DE10016589A1 - Ventileinstellungs-Steuervorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Eine Ventileinstellungs-Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor enthält eine Ventileinstellung-Steuerung zur variablen Steuerung des Öffnungs-/Schließzeitpunkts von Ansaug- und Abgasventilen des Verbrennungsmotors, eine Betätigungskraft-Abschätzeinrichtung, die in der Ventileinstellungs-Steuerung vorgesehen ist, um eine Betätigungskraft eines VVT-Stellglieds auf der Grundlage eines ihm zugeführten Hydraulikdrucks zu schätzen, und eine variable Steuerungsbegrenzung zur Begrenzung der Steuerung, die von der Ventileinstellungs-Steuereinrichtung durchgeführt wird, wenn die Betätigungskraft des VVT-Stellglieds, welche von der Betätigungskraft-Abschätzeinrichtung geschätzt wird, kleiner oder gleich einem variablen Ventileinstellungs-Steuerbegrenzungs-Grenzwert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit einem variablen Ventileinstellungsmechanismus (der im folgenden einfach als VVT bezeichnet wird, von englisch: variable valve timing), der den Öffnungs-/Schließzeitpunkt (was im folgenden einfach als Ventileinstellung bezeichnet wird) eines Ansaugventils und eines Abgasventils des Verbrennungsmotors ansprechend auf den Betriebszustand des Motors variabel steuert, und insbesondere auf eine Ventileinstellungs-Steuervorrichtung zur Steuerung des Betriebs des VVT in seinem anormalen bzw. fehlerhaften Zustand.

Eine konventionelle Ventileinstellungs-Steuervorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor enthält wie in Fig. 9 gezeigt eine Ölpumpe 1 zur zwangsweisen Zuführung von Schmieröl in ein Ventileinstellungs-Steuersystem, eine Nockenwelle 2, die mit einer Kurbelwelle (nicht abgebildet) eines Motors mittels eines Kraftübertragungsmechanismus gekoppelt ist, wie durch einen Synchronriemen, und die Vorrichtung wird angetrieben um synchron mit der Rotation der Kurbelwelle zu rotieren, damit das Ansaugventil und das Abgasventil sich über einen Ventilbetätigungsmechanismus öffnen und schließen, und die Vorrichtung enthält ein hydraulisches Steuerstellglied 3 für die variable Ventileinstellung (das im folgenden einfach als VVT-Stellglied bezeichnet wird) zur Veränderung der Rotationsphase der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle. Die konventionelle Ventileinstellungs-Steuervorrichtung enthält auch ein Ölsteuerventil 4 zur Einstellung der Menge an Schmieröl in Form eines dem VVT-Stellglied 3 zugeführten Betriebsöls, einen Kurbelwinkelsensor 5 zur Erfassung der Rotationsphase der Kurbelwelle, einen Nockenwellensensor 6 zur Erfassung der Rotationsphase der Nockenwelle, und einen Motorbetriebszustand-Sensor 7 zur Erfassung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors. Die konventionelle Ventileinstellungs-Steuervorrichtung enthält ferner eine Ölsteuerventil-Steuerschaltung 8, welche elektrisch das Ölsteuerventil 4 betätigt, eine elektronische Steuereinheit 10 (ECU, vom englischen: electronic control unit), welche der Ölsteuerventil-Steuerschaltung 8 Anweisungen bzw. Befehle gibt, einen Öltemperatur-Sensor 14 zur Erfassung der Temperatur des Schmieröls, welches dem Ölsteuerventil 4 zugeführt wird, und einen Hydraulikdrucksensor 15 zur Erfassung des Hydraulikdrucks des Schmieröls.

Nachfolgend wird der Betrieb der oben beschriebenen konventionellen Ventileinstellungs-Steuervorrichtung beschrieben. Die ECU 10 berechnet den gegenwärtigen Öffnungs- /Schließzeitpunkt (im folgenden einfach als "Ventileinstellung" bezeichnet) der Ansaug- und Abgasventile auf der Grundlage einer Ausgabe des Motorbetriebszustand-Sensors 7, welcher den Betriebszustand des Verbrennungsmotors erfasst. Die ECU 10 berechnet den Stellbetrag des Ölsteuerventils 4 in Übereinstimmung mit dem Hydraulikdruck des Schmieröls, um so eine Abweichung zwischen einer optimalen Ventileinstellung und der gegenwärtigen Ventileinstellung zu verringern, und gibt eine Anweisung bzw. einen Befehl an die Ölsteuerventil- Steuerschaltung 8 aus. Die Ölsteuerventil-Steuerschaltung 8 stellt die Zuführungsspannung bzw. den Zuführungsstrom zum Ölsteuerventil 4 so ein, dass der Stellbetrag, der von der ECU 10 befohlen wird, und das elektrische Verhalten des Ölsteuerventils 4 miteinander übereinstimmen.

Das zwangsweise aus der Ölpumpe 1 zugeführte Schmieröl wird durch das Ölsteuerventil 4 gesteuert, und dann einer Zündverzögerungskammer bzw. Zündnachlaufkammer 3a oder einer Ventileinstellungs-Vorlaufkammer bzw. Ventileinstellungs- Vorstellkammer 3b des VVT-Stellglieds 3 durch eine geeignete Menge in eine gewünschte Richtung zugeführt. Andererseits kehrt das Schmieröl, das in der anderen Kammer gefüllt ist, in welche nun kein Schmieröl geführt wird, in eine Ölwanne 12 über einen Ablauf 11 des Ölsteuerventils 4 zurück.

Wenn das Öl der Zündverzögerungskammer 3a oder der Ventileinstellungs-Vorlaufkammer 3b des VVT-Stellglieds 3 zugeführt wird, wird ein Rotor bzw. Läufer 3c innerhalb des VVT-Stellglieds 3 so betätigt, dass er in eine Richtung zu einer Ventileinstellungs-Vorlaufseite oder einer Zündverzögerungsseite rotiert, aufgrund von Hydraulikdruck. Die Nockenwelle 2 ist mit dem Rotor 3c koaxial verbunden, und die Rotation des Rotors 3c ermöglicht die Veränderung der Rotationsphase der Nockenwelle 2 bezüglich der Rotationsphase der Kurbelwelle, um dadurch die Ventileinstellung zu verändern.

Nun wird ein Steuerverfahren bzw. eine Steueroperation der Steuervorrichtung oder ECU 10 unter Bezugnahme auf das in Fig. 10 gezeigte Flussdiagram beschrieben, welches Verfahren die Betätigungskraft des VVT-Stellglieds 3 auf der Grundlage des Betriebszustands des Motors abschätzt und die Ventileinstellung ansprechend auf die Antriebskraft steuert.

Als erstes liest die ECU 10 verschiedene Sensorsignale aus dem Operationszustandssensor 7, dem Kurbelwinkelsensor 5, welcher die Rotationsphase des Kurbelwinkels erfasst, und dem Nockenwinkelsensor 6, welcher die Rotationsphase der Nockenwelle 2 erfasst (Schritt S1), und berechnet die gegenwärtige Ventileinstellung θ aus der Rotationsphase des Kurbelwinkels und der Rotationsphase der Nockenwelle 2, die so gelesen wurden (Schritt S2).

Im Schritt S3 wird eine optimale Ventileinstellung θT (welche im folgenden als Sollventileinstellung bezeichnet wird) in dem Motorbetriebszustand aus den Sensorsignalen berechnet (z. B. die Zahl der Umdrehungen pro Minute (U/min) oder die Rotationsgeschwindigkeit des Motors, der Drosselöffnungsgrad, die Ladeeffizienz, die Temperatur eines Motorkühlmittels bzw. des Kühlwasser, usw.), die den Motorbetriebszustand angeben, und im Schritt S1 gelesen wurden.

Zusätzlich liest die ECU 10 die Öltemperatur aus dem Öltemperatur-Sensor, um die Temperatur des Schmieröls (im folgenden als Öltemperatur bezeichnet) zu erfassen, und schätzt die Viskosität des Schmieröls aus der so eingelesenen Öltemperatur ab (Schritt S4).

Danach, im Schritt S5, berechnet die ECU 10 eine Abweichung θe der gegenwärtigen Ventileinstellung bezüglich der Sollventileinstellung, und schätzt eine Kraft (im folgenden als Betriebskraft Fc det Nockenwelle 2 bezeichnet) ab, die notwendig ist, um die Nockenwelle 2 zu betreiben, damit die Abweichung θe auf 0 gesetzt wird, aus der Viskosität des Schmieröls, welche im Schritt S4 geschätzt wurde, und der Drehgeschwindigkeit (U/min) des Motors.

Im Schritt S6 wird der Hydraulikdruck aus dem Hydraulikdrucksensor 15 gelesen, welcher den Zuführungsdruck des Schmieröls erfasst (im folgenden als Hydraulikdruck bezeichnet), und dann wird eine Nockenwellen-Betätigungskraft Fp zum Betätigen der Nockenwelle 2, damit diese rotiert, aus dem vom VVT-Stellglied 3 zugeführten Hydraulikdruck bestimmt, um damit eine Kraft (im folgenden als ACT-Betätigungskraft Fa bezeichnet) abzuschätzen, durch welche das VVT-Stellglied 3 die Rotationsphase der Nockenwelle 2 bezüglich der Rotationsphase der Kurbelwelle verändert, wobei Fa = Fp - Fc.

Im Schritt S7 wird der Vorgang des Öffnens (wenn |θe| < θD) oder des Schließens (wenn |θe| ≦ θD) des Ölsteuerventils 4 auf der Grundlage der Größenbeziehung zwischen der Abweichung θe und einer Totzone θD bestimmt. Die Totzone θD kann auf "0" eingestellt sein.

Dann, im Schritt S8, wird der Stellbetrag zur Öffnung des Ölsteuerventils 4 bestimmt. Der Stellbetrag wird auf der Grundlage der im Schritt S5 berechneten Abweichung θe und der im Schritt S6 geschätzten ACT-Betätigungskraft Fa bestimmt. Z. B. wenn eine PID-Steuerung bei der Bestimmung des Stellbetrags angewendet wird, werden jeweilige Verstärkungen in Übereinstimmung mit der ACT-Betätigungskraft Fa eingestellt.

Im Schritt S9 wird der Stellbetrag zum Schließen des Ölsteuerventils 4 durch die Operation wie im Schritt S8 bestimmt.

Im Schritt S10 wird der im Schritt S8 oder S9 bestimmte Stellbetrag in ein elektrisches Signal umgewandelt, mittels der Ölsteuerventil-Steuerschaltung 8, um damit das Ölsteuerventil 4 zu betätigen.

In der Steuervorrichtung, welche die ACT-Betätigungskraft Fa abschätzt und die Ventileinstellung ansprechend auf die ACT- Betätigungskraft Fa wie oben beschrieben steuert, wird die Betätigungsstärke des Ölsteuerventils 4 bestimmt, indem die Abweichung zwischen der Sollventileinstellungs-Vorlaufgröße und der tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufgröße mit einer Steuerverstärkung multipliziert wird, die abhängig von der abgeschätzten ACT-Betätigungskraft eingestellt wird. Im allgemeinen neigt die Ansprechzeit des VVT-Stellglieds 3 dazu, mit abnehmender ACT-Betätigungskraft zuzunehmen, so dass die Steuerungsverstärkung bei abnehmender ACT-Betätigungskraft auf einen großen Wert eingestellt wird, um eine stabilisierte Steuerbarkeit zu schaffen, unabhängig von Fluktuationen der ACT-Betätigungskraft (siehe Fig. 3).

Da jedoch der Hydraulikdruck von der Temperatur des Schmieröls und der Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit des Motors abhängt, gibt es einen Fall, bei welchem der Hydraulikdruck vorübergehend sehr niedrig wird, abhängig von dem Betriebszustand des Motors, und die ACT-Betätigungskraft in die Nähe von nicht größer als Null (0) kommt. In anderen Worten, dies ist ein Fall, bei welchem Fp ≦ Fc. Selbst wenn eine ausreichende ACT-Betätigungskraft unmittelbar vor dem VVT- Betrieb herrscht, gibt es auch einen Fall, bei welchem die ACT- Betätigungskraft unmittelbar nach dem VVT-Betrieb nicht ausreichend sichergestellt werden kann, aufgrund einer Abnahme des Hydraulikdrucks, welche mit dem VVT-Betrieb einhergeht.

Wenn der VVT in diesem Zustand betätigt wird, kommt es zu dem Problem, dass das Ansprechen der tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufgröße bezüglich einer Veränderung in der Sollventileinstellungs-Vorlaufgröße deutlich verringert ist, oder dass die Ventileinstellungs-Vorlaufgröße nicht auf einer gewünschten Ventileinstellungs-Vorlaufgröße gehalten werden kann.

In dem Fall, dass die Ventileinstellung nicht auf eine gewünschte Ventileinstellungs-Vorlaufgröße eingestellt werden kann, kann die Verbrennung im Verbrennungsmotor instabil werden, und die Steuerbarkeit und die Abgasemission können verschlechtert werden.

Ferner kann es den Fall geben, dass eine anormale Abnutzung im VVT-Stellglied auftritt, da das VVT-Stellglied in der Nähe der am stärksten verzögerten Zündposition stark vibriert.

Zusätzlich leidet das VVT-System, welches den Hydraulikdrucksensor 15 hat, unter dem Problem, dass es einen Fehler (z. B. ein Herauslaufen des Schmieröls aus dem VVT- Stellglied aufgrund von Abnutzung oder dergleichen, z. B. durch ein Leck) stromabwärts vom Hydraulikölsensor 15 nicht erfassen kann, obwohl es einen Hydraulikdruckfehler stromaufwärts vom Hydraulikdrucksensor 15 erfassen kann.

Dementsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Ventileinstellungs-Steuervorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, welche in der Lage ist die verschiedenen oben erwähnten Probleme des Standes der Technik zu überwinden.

Um die obige Aufgabe zu lösen wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ventileinstellungs-Steuervorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor geschaffen, welche umfasst: eine Ventileinstellungs-Steuereinrichtung bzw. ein Controller zur variablen Steuerung des Öffnungs- /Schließzeitpunkts von Ansaug- und Abgasventilen des Verbrennungsmotors; einen Betätigungskraft-Abschätzer, der in der Ventileinstellungs-Steuervorrichtung vorgesehen ist, um die Betätigungskraft eines VVT-Stellglieds auf der Grundlage des ihm zugeführten Hydraulikdrucks abzuschätzen; und einen variablen Steuerungsbegrenzer zur Begrenzung der von der Ventileinstellungs-Steuereinrichtung durchgeführten Steuerung, wenn die Betätigungskraft des VVT-Stellglieds, welche durch den Betätigungskraft-Abschätzer abgeschätzt wird, kleiner oder gleich einem variablen Grenzwert für die Ventileinstellungsbegrenzungs-Steuerung ist.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat der variable Steuerungsbegrenzer als variablen Grenzwert der Ventileinstellungsbegrenzung die Betätigungskraft des VVT- Stellglieds, die unter der variablen Ventileinstellungs- Steuerung eine gegebene Ansprechzeit erfüllt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung lernt der variable Steuerungsbegrenzer den variablen Grenzwert der Ventileinstellungs-Steuerungsbegrenzung als Initialwert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung aktualisiert der variable Steuerungsbegrenzer den variablen Ventileinstellungs-Steuerungbegrenzungs-Grenzwert auf der Grundlage des Verhaltens der tatsächlichen Ventileinstellungs- Vorlaufgröße ansprechend auf einen Ventileinstellungs- Vorlaufbefehl für die variable Ventileinstellungs-Steuerung.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung bestimmt der variable Steuerungsbegrenzer die Größe der Aktualisierung des variablen Grenzwerts der Ventileinstellungs- Steuerungsbegrenzung in Übereinstimmung mit einer Änderung der tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufgröße bezüglich der Zeit.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst die Ventileinstellungs-Steuervorrichtung ferner eine Fehlerbestimmungseinrichtung zur Beurteilung eines Fehlers des VVT-Systems, wenn der variable Grenzwert der Ventileinstellungs-Steuerungsbegrenzung einen gegebenen Wert überschreitet.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich dem Fachmann im weiteren Verlauf der Beschreibung erschließen, welche Bezug nimmt auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das die funktionelle Konstruktion eines wesentlichen Abschnitts (ECU) einer Ventileinstellungs-Steuervorrichtung nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein Flussdiagramm ist, das den Betrieb der Ventileinstellungs-Steuervorrichtung nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 ein Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einer Steuerungsverstärkung und einer ACT-Betätigungskraft in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ein Schaubild ist, das einen VVT- Steuerungsbegrenzungsbereich zeigt, und die Nähe bzw. Umgebung eines VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwerts;

Fig. 5 ein Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einem Aktualisierungsbetrag ΔFL eines VVT- Steuerungsbegrenzungs-Grenzwerts FL und einer Ansprechzeit Tres zeigt;

Fig. 6 ein Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einem Aktualisierungsbetrag ΔFL eines VVT- Steuerungsbegrenzungs-Grenzwerts FL und einer tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufgröße θa zeigt;

Fig. 7 ein Blockdiagramm ist, das die funktionelle Konstruktion eines wesentlichen Abschnitts (ECU) einer Ventileinstellungs-Steuervorrichtung nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 ein Flussdiagramm ist, das den Betrieb der Ventileinstellungs-Steuervorrichtung nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 ein schematisches Diagramm ist, das die Hardwarestruktur einer konventionellen Ventileinstellungs-Steuervorrichtung zeigt, auf welche die vorliegende Erfindung anwendbar ist; und

Fig. 10 ein Flussdiagram ist, das den Betrieb der in Fig. 9 gezeigten konventionellen Ventileinstellungs- Steuervorrichtung zeigt.

Nun werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

ERSTE AUSFÜHRUNG

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die funktionelle Konstruktion einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 100 in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 2 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerbetrieb der ECU 100 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführung zeigt. Die Hardwarekonfiguration einer Ventileinstellungs-Steuervorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist identisch mit der Hardwarekonfiguration des konventionellen Beispiels, das bereits beschrieben wurde und in Fig. 9 gezeigt ist, aber die funktionelle Konstruktion und der Betrieb der elektronischen Steuereinheit (ECU) 100 sind anders als beim konventionellen Beispiel.

In Fig. 1 enthält die ECU 100 eine Ventileinstellungs- Steuereinrichtung bzw. einen Ventileinstellungs-Controller 100A, welcher den Betriebszustand des Verbrennungsmotors erfasst und eine optimale Ventileinstellung in jenem Betriebszustand berechnet, um variabel den Öffnungs- /Schließzeitpunkt von Ansaug- und Abgasventilen zu steuern.

Auch enthalten ist ein Betätigungskraft-Abschätzer 100B, welcher in der Ventileinstellungs-Steuereinrichtung 100A angeordnet ist und die Betätigungskraft eines VVT-Stellglieds auf der Grundlage des ihm zugeführten Hydraulikdrucks eines Betriebsöls abschätzt, und ein variabler Steuerungsbegrenzer 100C, welcher die von der Ventileinstellungs-Steuereinrichtung 100A durchgeführte Steuerung begrenzt, wenn die Betätigungskraft des VVT-Stellglieds, die von dem Betätigungskraft-Abschätzer 100B geschätzt wird, kleiner oder gleich einem Grenzwert für die variable Ventileinstellungs- Steuerungsbegrenzung ist.

Wie in Fig. 4 gezeigt, welche später beschrieben wird, hat der variable Steuerungsbegrenzer 100C die Betätigungskraft des VVT- Stellglieds (welche im folgenden als "ACT-Betätigungskraft" bezeichnet wird), welche eine gegebene Ansprechzeit erfüllt, als variablen Grenzwert FL der Ventileinstellungsbegrenzung (im folgenden als "VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert" bezeichnet) unter der variablen Ventileinstellungs-Steuerungsbegrenzung, und lernt den VVT-Steuerungsbegrenzungswert FL während des Betriebs des Motors. Der VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert FL wird auf der Grundlage des Verhaltens der tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufgröße θa ansprechend auf die Ventileinstellungs-Vorlaufanweisung für die variable Ventileinstellungs-Steuerung aktualisiert, und ihre Aktualisierungsgröße bzw. ihr Aktualisierungsbetrag (Betrag ist nicht als Absolutwert zu verstehen, sondern kann auch negativ sein) wird in Übereinstimmung mit einer Änderung der tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufgröße θa bezüglich der Zeit bestimmt.

Es wird angenommen, dass der VVT-Steuerungsbegrenzungs- Grenzwert FL als ein Initialwert vorbestimmt wird, wie in Fig. 4 gezeigt. In anderen Worten, F1 wird auf den minimalen Wert der ACT-Betätigungskraft eingestellt, welche eine Ansprechzeit erfüllt, die erforderlich ist wenn sich das VVT-System im Betriebszustand befindet, und FL wird auf die ACT- Betätigungskraft eingestellt, die erzeugt wird wenn das VVT- System in diesem Betriebszustand nicht betrieben wird. Das VVT- Stellglied kann in einer gegebenen Position festgehalten werden, z. B. durch einen Sperrstift oder dergleichen, wenn kein Hydraulikdruck an ihm anliegt, und der Sperrstift ist so konstruiert, dass er freigegeben wird, wenn Hydraulikdruck angelegt wird.

Nun wird der Steuervorgang der ECU 100 unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 gezeigte Flussdiagramm beschrieben. Zunächst, wenn sich die ACT-Betätigungskraft, welche auf die gleiche Weise geschätzt wird wie jene im Schritt S6 der Fig. 10, bei Schritt S101 innerhalb eines VVT-Steuerungsbegrenzungsbereichs befindet, kann der VVT nicht auf einen gewünschten Ventileinstellungs-Vorlaufbetrag gesteuert werden, wenn der VVT innerhalb jenes Bereichs betrieben wird. Daher wird der VVT auf die stabilste Position ohne irgendwelchen Hydraulikdruck fixiert, z. B. die am stärksten zündverzögernde Position im Falle des Ansaugventils (Schritt S103). Wenn die geschätzte ACT-Betätigungskraft sich außerhalb des Steuerungsbegrenzungsbereichs befindet, schreitet die Verarbeitung zum Schritt S102.

Wenn sich im Schritt S102 die ACT-Betätigungskraft nicht in der Nähe des VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwerts FL befindet {FL < ACT-Betätigungskraft ≦ FL + FLN, wobei FLN ein beliebiger gegebener Wert ist (siehe Fig. 4)}, schreitet die Verarbeitung zum Schritt S104, und der VVT wird betrieben ohne Aktualisierung des VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwerts. Wenn sich im Schritt S102 die ACT-Betätigungskraft in der Nähe des VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwerts FL befindet, schreitet die Verarbeitung zum Schritt S105, bei dem die Ansprechzeit Tres zurückgesetzt wird (Tres = 0). Dann schreitet die Verarbeitung zum Schritt S106.

Beim Schritt S106 wird der VVT betrieben (während dieses Betriebs wird Tres addiert oder akkumuliert).

Danach wird im Schritt S107 beurteilt ob oder ob nicht der tatsächliche Ventileinstellungs-Vorlaufbetrag θa mit dem Sollventileinstellungs-Vorlaufbetrag θT konvergiert. Genauer gesagt wird beurteilt, ob oder ob nicht |θa - θT| ≦ ε (ε ist ein beliebiger Wert der einen Konvergierungsbeurteilungsfehler anzeigt) erfüllt ist. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird beurteilt, dass der tatsächliche Ventileinstellungs- Vorlaufbetrag θa zum Sollventileinstellungs-Vorlaufbetrag θT mit einer höheren Geschwindigkeit als eine gegebene Zeit Tpre, welche im Schritt S111 beurteilt wird und später beschrieben wird, konvergiert. Daher wird entschieden, dass das Ansprechen befriedigend ist, und die Verarbeitung verzweigt sich zum Schritt S109. Andererseits, wenn im Schritt S107 die obige Bedingung nicht erfüllt ist (d. h. |θa - θT| < ε), schreitet die Verarbeitung zum Schritt S108.

Im Schritt S108 wird beurteilt, ob der tatsächliche Ventileinstellungs-Vorlaufbetrag θa sich immer zum Sollventileinstellungs-Vorlaufbetrag ändert. Genauer gesagt wird beurteilt, ob das Differential des Sollventileinstellungs- Vorlaufbetrags nach der Zeit immer dθa/dt ≧ 0 erfüllt. Wenn dθa/dt < 0 entschieden wird, wird der Sollventileinstellungs- Vorlaufbetrag in eine Richtung geändert, damit die Abweichung im Hinblick auf die Bedingung im Schritt S107 vergrößert wird, obwohl der tatsächliche Ventileinstellungs-Vorlaufbetrag θa eine ausreichende Abweichung bezüglich des Sollventileinstellungs-Vorlaufbetrags θT hat. Daher wird entschieden, dass der tatsächliche Ventileinstellungs- Vorlaufbetrag θa in eine Richtung vorläuft, die der gewünschten Richtung entgegengesetzt ist. Die Verarbeitung verzweigt sich dann zum Schritt S110.

Wenn im Schritt S108 entschieden wird, dass dθa/dt ≧ 0 erfüllt ist, schreitet die Verarbeitung zum Schritt S111.

Im Schritt S109 wird der Aktualisierungsbetrag bzw. der Aktualisierungswert ΔFL des VVT-Steuerungsbegrenzungs- Grenzwerts FL durch DEC_MAP in Fig. 5 erhalten, welche deren Beziehung zeigt (ΔFL = DEC_MAP(Tres)). Genauer gesagt, da beurteilt werden kann, dass das Ansprechen besser ist wenn die Ansprechzeit kürzer ist, wird DEC_MAP so eingestellt, dass der Aktualisierungsbetrag ΔFL (in diesem Beispiel ein negativer Wert) größer wird (der Absolutwert wird kleiner) bei einer Vergrößerung des Werts der Ansprechzeit Tres. Der Aktualisierungsbetrag ΔFL, der der Ansprechzeit Tres von DEC_MAP entspricht, wird im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen bestimmt.

Im Schritt S110 wird der gegebene Wert FR, der in dem Fall erhalten wurde, bei dem der VVT in eine entgegengesetzte Richtung innerhalb der gegebenen Zeitperiode Tpre vorläuft, auf den Aktualisierungsbetrag ΔFL des VVT-Steuerungsbegrenzungs- Grenzwerts FL eingestellt. Das heißt, ΔFL = FR wird eingestellt.

Im Schritt S111 wird beurteilt, ob die Ansprechzeit Tres nach dem Betriebsbeginn des VVT die gegebene Zeitperiode Tpre abläuft. In diesem Beispiel ist es wünschenswert, dass die gegebene Zeitperiode Tpre nicht größer eingestellt wird als eine von dem VVT-System erforderliche Ansprechzeit. Wenn die Ansprechzeit Tres die gegebene Zeitperiode Tpre nicht überschreitet, kehrt die Verarbeitung zum Schritt S106 zurück. Wenn die Ansprechzeit Tres die gegebene Zeitperiode Tpre überschreitet, wird beurteilt, dass die Ansprechzeit Tres bei der ACT-Betätigungskraft einen gewünschten Wert nicht erfüllen kann, und die Verarbeitung schreitet zum Schritt S112.

Im Schritt S112 wird beurteilt, ob der VVT überhaupt nicht auf die ACT-Betätigungskraft anspricht, für welche die Ansprechzeit Tres die gegebene Zeitperiode Tpre überschreitet, oder während der gegebenen Zeitperiode Tpre langsam darauf anspricht. Genauer gesagt wird beurteilt, ob der tatsächliche Ventileinstellungs-Vorlaufbetrag θa kleiner oder gleich einem gegebenen Schwellwert θNR ist (θNR ist ein beliebiger Wert zur Beurteilung eines fehlenden Ansprechens, und ist vorzugsweise auf einen Wert in der Nähe von 0 eingestellt), d. h. ob θa ≦ θNR erfüllt ist. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird beurteilt, dass der VVT innerhalb der gegebenen Zeitperiode Tpre überhaupt nicht angesprochen hat, und die Verarbeitung verzweigt sich zum Schritt S113. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird beurteilt, dass das Ansprechen sehr langsam ist, und die Verarbeitung verzweigt sich zum Schritt S114.

Im Schritt S113 wird ein gegebener Wert FNR, der in dem Fall erhalten wird, bei dem VVT innerhalb der gegebenen Zeitperiode Tpre nicht anspricht, als Aktualisierungsbetrag ΔFL des VVT- Steuerungsbegrenzungs-Grenzwerts FL eingestellt. Das bedeutet, dass ΔFL = FNR eingestellt wird.

Im Schritt S114 wird der Aktualisierungsbetrag ΔFL des VVT- Steuerungsbegrenzungs-Grenzwerts FL aus INC_MA erhalten, siehe Fig. 6. Genauer gesagt kann beurteilt werden, dass das Ansprechen um so stärker erniedrigt wird, desto kleiner der Betrag der Bewegung (tatsächlicher Ventileinstellungs- Vorlaufbetrag) 6a innerhalb der gegebenen Zeitperiode Tpre ist, INC_MAP wird so eingestellt, dass der Aktualisierungsbetrag ΔFL (in diesem Beispiel ein positive Wert) bei einer Vergrößerung des Werts des Betrags der Bewegung (tatsächlicher Ventileinstellungs-Vorlaufbetrag) θa kleiner wird. Der Aktualisierungsbetrag ΔFL bezüglich des Betrags der Bewegung (tatsächlicher Ventileinstellungs-Vorlaufbetrag) von INC_MAP wird im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen bestimmt.

Im Schritt S115 wird der VVT auf eine Position fixiert, welche selbst ohne irgendwelchen Hydraulikdruck stabilisiert ist. Das heißt, dass die Verarbeitungsergebnisse unmittelbar vor dem Schritt S115 irgendeinem der folgenden Fälle entspricht.

• 1. Der VVT spricht innerhalb der gegebenen Zeitperiode Tpre überhaupt nicht an (Schritt S113);
• 2. Der VVT kann in eine Richtung vorlaufen, die der gewünschten Richtung entgegengesetzt ist (Schritt S110); und
• 3. Der VVT kann die erforderliche Ansprechzeit nicht erfüllen (er läuft in der gegebenen Zeitperiode Tpre einen gewissen Grad vor) (Schritt S114).

Daher wird beurteilt, dass der VVT in der ACT-Betätigungskraft in jenem Betriebszustand nicht stabilisiert werden kann, und der VVT wird auf eine Position fixiert, welche selbst ohne irgendwelchen Hydraulikdruck stabilisiert ist.

Im Schritt S116 wird der VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert unter Verwendung des Aktualisierungsbetrags ΔFL aktualisiert. Genauer gesagt wird er durch den folgenden Ausdruck aktualisiert.

FL = FL + ΔFL

Das Maß der Verschlechterung des Ansprechens lässt nach in der angegebenen Reihenfolge der obigen Punkte 1) (der VVT spricht innerhalb der gegebenen Zeitperiode Tpre überhaupt nicht an), 2) (der VVT kann in eine Richtung vorlaufen, die der gewünschten Richtung entgegengesetzt ist), und 3) (der VVT kann die erforderliche Ansprechzeit nicht erfüllen, läuft aber in der gegebenen Zeitperiode Tpre ein gewisses Maß vor). Die in den Schritten S110, S113 und S114 jeweils eingestellten Werte von ΔFL werden vorzugsweise wie folgt eingestellt:

INC_MAP (θa) ≦ FR ≦ FNR

wobei INC_MAP (θa) ein Abbildungswert bzw. Map-Wert ist, der dem Ventileinstellungs-Vorlaufbetrag θa entspricht, und durch INC_MAP, die in Fig. 6 gezeigt ist, erhalten wird.

Wie oben beschrieben, selbst wenn die ACT-Betätigungskraft deutlich verringert ist, d. h. selbst wenn die ACT- Betätigungskraft kleiner oder gleich dem VVT- Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert wird, wird gemäß der ersten Ausführung das VVT-Stellglied auf die am stärksten stabilisierte Position fixiert, indem die von der Ventileinstellungs-Steuereinrichtung 100A bewirkte Steuerung begrenzt wird, wodurch es möglich wird die Verschlechterung der Ansteuerbarkeit und der Abgasemission zu verhindern, und wodurch es auch möglich wird eine anormale Abnutzung des VVT- Stellglieds aufgrund von Vibrationen zu verhindern.

Ebenso, da die ACT-Betätigungskraft, welche die gegebene Ansprechzeit erfüllt, als VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert unter der variablen Ventileinstellungs-Steuerung eingestellt wird, wird der VVT nicht betätigt, so dass eine stabilisierte Steuerbarkeit erhalten wird, selbst wenn die ACT- Betätigungskraft aufgrund eines verringerten Hydraulikdrucks nach dem Betrieb des VVT verringert ist, in einem Zustand, in welchem die ACT-Betätigungskraft nach dem Betrieb des VVT den VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert nicht erreicht.

Ferner, da der VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert von dem variablen Steuerungsbegrenzer 100C als Initialwert gelernt wird, wird die stabilisierte Steuerbarkeit erhalten ohne irgendwelchen Einfluss durch Herstellungsschwankungen von Systemkomponenten oder durch Veränderungen im Lauf der Zeit, wie durch Abnutzung.

Ferner noch, da der VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert auf der Grundlage des Verhaltens des tatsächlichen Ventileinstellungs- Vorlaufbetrags ansprechend auf den Ventileinstellungs- Vorlaufbefehl für die variable Ventileinstellungs-Steuerung aktualisiert wird, kann die Stabilität des Betriebs des tatsächlichen VVT-Systems auf die Stabilisierungssteuerung des VVT-Systems reflektiert werden. Folglich kann der Betrieb des VVT-Systems stabilisiert werden.

Darüber hinaus, da der Aktualisierungsbetrag des VVT- Steuerungsbegrenzungs-Grenzwerts durch eine Änderung des tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufbetrags bezüglich der Zeit bestimmt wird, kann die Zeitperiode, bis zu welcher der gegenwärtige Grenzwert mit einem echten Grenzwert konvergiert, verkürzt werden.

ZWEITE AUSFÜHRUNG

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das die funktionelle Konstruktion einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 200 in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 8 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerungsbetrieb der ECU 200 gemäß der zweiten Ausführung zeigt. Die Hardwarekonfiguration bei der zweiten Ausführung ist identisch mit der Hardwarekonfiguration des oben erwähnten konventionellen Beispiels, welches in Fig. 9 gezeigt ist, und nur die funktionelle Struktur und der Betrieb der elektronischen Steuereinheit (ECU)200 sind anders als beim konventionellen Beispiel.

Wie in Fig. 7 gezeigt, enthält die ECU 200 nach der zweiten Ausführung zusätzlich zum Aufbau der ECU 100 der oben beschriebenen ersten Ausführung eine Fehlerbestimmungseinrichtung 100D, um einen Fehler der Ventileinstellungs-Steuervorrichtung 100A zu beurteilen, wenn der VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert größer als ein gegebener Wert ist.

Nun wird der Steuerungsbetrieb der ECU 200 nach der zweiten Ausführung unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der Fig. 8 beschrieben.

Zunächst, im Schritt S100, wird beurteilt ob die Fehlerbeurteilung des VVT-Systems bereits vorgenommen wurde. Wenn die Fehlerbeurteilung vorgenommen wurde, wird das VVT- System im Schritt S103 in einer stabilisierten Position fixiert, um die Verarbeitung zu vollenden. Wenn die Fehlerbeurteilung nicht vorgenommen wurde, schreitet die Verarbeitung zum Schritt S101.

Die Verarbeitung von Schritt S101 bis Schritt S116 ist identisch mit jener der oben beschriebenen ersten Ausführung, und daher wird die Beschreibung dieser Schritte weggelassen.

Im Schritt S117 wird beurteilt, ob der VVT- Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert FL einen gegebenen Wert FLpre überschreitet. Wenn FL < FLpre, wird ein Fehler des VVT-Systems beurteilt, und die Verarbeitung schreitet zum Schritt S118. Wenn nicht, wird beurteilt, dass das VVT-System nicht fehlerhaft ist, und die Verarbeitung wird abgeschlossen. Das bedeutet, wenn die tatsächliche ACT-Betätigungskraft verringert wird, geht der VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert FL nach oben. Daher, wenn der VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert FL den gegebenen Wert FLpre überschreitet (FL < FLpre), kann beurteilt werden, dass die tatsächliche ACT-Betätigungskraft fehlerhaft erniedrigt ist.

Im Schritt S118 wird beurteilt, dass die stabilisierte Steuerung nicht durchgeführt werden kann, aufgrund der Anormalität bzw. Fehlerhaftigkeit des VVT-Systems, und der VVT wird in einer Position fixiert, die selbst ohne irgendwelchen Hydraulikdruck stabilisiert ist, wodurch die Verarbeitung abgeschlossen wird.

Die zweite Ausführung schafft zusätzlich zu den von der obigen ersten Ausführung erzielten Vorteile die folgenden Vorteile. Da das VVT-System als fehlerhaft beurteilt wird wenn der VVT- Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert größer als der gegebene Wert ist, kann ein Fehler des VVT-Systems stromabwärts vom Hydraulikdruck-Detektor erfasst werden, was vom Hydraulikdetektor 15 nicht erfasst werden kann.

Wie oben beschrieben enthält eine Ventileinstellungs- Steuervorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Ventileinstellungs- Steuereinrichtung zur variablen Steuerung des Öffnungs- /Schließzeitpunkts von Ansaug- und Abgasventilen des Verbrennungsmotors; einen Betätigungskraft-Abschätzer, der in der Ventileinstellungs-Steuereinrichtung vorgesehen ist, um eine Betätigungskraft eines VVT-Stellglieds auf der Grundlage eines diesem zugeführten Hydraulikdrucks abzuschätzen; und eine variable Steuerungsbegrenzung zur Begrenzung der Steuerung, die von der Ventileinstellungs-Steuereinrichtung durchgeführt wird, wenn die Betätigungskraft des VVT-Stellglieds, welche von dem Betätigungskraft-Abschätzer abgeschätzt wird, kleiner oder gleich einem variablen Ventileinstellungs-Steuerungbegrenzungs- Grenzwert ist. Mit der obigen Konstruktion, selbst wenn die ACT-Betätigungskraft deutlich verringert ist (d. h. die ACT- Betätigungskraft wird kleiner oder gleich dem variablen Ventileinstellungs-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert), kann das VVT-Stellglied auf die am stärksten stabilisierte Position fixiert werden, durch Begrenzung der von der Ventileinstellungs-Steuerungseinrichtung durchgeführten Steuerung durch den variablen Steuerungsbegrenzer, wodurch es möglich wird den Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu stabilisieren. Daher kann eine Verschlechterung der Ansteuerbarkeit und der Abgasemission verhindert werden, und ebenso kann eine anormale Abnutzung des VVT-Stellglieds aufgrund von Vibrationen verhindert werden.

Ebenfalls hat der variable Steuerungsbegrenzer als variablen Ventileinstellungsbegrenzungs-Grenzwert eine Betätigungskraft des VVT-Stellglieds, welche unter der variablen Ventileinstellungs-Steuerung eine gegebene Ansprechzeit erfüllt. Mit dieser Konstruktion wird der VVT nicht betrieben, so dass die stabilisierte Ansteuerbarkeit erhalten wird, selbst wenn die Betätigungskraft des VVT-Stellglieds aufgrund eines erniedrigten Hydraulikdrucks nach dem Betrieb des VVT verringert ist, in einem Zustand, in welchem die Betätigungskraft des VVT-Stellglieds nach dem Betrieb des VVT den VVT-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert nicht erreicht.

Ferner, da der variable Steuerungsbegrenzer den variablen Ventileinstellungs-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert als Initialwert lernt, wird eine stabilisierte Ansteuerbarkeit erhalten, ohne irgendwelchen Einfluss von Herstellungsschwankungen von Systemkomponenten oder einer Veränderung im Laufe der Zeit, wie durch Abnutzung.

Weiter noch, da der variable Steuerungsbegrenzer den variablen Ventileinstellungs-Steuerungs-Grenzwert auf der Grundlage eines Verhaltens des tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufbetrags ansprechend auf einen Ventileinstellungs-Vorlaufbefehl für die variable Ventileinstellungs-Steuerung aktualisiert, kann die Stabilität des Betriebs des tatsächlichen VVT-Systems auf die Stabilisierungssteuerung des VVT-Systems reflektiert werden. Folglich kann der Betrieb des VVT-Systems stabilisiert werden.

Darüber hinaus, da der variable Steuerungsbegrenzer den Aktualisierungsbetrag des variablen Ventileinstellungs- Steuerungsbegrenzungs-Grenzwerts in Übereinstimmung mit einer Änderung des tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufbetrags bezüglich der Zeit bestimmt, kann die Zeitperiode bis zur Konvergenz des gegenwärtigen Grenzwerts mit einem echten Grenzwert verkürzt werden.

Zusätzlich, da die Ventileinstellungs-Steuerungsvorrichtung ferner eine Fehlerbestimmungseinrichtung enthält, um einen Fehler des VVT-Systems zu bestimmen, wenn der variable Ventileinstellungs-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert einen gegebenen Wert überschreitet, kann ein Fehler im VVT-System stromabwärts vom Hydraulikdruck-Detektor erfasst werden, was vom Hydraulikdruck-Detektor nicht erfasst werden kann.

Die vorangegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungen der Erfindung dient dem Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie hat nicht den Zweck erschöpfend zu sein, oder die Erfindung auf die genau offenbarte Form zu beschränken, und Modifikationen und Variationen sind im Lichte der obigen Lehre möglich, oder können durch praktische Umsetzung der Erfindung erhalten werden. Die Ausführungen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, damit der Fachmann in die Lage versetzt wird die Erfindung in unterschiedlichen Ausführungen zu verwenden, und mit verschiedenen Modifikationen, die für die bestimmte, in Betracht gezogene Anwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert sei.

Claims (6)

1. Ventileinstellungs-Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor, umfassend:
eine Ventileinstellungs-Steuereinrichtung (100A) zur variablen Steuerung der Öffnungs-/Schließzeit von Ansaug- und Abgasventilen des Verbrennungsmotors;
eine Betätigungskraft-Abschätzeinrichtung (100B), die in der Ventileinstellungs-Steuereinrichtung vorgesehen ist, um eine Betätigungskraft eines VVT-Stellglieds auf der Grundlage eines daran angelegten Hydraulikdrucks zu schätzen; und
eine variable Steuerungsbegrenzung (100C) zur Begrenzung der Steuerung, die die Ventileinstellungs- Steuereinrichtung durchführt, wenn die Betätigungskraft des VVT-Stellglieds, welche von der Betätigungskraft- Abschätzeinrichtung geschätzt wird, kleiner oder gleich einem variablen Ventileinstellungs-Steuerungsbegrenzungs- Grenzwert ist.

2. Ventileinstellungs-Steuervorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Steuerungsbegrenzung (100C) als variablen Ventileinstellungsbegrenzungs- Grenzwert die Betätigungskraft des VVT-Stellglieds hat, welche unter der variablen Ventileinstellungs-Steuerung eine gegebene Ansprechzeit erfüllt.

3. Ventileinstellungs-Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Sfeuerungsbegrenzung (100C) den variablen Ventileinstellungsbegrenzungs- Grenzwert als einen Initialwert lernt.

4. Ventileinstellungs-Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Steuerungsbegrenzung (100C) den variablen Ventileinstellungssteuerungs- Grenzwert auf der Grundlage des Verhaltens des tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufbetrags ansprechend auf einen Ventileinstellungs-Vorlaufbefehl für die variable Ventileinstellungs-Steuerung aktualisiert.

5. Ventileinstellungs-Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Steuerungsbegrenzung (100C) einen Aktualisierungsbetrag des variablen Ventileinstellungs-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert in Übereinstimmung mit einer Änderung des tatsächlichen Ventileinstellungs-Vorlaufbetrags bezüglich der Zeit bestimmt.

6. Ventileinstellungs-Steuerungsvorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Fehlerbestimmungseinrichtung (100D), um einen Fehler des VVT-Systems zu beurteilen, wenn der variable Ventileinstellungs-Steuerungsbegrenzungs-Grenzwert einen gegebenen Wert überschreitet.