DE10002352B4

DE10002352B4 - Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10002352B4
Application number: DE10002352A
Authority: DE
Inventors: Koji Wada; Atsuko Hashimoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2020-01-21
Also published as: DE10002352A1; KR20000053558A; JP2000282903A; US6196174B1; JP3730809B2; KR100355126B1

Abstract

Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend:
einen hydraulischen Aktor (3) zum Ändern eines Betriebswinkels eines Nockens einer Nockenwelle, um eine Ventilsteuerzeit des Verbrennungsmotors voreilen oder nacheilen zu lassen;
eine Pumpe (1) zum Schicken von Schmieröl unter Druck zu dem hydraulischen Aktor (3);
ein Einstellventil (4) für eine Ölzufuhrmenge zum Einstellen einer Menge des zu dem hydraulischen Aktor (3) zuzuführenden Schmieröls; und
eine Steuereinrichtung (10)
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, eine Antriebskraft des hydraulischen Aktors (3) auf der Basis eines Öldrucks des Schmieröls auf der stromabwärts gelegenen Seite der Pumpe (1) zu schätzen, um eine Steuervariable auf der Basis des geschätzten Werts der Antriebskraft des hydraulischen Aktors (3) zu bestimmen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, ausgerüstet mit einem variablen Zeitablaufmechanismus vom Typ des hydraulischen Antriebs.
2. Beschreibung des Standes der Technik
14 zeigt schematisch einen Aufbau eines herkömmlichen Ventilzeit-Steuersystems zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor.
Wie 14 zeigt, besteht das herkömmliche Ventilzeit-Steuersystem aus einer Ölpumpe 1 zum Zuführen eines Schmieröls unter Druck zu einem Ventilzeit-Steuersystem, einer Nockenwelle 2 zum Öffnen und Schließen von Einlassventilen und Auslassventilen in dem Verbrennungsmotor, einem VVT-(Variabler Ventilsteuerzeit-)Aktor 3 zum Variieren der Rotationsphase der Nockenwelle 2 hinsichtlich einer Kurbelwelle (nicht gezeigt), einem Ölsteuerventil 4 zum Einstellen der zu dem VVT-Aktor 3 zuzuführenden Menge von Schmieröl, einer Kurbelwellenrotationsphasen-Erfassungseinrichtung 5 zum Erfassen einer Rotationsphase der Kurbelwelle, einer Nockenwellenrotationsphasen-Erfassungseinrichtung 6 zum Erfassen einer Rotationsphase der Nockenwelle 2, einer Betriebszustands-Erfassungseinrichtung 7 zum Erfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors, einer Ölsteuerventil-Treiberschaltung 8 zum elektrischen Antreiben des Ölsteuerventils 4 und einer ECU bzw. Steuereinrichtung 10 zum Ausgeben eines Befehls zu der Ölsteuerventil-Treiberschaltung 8.
In diesem Aufbau ist der VVT-Aktor 3 zusammengesetzt aus einer Riemenscheibe 2a, die in Synchronisation mit der Kurbelwelle rotiert (die Rotationsgeschwindigkeit ist 1/2 jener der Kurbelwelle), und einer Voreilkammer 3a, einer Nacheilkammer 3b und einem Rotor 3c zum rotationsmäßigen Verschieben der Nockenwelle 2 zu der voreilenden Seite oder der nacheilenden Seite.
Auf der Basis des Betriebszustands (z. B. Motorgeschwindigkeit, Drosselöffnungsgrad, Ladungseffizienz, Kühlwassertemperatur) des Verbrennungsmotors, den die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung 7 erfasst, vermag die Steuereinrichtung 10 die optimale Ventilsteuerzeit zu bestimmen. Zusätzlich berechnet die Steuereinrichtung 10 die gegenwärtige Ventilsteuerzeit als eine Funktion der Phasen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 2, die die Kurbelwellenrotationsphasen-Erfassungseinrichtung 5 bzw. die Nockenwellenrotationsphasen-Erfassungseinrichtung 6 erfassen.
Die Steuereinrichtung 10 berechnet eine Steuervariable (Antrieb) für das Ölsteuerventil 4, so dass die Abweichung zwischen der optimalen Ventilsteuerzeit und der gegenwärtigen Ventilsteuerzeit abnimmt, wobei diese Steuervariable zu der Ölsteuerventil-Treiberschaltung 8 geschickt wird.
Die Ölsteuerventil-Treiberschaltung 8 stellt die Spannung oder den Strom ein, der zu dem Ölsteuerventil 4 auf der Basis eines Befehls von der Steuereinrichtung 10 zugeführt werden muss, so dass die durch die Steuereinrichtung 10 geforderte Steuervariable einem elektrischen Verhalten des Ölsteuerventils 4 entspricht.
Das unter Druck von der Ölpumpe 1 zu dem Ölsteuerventil 4 eingespeiste Schmieröl wird auf einen Öldurchlass 3d der Voreilseite oder einen Öldurchlass 3e der Nacheilseite, die mit der Voreilkammer 3a oder der Nacheilkammer 3b in Verbindung stehen, in dem Ölsteuerventil 4 verteilt, wodurch es in die Voreilkammer 3a oder die Nacheilkammer 3b eintritt.
Zu dem Voreilen der Ventilsteuerzeit wird das Schmieröl in die Voreilkammer 3a zugeführt, während das Schmieröl in dem Inneren der Nacheilkammer 3b durch einen Abfluss des Ölsteuerventils 4 zu einer Ölwanne zurückgebracht wird. Da die Nockenwelle koaxial mit dem Rotor 3c in dem VVT-Aktor 3 verbunden ist, wird der Rotor 3c durch den Öldruck zu der Voreilseite hinsichtlich der Riemenscheibe 2a gedreht, so dass die Rotationsphase der Nockenwelle 2 relativ zu der Rotationsphase der Kurbelwelle voreilt.
Auf der anderen Seite wird, zum Nacheilen der Ventilsteuerzeit, das Schmieröl in die Nacheilkammer 3b geleitet, während das Schmieröl in dem Inneren der Voreilkammer 3a durch den Abfluss des Ölsteuerventils 4 zu der Ölwanne zurückgebracht wird. Dieser zum Voreilbetrieb umgekehrte Betrieb verursacht das Nacheilen der Ventilsteuerzeit.
Die Antriebskraft des VVT-Aktors 3 wird aus dem Betriebsdrehmoment der Nockenwelle und einem Druck des von der Ölpumpe 1 zugeführten Schmieröls bestimmt, während das herkömmliche Ventilzeit-Steuersystem derart ausgeführt ist, dass der Druck des Schmieröls und das Betriebsdrehmoment der Nockenwelle 2 von einem Erfassungssignal (beispielsweise der Motorgeschwindigkeit oder der Kühlwassertemperatur) der Betriebszustands-Erfassungseinrichtung 7 geschätzt worden sind.
Der Druck des Schmieröls hängt jedoch nicht nur von den Eigenschaften des Schmieröls, der Variation der Öltemperatur und dem Grad der Alterung bzw. Zersetzung ab, sondern variiert beispielsweise auch aufgrund der Variation des Förderdrucks der Ölpumpe 1, die von dem Niveau des Schmieröls in der Ölwanne oder dergleichen bei der Abnahme in der Ölmenge, bei der Beschleunigung/Verzögerung oder bei dem Drehen bei hoher Geschwindigkeit herrührt, oder aufgrund der Erhöhung in dem Druckverlust, der von der Ansammlung von Fremdmaterial in den Ölzuführdurchlässen stammt, auch wenn der Verbrennungsmotor die gleichen Betriebszustände einnimmt.
Zusätzlich variiert das Betriebsdrehmoment der Nockenwelle mit der Motorgeschwindigkeit und der Viskosität des Schmieröls.
Aus diesem Grund gibt es jedoch ein Problem, das mit dem herkömmlichen Steuerverfahren zum Bestimmen der Steuervariablen durch Schätzen der Antriebskraft des VVT-Aktors 3 auf der Basis von nur dem Betriebszustand auftritt, dahingehend, dass die Steuerbarkeit der Ventilsteuerzeit variabel wird.
Zusätzlich kann es, wie in dem Fall, in welchem der Druck des Zufuhröls durch den VVT-Aktor 3 beträchtlich fällt, eine extrem hohe Öltemperatur plus eine niedrige Motorgeschwindigkeit oder die Ansammlung von Fremdmaterial in den Ölzufuhrdurchlässen geben. In diesen Fällen fällt die Antriebskraft des VVT-Aktors 3, was ein Problem in der Steuerung der Ventilsteuerzeit auf einen gewünschten Wert schafft.
Zusätzlich wird der Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors noch unstabil.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung im Hinblick auf ein Lösen der oben erwähnten Probleme entwickelt worden, und es ist Aufgabe der Erfindung, ein Ventilzeit-Steuersystem zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor vorzusehen, das die Antriebskraft für einen VVT-Aktor auf der Basis eines Öldrucks eines zu dem VVT-Aktor zuzuführenden Schmieröls schätzt, so dass die Steuerbarkeit der Ventilsteuerzeit regelmäßig aufrechterhalten werden kann und der Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors stabil wird.
Zu diesem Zweck ist in Übereinstimmung mit dieser Erfindung ein Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, umfassend einen hydraulischen Aktor zum Ändern eines Betriebswinkels eines Nockens einer Nockenwelle, um eine Ventilsteuerzeit in dem Verbrennungsmotor voreilen oder nacheilen zu lassen, eine Pumpe zum Schicken von Schmieröl unter Druck zu dem hydraulischen Aktor, ein Ölzufuhrmengen-Einstellventil zum Einstellen einer Menge des zu dem hydraulischen Aktor zuzuführenden Schmieröls und eine Steuereinrichtung zum Schätzen einer Antriebskraft des hydraulischen Aktors auf der Basis eines Öldrucks des Schmieröls auf der stromabwärts gelegenen Seite der Pumpe, um eine Steuervariable auf der Basis des geschätzten Werts der Antriebskraft des hydraulischen Aktors zu bestimmen. Dementsprechend ist es möglich, die Ventilzeit-Steuerung zu erreichen, ohne von der Variation des Öldrucks aufgrund der Variation der Eigenschaften und Menge des Schmieröls, der Variation des Betriebszustands des Kraftfahrzeugs, der Variation der Zustände in den Ölzufuhrdurchlässen oder ähnlichem abzuhängen.
Zusätzlich bestimmt die zuvor genannte Steuereinrichtung die Steuervariable, zur Kompensation einer Variation der Antriebskraft des hydraulischen Aktors, so dass die Steuerbarkeit der Ventilsteuerzeit im wesentlichen konstant wird. Dementsprechend wird die Ventilzeit-Steuerung mit einer hohen Steuerbarkeit möglich.
Zusätzlich stellt die zuvor genannte Steuereinrichtung noch eine Steuerverstärkung für eine Ventilzeit-Steuerung zu einem größeren Wert ein, wenn der geschätzte Wert der Antriebskraft des hydraulischen Aktors klein ist, als wenn der geschätzte Wert der Antriebskraft des hydraulischen Aktors groß ist. Dementsprechend wird es möglich, die Ventilzeit-Steuerung mit einer hohen Steuerbarkeit, zur Kompensation der Variation der Antriebskraft des hydraulischen Aktors, durchzuführen.
Überdies umfasst das Ventilzeit-Steuersystem eine Öldruck-Erfassungseinrichtung, die auf der stromabwärts gelegenen Seite der Pumpe befestigt ist, zum Erfassen eines Drucks des dem hydraulischen Aktor zuzuführenden Schmieröls, eine Öltemperatur-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Schmieröls und eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors, während die Steuereinrichtung eine Kraft für einen Betrieb der Nockenwelle auf der Basis der durch die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung erfassten Öltemperatur und des durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung erfassten Betriebszustands schätzt und eine Drehkraft auf die Kurbelwelle durch den Öldruck des dem hydraulischen Aktor zuzuführenden Schmieröls auf der Basis des durch die Öldruck-Erfassungseinrichtung erfassten Öldrucks berechnet, und weiter eine Antriebskraft schätzt, die der hydraulische Aktor zum Ändern des Betriebswinkels des Nockens ausübt, auf der Basis der Kraft für den Betrieb der Nockenwelle und der Drehkraft auf die Nockenwelle. Dementsprechend ist es möglich, die Ventilzeit-Steuerung zu erreichen, ohne von der Variation des Öldrucks aufgrund der Variation der Eigenschaft und Menge des Schmieröls, der Variation des Betriebszustands des Kraftfahrzeugs, der Variation der Zustände in den Ölzufuhrdurchlässen oder ähnlichem abzuhängen.
Überdies umfasst das Ventilzeit-Steuersystem noch weiter eine Öldruck-Erfassungseinrichtung, die auf der stromabwärts gelegenen Seite der Pumpe befestigt ist, zum Erfassen eines Drucks des dem hydraulischen Aktor zuzuführenden Schmieröls und eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors einschließlich zumindest einer Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors, während die Steuereinrichtung eine Kraft für den Betrieb der Nockenwelle auf der Basis des durch die Öldruck-Erfassungseinrichtung erfassten Öldrucks und des durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung erfassten Betriebszustands des Verbrennungsmotors schätzt und eine Drehkraft auf die Nockenwelle durch einen Öldruck des dem hydraulischen Aktor zuzuführenden Schmieröls auf der Basis des durch die Öldruck-Erfassungseinrichtung erfassten Öldrucks berechnet, und weiter eine Antriebskraft, die der hydraulische Aktor zum Ändern des Betriebswinkels des Nockens ausübt, auf der Basis der Kraft für den Betrieb der Nockenwelle und der Drehkraft auf die Nockenwelle schätzt. Dementsprechend wird die Verringerung der Vorrichtungskosten machbar.
Außerdem umfasst das Ventilzeit-Steuersystem weiter eine Öltemperatur-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Schmieröls und eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors einschließlich zumindest einer Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors, während die Steuereinrichtung eine Kraft für einen Betrieb der Nockenwelle auf der Basis der durch die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung erfassten Öltemperatur und des durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung erfassten Betriebszustands des Verbrennungsmotors schätzt, und eine Drehkraft auf die Nockenwelle durch einen Öldruck des dem hydraulischen Aktor zuzuführenden Schmieröls auf der Basis des durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung erfassten Betriebszustands des Verbrennungsmotors und der durch die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung erfassten Öltemperatur berechnet, und weiter eine Antriebskraft, die der hydraulische Aktor zum Ändern des Betriebswinkels des Nockens ausübt, auf der Basis der Kraft für den Betrieb der Nockenwelle und der Drehkraft auf die Nockenwelle schätzt. Dementsprechend wird die Verringerung der Vorrichtungskosten machbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Aufgabe und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden leichter aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen offensichtlich werden. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
2 eine schematische Darstellung eines Aufbaus des Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
3 ein Flussdiagramm, das den Steuerinhalt des
Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
4 ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Temperatur eines Schmieröls und dessen Viskosität in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
5 ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Motorgeschwindigkeit und einer Nockenwellen-Betriebskraft in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
6 ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Drehkraft auf die Nockenwelle und einer VVT-Aktor-Antriebskraft in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
7 eine Darstellung einer charakteristischen Steuerverstärkung, die in Übereinstimmung mit einer geschätzten VVT-Aktor-Antriebskraft eingestellt werden muss;
8 ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
9 ein Flussdiagramm, das einen Abschnitt des Steuerinhalts des Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
10 ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Motorgeschwindigkeit und einem Öldruck zeigt;
11 ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
12 ein Flussdiagramm, das einen Abschnitt des Steuerinhalts des Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
13 ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Motorgeschwindigkeit und einem Öldruck zeigt; und
14 eine Darstellung eines Aufbaus eines herkömmlichen Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Steuersystem für den Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung mit einer Betriebszustands-Erfassungseinrichtung 11, einer Ventilsteuerzeit-Bestimmungseinrichtung 12, einer Ventilsteuerzeit-Erfassungseinrichtung 13, einer Öltemperatur-Erfassungseinrichtung 14, einer Öldruck-Erfassungseinrichtung 15, einer Schmierölviskositäts-Schätzeinrichtung 16, einer Nockenwellenbetriebskraft-Schätzeinrichtung 17, einer VVT-Aktor-Antriebskraft-Schätzeinrichtung 18 und einer Ventilzeit-Steuervariablen-Bestimmungseinrichtung 19 versehen.
2 zeigt schematisch einen Aufbau des Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung.
Wie in 2 gezeigt, ist das Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung, wie auch die herkömmliche Vorrichtung, aus einer Ölpumpe 1, einer Nockenwelle 2, einem VVT-Aktor 3, der als ein hydraulischer Aktor dient, einem Ölsteuerventil 4, das als ein Einstellventil für die Ölzufuhrmenge dient, einer Kurbelwellenrotationsphasen-Erfassungseinrichtung 5 einer Nockenwellenrotationsphasen-Erfassungseinrichtung 6 und einer Treiberschaltung 8 für ein Ölsteuerventil zusammengesetzt.
Wie in 2 gezeigt, sind die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung 14 und die Öldruck-Erfassungseinrichtung 15 auf der stromabwärts gelegenen Seite der Ölpumpe 1, die eine Pumpe zum Schicken eines Schmieröls unter Druck zu dem VVT-Aktor 3 bildet, angeordnet und vorzugsweise zwischen der Ölpumpe 1 und dem Ölsteuerventil 4 gelegen. Übrigens ist es nicht immer nötig, die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung 14 auf der stromabwärts gelegenen Seite der Ölpumpe 1 zu plazieren, solange sie so plaziert ist, die Erfassung der Temperatur des Schmieröls, das dem VVT-Aktor 3 und allen Teilen der Nockenwelle 2 zugeführt werden soll, zu ermöglichen.
Überdies ist die Steuereinrichtung 10 eine Motorsteuereinheit, die die Ventilsteuerzeit-Bestimmungseinrichtung 12, die Schmierölviskositäts-Schätzeinrichtung 16, die Nockenwellenbetriebskraft-Schätzeinrichtung 17, die VVT-Aktor-Antriebskraft-Schätzeinrichtung 18 und die Ventilzeit-Steuervariablen-Bestimmungseinrichtung 19 einschließt, die jeweils in 1 gezeigt sind, und dient zum Steuern der dem VVT-Aktor 3 zuzuführenden Schmierölmenge auf der Basis des Öldrucks und der Öltemperatur des Schmieröls auf der stromabwärts gelegenen Seite der Ölpumpe 1.
In dem so aufgebauten Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor ist die Betrieszustands-Erfassungseinrichtung 11 ausgebildet, eine Motorgeschwindigkeit (Ne), einen Drosselöffnungsgrad (TPS), eine Ladungseffizienz (Ev), eine Kühlwassertemperatur (WT) und andere als einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu erfassen.
Die Ventilsteuerzeit-Bestimmungseinrichtung 12 ermöglicht es, die optimale Ventilsteuerzeit auf der Basis der Motorgeschwindigkeit und anderen Parametern, die durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung 11 erfasst werden, zu bestimmen.
Die Ventilsteuerzeit-Erfassungseinrichtung 13 ermöglicht es, die gegenwärtige Ventilsteuerzeit auf der Basis der Erfassungssignale der Kurbelwellenrotationsphasen-Erfassungseinrichtung 5 und der Nockenwellenrotationsphasen-Erfassungseinrichtung 6 zu erfassen.
Die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung 14 und die Öldruck-Erfassungseinrichtung 15 sind ausgebildet, eine Temperatur des Schmieröls, bzw. eine Temperatur und einen Druck des Schmieröls, das dem VVT-Aktor 3 zugeführt werden soll, zu erfassen.
Die Schmierölviskositäts-Schätzeinrichtung 16 ist ausgebildet, die Viskosität des Schmieröls auf der Basis der durch die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung 14 erfassten Öltemperatur zu schätzen.
Die Nockenwellenbetriebskraft-Schätzeinrichtung 17 ist ausgebildet, eine Betriebskraft der Nockenwelle 2 auf der Basis einer Motorgeschwindigkeit zu schätzen, indem der durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung 11 erfasste Betriebszustand und die durch die Schmierölviskositäts-Schätzeinrichtung 16 geschätzte Schmierölviskosität gebildet werden.
Die VVT-Aktor-Antriebskraft-Schätzeinrichtung 18 ist ausgebildet, um eine Antriebskraft (die nachstehend als eine VVT-Aktor-Antriebskraft bezeichnet wird), die der VVT-Aktor 3 zum Ändern eines Betriebswinkels eines Nockens ausübt, auf der Basis der gegenwärtigen Ventilsteuerzeit, der optimalen Ventilsteuerzeit, des geschätzten Werts der Betriebskraft der Nockenwelle 2 und des Öldrucks zu schätzen.
Die Ventilzeit-Steuervariablen-Bestimmungseinrichtung 19 ist ausgebildet, die Ventilsteuerzeit durch Bestimmen einer Steuervariablen des Ölsteuerventils 4 auf der Basis des geschätzten Werts der VVT-Aktor-Antriebskraft zu steuern.
Obgleich die Ventilsteuerzeit-Bestimmungseinrichtung 12, die Schmierölviskositäts-Schätzeinrichtung 16, die Nockenwellenbetriebskraft-Schätzeinrichtung 17, die VVT-Aktor-Antriebskraft-Schätzeinrichtung 18 und die Ventilzeit-Steuervariablen-Bestimmungseinrichtung 19 in 1 zu dem Zweck gezeigt sind, schematisch eine Konfiguration der Steuereinrichtung 10 zu zeigen, die als eine Steuereinrichtung funktioniert, sind die Funktionen der Steuereinrichtung 10 aber nicht auf diese Einrichtungen beschränkt, sondern die Steuereinrichtung 10 weist weiterhin, Funktionen zum Durchführen all der Berechnungen oder Operationen auf, die in einem Betriebsfluss benötigt werden, der untenstehend beschrieben werden soll.
Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Betriebs gegeben.
3 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerinhalt des Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. 4 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Temperatur eines Schmieröls und dessen Viskosität in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. 5 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Motordrehzahl und einer Nockenwellen-Betriebskraft in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. 6 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Drehkraft auf die Nockenwelle 2 und einer VVT-Aktor-Antriebskraft in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. 7 ist eine Darstellung einer Charakteristik einer in Übereinstimmung mit einer geschätzten VVT-Aktor-Antriebskraft einzustellenden Steuerverstärkung.
Wie in 3 gezeigt, wird ein Schritt 1 zuerst ausgeführt, um Erfassungssignale (beispielsweise eine Motorgeschwindigkeit oder ein Drosselöffnungsgrad), die durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung 11, die Kurbelwellenrotationsphasen-Erfassungseinrichtung 5 und die Nockenwellenrotationsphasen-Erfassungseinrichtung 6 erhalten werden, zu lesen (S1).
Ein Schritt 2 folgt für die Steuereinrichtung 10, um die gegenwärtige Ventilsteuerzeit Θ auf der Basis einer Rotationsphase der Kurbelwelle und einer Rotationsphase der Nockenwelle 2, die in dem Schritt 1 gelesen werden, zu berechnen (S2).
Ein Schritt 3 wird weiter ausgeführt, um, auf der Basis der Erfassungssignale (beispielsweise einer Motorgeschwindigkeit, eines Drosselöffnungsgrads, einer Ladungseffizienz oder einer Wassertemperatur), die auf den in dem Schritt 1 gelesenen Betriebszustand hinweisen, die geeignetste Ventilsteuerzeit (welche nachstehend als eine gewünschte Ventilsteuerzeit bezeichnet wird), Θ_T in diesem Betriebszustand zu berechnen (S3).
Ein Schritt 4 folgt, um eine Temperatur eines Schmieröls (welche nachstehend einfach als eine Öltemperatur bezeichnet wird), die durch die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung 14 erfasst wird, zum Schätzen einer Viskosität des Schmieröls auf der Basis der in 4 gezeigten Charakteristik zu lesen (S4).
Ein Schritt 5 wird noch weiter ausgeführt, um die Abweichung Θe der gegenwärtigen Ventilsteuerzeit Θ von der gewünschten Ventilsteuerzeit Θ_T zu berechnen, zum Schätzen einer Kraft, die zum Betreiben der Nockenwelle 2 benötigt wird (welche nachstehend als eine Nockenwellen-Antriebskraft F_C bezeichnet wird), aus der Charakteristik in 5 auf der Basis der in dem Schritt 4 geschätzten Schmierölviskosität und der Motorgeschwindigkeit (S5). Diese Nockenwellen-Betriebskraft F_C hängt beispielsweise von den Reibungskräften zwischen der Welle und dem Nockenlager und zwischen der Welle und dem Ventilheber ab.
Ein Schritt 6 folgt, um eine Kraft F_A zu schätzen, die der VVT-Aktor 3 zum Ändern des Betriebswinkels des Nockens ausübt (welche nachstehend als eine VVT-Aktor-Antriebskraft F_A bezeichnet wird).
Konkret wird der durch die Öldruck-Erfassungseinrichtung 15 erfasste Öldruck gelesen, um eine Kraft F_P zu berechnen, die der von dem VVT-Aktor 3 zugeführte Öldruck zum Rotieren der Nockenwelle 2 ausübt. Zusätzlich wird die VVT-Aktor-Antriebskraft F_A als eine Funktion der in dem Schritt 5 geschätzten Nockenwellen-Antriebskraft F_C durch die Verwendung einer Gleichung (1) gemäß der Charakteristik in 6 geschätzt (S6). FA = FP – FC (1)
Auf diese Weise wird die VVT-Aktor-Antriebskraft F_A, die eine Kraft bildet, die der VVT-Aktor 3 tatsächlich zum Ändern der Phase der Nockenwelle 2 hinsichtlich der Rotationsphase der Kurbelwelle ausübt, als die Differenz zwischen der Kraft F_P (eine Drehkraft F_P auf die Nockenwelle 2), die der Öldruck des dem VVT-Aktor 3 zugeführten Schmieröls zum Rotieren der Nockenwelle 2 ausübt, und der in dem Schritt 5 geschätzten Nockenwellen-Betriebskraft F_C ausgedrückt.
Überdies rückt der Betriebsfluss zu einem Schritt 7 vor, um einen Antrieb des Ölsteuerventils 4 auf der Basis der Beziehung in der Größe zwischen der Abweichung Θe der gegenwärtigen Ventilsteuerzeit Θ relativ zu der gewünschten Ventilsteuerzeit Θ_T und einer toten Zone Θ_D zu bestimmen. Das Ölsteuerventil 4 wird angetrieben, einen offenen Zustand einzunehmen (Schritt 8 wird später erwähnt), wenn die Abweichung Θe größer als die tote Zone Θ_D ist, wohingegen es betrieben wird, einen geschlossenen Zustand einzunehmen, wenn die Abweichung Θe kleiner als die tote Zone Θ_D ist (Schritt 9 wird später erwähnt).
Übrigens ist diese Erfindung, auch wenn diese tote Zone Θ_D auf null eingestellt wird (d. h. auch wenn die tote Zone nicht eingestellt wird), ebenfalls anwendbar. Das heißt, in einem derartigen Fall wird die Steuerung zu allen Zeiten ausgeführt, ungeachtet der Größe der Abweichung zwischen der gewünschten Ventilsteuerzeit und der gegenwärtigen Ventilsteuerzeit.
Darauf schreitet der Betriebsfluss zu einem Schritt 8 fort, um eine Steuervariable zum Öffnen des Ölsteuerventils 4 zu bestimmen. Zum Beispiel, in dem Fall der Verwendung der PID-Steuerung für die Bestimmung der Steuervariablen, wird die Steuervariable auf der Basis von dem in dem Schritt 7 berechneten Θe bestimmt, und die Steuerverstärkung wird in Übereinstimmung mit der in dem Schritt 6 geschätzten VVT-Aktor-Antriebskraft eingestellt.
7 ist eine charakteristische Darstellung einer gemäß der geschätzten VVT-Aktor-Antriebskraft einzustellenden Steuerverstärkung.
Wie in 7 gezeigt, wird die Steuerverstärkung auf einen größeren Wert eingestellt, sobald der geschätzte Wert der VVT-Aktor-Antriebskraft abnimmt. Das heißt, da die Steuer-Antwortzeit mit der Abnahme in der Antriebskraft des VVT- Aktors 3 länger wird, dass die Steuerverstärkung auf einen großen Wert eingestellt wird, wenn die Antriebskraft des VVT-Aktors 3 einen kleinen Wert annimmt, um die Steuervariable des Ölsteuerventils 4 zu erhöhen, so dass die Steuerverstärkung so eingestellt wird, dass sie immer eine konstante Steuerantwort ungeachtet der Variation der Antriebskraft des VVT-Aktors 3 bereitstellt.
In einem Schritt 9 wird, wie auch der Betrieb in dem Schritt 8, eine Steuervariable zum Schließen des Ölsteuerventils 4 bestimmt.
Danach wird, in einem Schritt 10, die in dem Schritt 8 oder dem Schritt 9 bestimmte Steuervariable durch die Ölsteuerventil-Treiberschaltung 8 in ein elektrisches Signal konvertiert, das wiederum das Ölsteuerventil 4 antreibt.
Wie oben beschrieben, ist mit dem Ventilzeit-Steuersystem gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung, da der Öldruck, der eine Antriebsquelle für den VVT-Aktor bildet, direkt gemessen wird, eine genaue und regelmäßige Steuerung machbar, ungeachtet beispielsweise der Variation des Öldrucks, die von der Variation der Eigenschaften und Menge des Schmieröls, der Variation des Fahrzeug-Betriebszustands, der Variation der Umstände in dem Öldurchlass für die Zufuhr des Schmieröls oder ähnlichem herrührt.
Zusätzlich wird, weil die Antriebskraft des VVT-Aktors geschätzt wird, indem das geschätzte Betriebsdrehmoment der Nockenwelle und die Antriebsrichtung des Aktors in Betracht gezogen werden, auch wenn die Phase der Nocken in jedwede der Voreilseiten-Richtung und der Nacheilseiten-Richtung geändert wird, eine stabile Steuerung möglich.
Zusätzlich wird noch, da eine präzise Erfassung der Abnahme in dem auf den VVT-Aktor anzubringenden Öldruck möglich ist, wenn der Öldruck beträchtlich abnimmt, diese Abnahme des Öldrucks exakt erfasst, um den VVT-Aktor in der stabilsten Position zu fixieren (beispielsweise, in dem Fall des Einlassventils, wird die Betriebskraft der Nockenwelle bei der maximalen Nacheilposition stabil); folglich kann der Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors bei der Abnahme des an den VVT-Aktors aufgebrachten Öldrucks stabiler aufrechterhalten werden.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Ventilzeit-Steuersystems zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. 9 ist ein Flussdiagramm, das einen Abschnitt des Steuerinhalts des Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. 10 ist eine charakteristische Darstellung der Beziehung zwischen einem Öldruck und einer Motorgeschwindigkeit hinsichtlich einer Viskosität.
Wie in 8 gezeigt, ist das Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform. dieser Erfindung ähnlich zu dem Ventilzeit-Steuersystem gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform, außer dass es nicht mit der Öltemperatur-Erfassungseinrichtung 14 versehen ist, wohingegen eine Viskosität des Schmieröls auf der Basis eines Betriebszustands und eines Öldrucks geschätzt wird, so dass eine Antriebskraft F_A des VVT-Aktors 3 auf der Basis des geschätzten Werts der Viskosität des Schmieröls und des Betriebszustands geschätzt wird.
Nachfolgend wird das Steuerverfahren beschrieben.
Wie in 9 gezeigt, wird in dem Steuerinhalt des Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung der Schritt 4 in dem Steuerinhalt gemäß der ersten Ausführungsform durch einen Schritt 14 ersetzt.
Nachdem die gewünschte Ventilsteuerzeit Θ_T in dem Schritt 3 berechnet ist, wird in dem Schritt 14 ein Druck (Öldruck) des Schmieröls über die Öldruck-Erfassungseinrichtung 15 gelesen, und eine Viskosität des Schmieröls wird gemäß der in 10 gezeigten Charakteristik auf der Basis des gelesenen Öldrucks und einer Motorgeschwindigkeit, die einen in dem Schritt 1 gelesenen Betriebszustand bedeutet, geschätzt (S14).
Nach Ablauf des Schritts 14 schreitet der Betriebsfluss zu einem Schritt 5, identisch zu jenem in der ersten Ausführungsform, fort, so dass darauf die gleichen Operationen wie jene in der ersten Ausführungsform ausgeführt werden.
Wie oben beschrieben, wird, in dem Ventilzeit-Steuersystem gemäß der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung, ohne die Verwendung der Öltemperatur-Erfassungseinrichtung, die Antriebskraft des VVT-Aktors auf der Basis eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors und eines Öldrucks des dem VVT-Aktor zuzuführenden Öls geschätzt, um dadurch die Ventilzeit-Steuerung auszuführen, so dass nicht nur die gleichen Wirkungen wie jene der ersten Ausführungsform erreichbar sind, sondern auch die Verringerung der Vorrichtungskosten möglich wird.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Ventilzeit-Steuersystems zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. 12 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerinhalt des Ventilzeit-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. 13 ist eine charakteristische Darstellung der Beziehung zwischen einem Öldruck und einer Motorgeschwindigkeit hinsichtlich einer Öltemperatur.
In 11 ist die Konfiguration dieses Ventilzeit-Steuersystems die gleiche wie jene des Ventilzeit-Steuersystems gemäß der ersten, in 1 gezeigten Ausführungsform, außer dass es nicht mit der Öldruck-Erfassungseinrichtung 15 ausgerüstet ist, und die Steuereinrichtung 10 eine Öldruck-Schätzeinrichtung 30 einschließt, die zum Schätzen eines Öldrucks auf der Basis einer Öltemperatur und eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors dient.
Nachfolgend wird das Steuerverfahren beschrieben.
Der Steuerfluss bis zu dem Schritt 3 ist der gleiche wie der Steuerinhalt in der ersten Ausführungsform, und dessen Beschreibung wird zur Verkürzung weggelassen.
In 12 rückt der Betriebsfluss, nach der Berechnung einer gewünschten Ventilsteuerzeit Θ_T in dem Schritt 3, zu einem Schritt 24 vor, in welchem die Öldruck-Schätzeinrichtung 30 einen Öldruck gemäß der Beziehung in 13 auf der Basis einer durch die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung 14 erfassten Öltemperatur und einer in dem Schritt 1 gelesenen Motorgeschwindigkeit schätzt (S24).
Überdies schreitet der Betriebsfluss zu einem Schritt 25 fort, um eine Viskosität des Schmieröls gemäß der in 4 gezeigten Charakteristik auf der Basis der in dem Schritt 24 gelesenen Öltemperatur zu schätzen (S25).
Ein Schritt 26 folgt, um die Abweichung Θe zwischen der gewünschten Ventilsteuerzeit und der gegenwärtigen Ventilsteuerzeit zu berechnen, um eine Betriebskraft der Nockenwelle gemäß der in 5 gezeigten Charakteristik auf der Basis der in dem Schritt 25 geschätzten Viskosität und der Motorgeschwindigkeit zu schätzen (S26).
Überdies geht der Betriebsfluss noch zu einem Schritt 27, um eine VVT-Aktor-Antriebskraft gemäß der in 6 gezeigten Charakteristik auf der Basis des in dem Schritt 24 geschätzten Öldrucks und der in dem Schritt 26 geschätzten Nockenwellen-Betriebskraft zu schätzen (S27).
Nach Ablauf des Schritts 27 geht der Betriebsfluss zu einem Schritt 7, identisch mit jenem in der ersten Ausführungsform, so dass darauf der gleiche Fluss wie jener in der ersten Ausführungsform stattfindet.
Wie oben beschrieben, wird, in dem Ventilzeit-Steuersystem gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung, ohne den Einsatz der Öldruck-Erfassungseinrichtung, der Öldruck aus einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors und einer Öltemperatur des Schmieröls geschätzt, um dadurch die Ventilzeit-Steuerung zu erreichen, so dass nicht nur die Wirkungen entsprechend jener der ersten Ausführungsform erhältlich sind, sondern auch die Verringerung der Vorrichtungskosten möglich wird.
Es sollte verstanden werden, dass sich das Vorangegangene nur auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezieht, und dass es nicht beabsichtigt ist, alle Änderungen und Modifikationen der hierin zu dem Zweck der Offenbarung verwendeten Ausführungsformen der Erfindung abzudecken, welche keine Abweichungen von dem Grundgedanken und Umfang der Erfindung bilden.

Claims

Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend: einen hydraulischen Aktor (3) zum Ändern eines Betriebswinkels eines Nockens einer Nockenwelle, um eine Ventilsteuerzeit des Verbrennungsmotors voreilen oder nacheilen zu lassen; eine Pumpe (1) zum Schicken von Schmieröl unter Druck zu dem hydraulischen Aktor (3); ein Einstellventil (4) für eine Ölzufuhrmenge zum Einstellen einer Menge des zu dem hydraulischen Aktor (3) zuzuführenden Schmieröls; und eine Steuereinrichtung (10) dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, eine Antriebskraft des hydraulischen Aktors (3) auf der Basis eines Öldrucks des Schmieröls auf der stromabwärts gelegenen Seite der Pumpe (1) zu schätzen, um eine Steuervariable auf der Basis des geschätzten Werts der Antriebskraft des hydraulischen Aktors (3) zu bestimmen.
Ventilzeit-Steuersystem für einen Vebrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, die Steuervariable zu bestimmen, zur Kompensation einer Variation der Antriebskraft des hydraulischen Aktors (3), so dass eine Steuerbarkeit der Ventilsteuerzeit im wesentlichen konstant wird.
Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, eine Steuerverstärkung für die Ventilzeit-Steuerung auf einen größeren Wert einzustellen, wenn der geschätzte Wert der Antriebskraft des hydraulischen Aktors (3) klein ist, als wenn der geschätzte Wert der Antriebskraft des hydraulischen Aktors (3) groß ist.
Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Öldruck-Erfassungseinrichtung (15), befestigt an der stromabwärts gelegenen Seite der Pumpe (1), zum Erfassen eines Drucks des dem hydraulischen Aktor (3) zuzuführenden Schmieröls; eine Öltemperatur-Erfassungseinrichtung (14) zum Erfassen einer Temperatur des Schmieröls; und eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (11) zum Erfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors; wobei die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, eine Kraft für einen Betrieb der Nockenwelle auf der Basis der durch die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung (14) erfassten Öltemperatur und des durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (11) erfassten Betriebszustands zu schätzen, und eine Drehkraft auf die Nockenwelle zu berechnen, die durch einen Öldruck des dem hydraulischen Aktor (3) zuzuführenden Schmieröls auf der Basis des durch die Öldruck-Erfassungseinrichtung (15) erfassten Öldrucks auftritt, und weiter eine Antriebskraft zu schätzen, die der hydraulische Aktor (3) zum Ändern des Betriebswinkels des Nockens ausübt, auf der Basis der Kraft für den Betrieb der Nockenwelle und der Drehkraft auf die Nockenwelle.
Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Öldruck-Erfassungseinrichtung (15), befestigt auf der stromabwärts gelegenen Seite der Pumpe (1) zum Erfassen eines Drucks des dem hydraulischen Aktor (3) zuzuführenden Schmieröls; und eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (11) zum Erfassen eines Betriebszustands einschließlich zumindest einer Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors; wobei die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, eine Kraft für einen Betrieb der Nockenwelle auf der Basis des durch die Öldruck-Erfassungseinrichtung (15) erfassten Öldrucks und des durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (11) erfassten Betriebszustands des Verbrennungsmotors zu schätzen, und eine Drehkraft der Nockenwelle durch einen Öldruck des dem hydraulischen Aktor (3) zuzuführenden Schmieröls auf der Basis des durch die Öldruck-Erfassungseinrichtung (15) erfassten Öldrucks zu berechnen, und weiter eine Antriebskraft zu schätzen, die der hydraulische Aktor (3) zum Ändern des Betriebswinkels des Nockens ausübt, auf der Basis der Kraft für den Betrieb der Nockenwelle und der Drehkraft auf die Nockenwelle.
Ventilzeit-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Öltemperatur-Erfassungseinrichtung (14) zum Erfassen einer Temperatur des Schmieröls; und eine Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (11) zum Erfassen eines Betriebszustands einschließlich zumindest einer Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors; wobei die Steuereinrichtung (10) ausgebildet ist, eine Kraft für einen Betrieb der Nockenwelle auf der Basis der durch die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung (14) erfassten Öltemperatur und des durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (11) erfassten Betriebszustands des Verbrennungsmotors zu schätzen, und eine Drehkraft auf die Nockenwelle durch einen Öldruck des dem hydraulischen Aktor (3) zuzuführenden Schmieröls auf der Basis des durch die Betriebszustands-Erfassungseinrichtung (11) erfassten Betriebszustands des Verbrennungsmotors und der durch die Öltemperatur-Erfassungseinrichtung (14) erfassten Öltemperatur zu berechnen, und weiter eine Antriebskraft zu schätzen, die der hydraulische Aktor (3) zum Ändern des Betriebswinkels des Nockens ausübt, auf der Basis der Kraft für den Betrieb der Nockenwelle und der Drehkraft auf die Nockenwelle.