triggerzeitpunkt des zweiten Ein/Aus-Ventils konstant bleiben. Wenn jedoch ein Motorventilaufsetzfehler detektiert wird, berechnet die LC 102 den zur Korrektur des Fehlers benötigten Justagebetrag und verändert das Zeitverhalten des zweiten Ein/Aus-Ventils 94 entsprechend.

Die Ventilaktuatorbaugruppe 10 wird durch die Verwendung der hydraulischen Rückführungskanäle 58 und 64 steuerungsstabil gemacht und die Ein/Aus-Ventile 74 und 94 werden verwendet, um eine Strömung durch die Rückführungskanäle zu steuern. Steuerungsstabilität impliziert, dass die Systemantwort auf ein gegebenes Eingangssignal nicht unbeschränkt ist. Die durch die Steuerungsstabilität erreichte bessere Steuerbarkeit ermöglicht es der Ventilaktuatorbaugruppe 10, eine bessere Leistungsfähigkeit bereitzustellen. Die erfindungsgemäße Ventilaktuatorbaugruppe 10 steuert die Bewegung des Schieberventils 38 durch die Rückführungskanäle 58 und 64 präzise, so dass sie ein unnötiges Drosseln der Niederdruckströmung und der Hochdruckströmung vermeidet und dadurch Energieverbrauchsvorteile schafft.

9 stellt einen allgemeinen Entwurf einer Ventilsteuerungsbaugruppe mit einem Motorventilstellungssensor 130 dar, der mit einer LC 132 verbunden ist, welche ferner mit Ein/Aus-Ventilen 134 verbunden ist, die dazu dienen, nicht dargestellte Rückführungskanäle zu steuern. Eine FPFC 138 steht mit einem Aktuator 140 in Verbindung, um ein Schieberventil 142 zu steuern, das dazu dient, ein nicht dargestelltes Motorventil zu steuern.

Es sollte verstanden sein, dass auch verschiedene andere Ausführungsformen von Ventilsteuerungen betrieben werden könnten, um das hier ausführlich beschriebene Verfahren zur Ventilbewegungssteuerung zu schaffen. 10 stellt eine von vielen möglichen Ventilsteuerungsanordnungen dar, welche auch eine Ventilbewegungssteuerung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen der Hubverzögerung und der weichen Landung umfassen könnte.

Obwohl die Erfindung mit Bezug auf gewisse bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte es verstanden sein, dass zahlreiche Änderungen im Geist und Umfang der beschriebenen erfinderischen Konzepte durchgeführt werden könnten. Entsprechend ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie den vollen Umfang aufweist, der durch den Wortlaut der nachfolgenden Ansprüche zugelassen ist.

Zusammenfassung

Eine Ventilaktuatorsteuerung überwacht eine Trajektorie, einen Hub und eine Aufsetzgeschwindigkeit eines Motorventils und variiert das Zeitverhalten interner Rückführungssteuerkanäle, um Motorventilstellungsfehler zu korrigieren und einen präzisen Motorventilhub, Schließzeitpunkt und eine gewünschte Aufsetzgeschwindigkeit zu erreichen.


Anspruch[de]
Elektrohydraulische Ventilaktuatorbaugruppe, umfassend:

ein bewegliches Motorventil;

ein bewegliches Schieberventil;

eine Feder, welche das Motorventil in Richtung einer geschlossenen Stellung vorspannt;

einen Antriebskanal, der das Schieberventil und das Motorventil verbindet;

einen ersten Rückführungskanal, der das Motorventil, das Schieberventil und ein erstes Ein/Aus-Ventil verbindet;

einen zweiten Rückführungskanal, der das Motorventil, das Schieberventil und ein zweites Ein/Aus-Ventil verbindet;

eine Steuerung mit Vorwärtskopplung und Rückwärtskopplung (FPFC), die dazu dient, das Schieberventil ein- und auszuschalten, um zur Positionierung des Motorventils zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung eine Fluidströmung zu und aus dem Antriebskanal selektiv bereitzustellen; und

eine lernende Steuerung (LC), die dazu dient, die ersten und zweiten Ein/Aus-Ventile ein- und auszuschalten, um zur Steuerung der Bewegung des Schieberventils die Rückführungskanäle selektiv zu aktivieren und deaktivieren;

einen Motorventilstellungserkennungssensor, der mit der FPFC und der LC in Verbindung steht und dazu dient, einen Motorventilhub, einen Schließzeitpunkt und eine Aufsetzgeschwindigkeit von Zyklus zu Zyklus zu verfolgen;

wobei die LC einen Steuerungsalgorithmus aufweist, um einen Ventilstellungsfehler zu berechnen und entsprechende Triggerzeitpunkte zu bestimmen, welche an die Ein/Aus-Ventile weitergeleitet werden; und

wobei die LC die Triggerzeitpunkte der Ein/Aus-Ventile nachstellt, um den Ventilhub, den Schließzeitpunkt und die Aufsetzgeschwindigkeit des Motorventils zu verändern.
Ventilaktuatorbaugruppe nach Anspruch 1, die ein Ventilgehäuse umfasst, das eine erste Fluidkammer in Fluidverbindung mit dem Antriebskanal und eine zweite Fluidkammer in Fluidverbindung mit dem ersten Rückführungskanal aufweist. Ventilaktuatorbaugruppe nach Anspruch 2, die einen ersten Kolben aufweist, der mit dem Motorventil zusammenwirkt und in dem Ventilgehäuse beweglich und wirksam zwischen der ersten Fluidkammer und der zweiten Fluidkammer angeordnet ist. Ventilaktuatorbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der erste Rückführungskanal die zweite Fluidkammer und eine vierte Fluidkammer des Schieberventils verbindet. Ventilaktuatorbaugruppe nach Anspruch 2, wobei das Ventilgehäuse eine dritte Fluidkammer in Fluidverbindung mit dem zweiten Rückführungskanal aufweist. Ventilaktuatorbaugruppe nach Anspruch 5, die einen zweiten Kolben umfasst, der mit dem Motorventil zusammenwirkt und in dem Ventilgehäuse angeordnet ist, wobei eine Seite des zweiten Kolbens zu einer dritten Fluidkammer hin offen ist. Ventilaktuatorbaugruppe nach Anspruch 6, wobei der zweite Rückführungskanal die dritte Fluidkammer mit einer fünften Fluidkammer des Schieberventils verbindet. Ventilaktuatorbaugruppe nach Anspruch 1, die eine vierte Fluidkammer an einem Ende des Schieberventils und in Fluidverbindung mit dem ersten Rückführungskanal und eine fünfte Fluidkammer an einem entgegengesetzten Ende des Schieberventils und in Fluidverbindung mit dem zweiten Rückführungskanalumfasst. Ventilaktuatorbaugruppe nach Anspruch 8, die eine erste Schieberventilfeder umfasst, welche den Schieber in Richtung der fünften Fluidkammer vorspannt. Verfahren zur Steuerung interner Rückführungskanäle einer elektrohydraulischen Ventilaktuatorbaugruppe zum Verändern eines Hubs, einer Aufsetzgeschwindigkeit und eines Schließzeitpunkts eines Motorventils, das die Schritte umfasst, dass ein elektrohydraulischer Ventiltrieb mit einem ersten Rückführungskanal, der dazu dient, einen gewünschten Ventilhub aufrecht zu erhalten, und einem zweiten Rückführungskanal geschaffen wird, der dazu dient, ein weiches Ventilaufsetzen einzuleiten;

ein Controller geschaffen wird, der dazu dient, die aktuelle Hubstellung, Aufsetzstellung und Aufsetzgeschwindigkeit des Ventils zu überwachen, und der zum Triggern der Rückführungskanäle mit ersten und zweiten Ein/Aus-Ventilen in Verbindung steht;

die aktuelle Hubstellung, Aufsetzstellung und Aufsetzgeschwindigkeit des Ventils bestimmt wird und die Ventilhubstellung, Aufsetzstellung und Aufsetzgeschwindigkeit an den Controller weitergeleitet werden;

die aktuelle Ventilhubstellung, Aufsetzstellung und Aufsetzgeschwindigkeit in dem Controller mit einer gewünschten Ventilhubstellung, Aufsetzstellung und Aufsetzgeschwindigkeit verglichen werden, um einen Ventilhubfehler, einen Aufsetzstellungsfehler und einen Aufsetzgeschwindigkeitsfehler zu bestimmen, und der Fehler in einen Rückführungstriggerzeitpunkt umgewandelt wird, um den Fehler zu korrigieren; und

die Triggerzeitpunkte der Rückführungskanäle durch die Steuerung variiert werden, um Fehler auszugleichen und das Motorventil mit gewünschten Ventilhub-, Aufsetzstellungs- und Aufsetzgeschwindigkeitsparametern zu betreiben.






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