DE10124992A1

DE10124992A1 - Ventileinstellsteuergerät für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE10124992A1
Application number: DE10124992A
Authority: DE
Inventors: Tatsuhiko Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: KR20020038459A; DE10124992B4; JP3701191B2; US20020059909A1; JP2002155766A; US6386158B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventileinstellsteuer- bzw. -regelgerät für Verbrennungsmotoren mit der Fähigkeit zum Erhalten eines stabilen Ansprechverhaltens und zum Korrigieren einer Streuung der Charakteristiken des Geräts und der Variation hiervon, wie sie im Verlauf der Zeit auftreten. Ein Ventileinstellsteuergerät ist mit einer Ventilöffnungs- und -schließkurvenscheibe bzw. Nocke versehen, die so ausgebildet ist, dass sie durch eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors getrieben wird, und sie enthält eine Ventileinstell-Variationsvorrichtung zum Variieren einer Drehphase zwischen der Kurbenscheibe bzw. Nocke und der Kurbelwelle, einen Detektor zum Detektieren einer Wirkposition der Ventileinstell-Variationsvorrichtung und eine Steuervorrichtung zum Ausgeben einer Steuervariablen im Hinblick auf die Ventileinstell-Variationsvorrichtung. Die Steuervorrichtung speichert normative Charakteristiken der Ventileinstell-Variationsvorrichtung, berechnet eine Ventilsolleinstellposition, vergleicht eine durch den Wirkpositionsdetektor detektierte Ventileinstellposition und Ventileinstellposition der normativen Charakteristiken miteinander im Hinblick auf eine Ventilsolleinstellposition und bestimmt eine Steuervariable im Hinblick auf die Ventileinstell-Variationsvorrichtung auf der Grundlage der Ergebnisse des Vergleichs.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Ventileinstellsteuer- bzw. -regelgerät für Verbrennungsmotoren, angepasst zum Steuern der zeitlichen Abstimmung der Betriebsvorgänge eines Einlassventils und eines Auslassventils eines Verbrennungsmotors.

Bei einem Verbrennungsmotors variiert die erforderliche zeitliche Abstimmung der Betriebsschritte der Einlass- und Auslassventile in Übereinstimmung mit der Bedingung des Motors. Bei den meisten betreffenden Verbrennungsmotoren aus dem Stand der Technik wird eine Nockenwelle durch einen Synchronriemen über eine Kurbelwelle angetrieben, und die Einlass- und Auslassventilöffnungs- und -schließzeit ist fest im Hinblick auf einen Drehwinkel der Kurbelwelle festgelegt. Jedoch wurde in den zurückliegenden Jahren ein variables Ventileinstellsystem eingesetzt, und zwar zum Verbessern einer Ausgangsgröße eines Verbrennungsmotors und zum Reduzieren eines Abgases und eines Kraftstoffverbrauchs, und zahlreiche Arten von Ventileinstellsteuer- bzw. -regelungstechniken wurden offenbart.

Beispielsweise sind die in der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 256878/1997 offenbarten Techniken ebenso in diesen Ventileinstellsteuertechniken umfasst. Die in dieser Veröffentlichung offenbarten Techniken sind Techniken zum Treiben einer Kurvenscheibe bzw. Nocke durch Ändern einer Drehphase einer Ausgangswelle eines Verbrennungsmotors, und hierdurch wird die zeitliche Abstimmung des Betriebs zumindest der Einlass- oder Auslassventile reguliert. Diese Techniken umfassen die Schritte zum Detektieren der Ventileinstellung auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer Phase der Ausgangswelle des Motors und derjenigen einer Nocke, das Einstellen einer Steuerverstärkung einer Ventileinstellreguliereinheit derart, dass eine Phase der tatsächlichen Ventileinstellung und eine Sollventileinstellung, die auf der Grundlage der Betriebsbedingung des Motors festgelegt ist, miteinander übereinstimmen, ferner das Bestimmen einer Verstellgeschwindigkeit einer Drehphase der Nocke auf der Grundlage des Übergangs der tatsächlichen Ventileinstellung, das Vergleichen der Verstellgeschwindigkeit dieser Drehphase mit einer normativen Verstellgeschwindigkeit, und das Korrigieren der Steuerverstärkung derart, dass eine Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeiten korrigiert wird. Demnach ist eine Streuung der Verstellgeschwindigkeit versetzt und die Ansprech- und Konvergenzeigenschaften sind verbessert.

Exakt ausgedrückt, wird dieser Ventileinstell-Regulierbetrieb ausgeführt, indem dann, wenn eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Ventileinstellung und einer Sollventileinstellung auftritt, ein Tastverhältnis zu einem hydraulischen Steuerventil ausgegeben wird, das der Kompensation einer Antwortverzögerung entspricht, und dass es auf der Grundlage eines Proportionalwerts und eines Differenzwerts - berechnet auf der Grundlage der Abweichung - entspricht, und indem dann ein Tastverhältnis an das hydraulische Steuerventil ausgegeben wird, das in derselben Weise bestimmt wird, auf der Grundlage eines Proportionalwerts und eines Differenzwerts, berechnet auf der Grundlage zu einem bestimmten Zeitpunkt auftretenden Abweichung, indem ferner das Tastverhältnis solange beibehalten wird, bis eine Differenz zwischen einer Sollventileinstellung und einer tatsächlichen Ventileinstellung nicht höher als ein vorgegebenes Niveau wird, indem eine Verstellgeschwindigkeit einer Drehphase auf der Grundlage der Variation der tatsächlichen Ventileinstellung zwischen zwei Punkten während dieser Tastverhältnis-Beibehaltezeit und einer für das Auftreten dieser Variation erforderlichen Zeit bestimmt wird, indem diese Verstellgeschwindigkeit mit einer Geschwindigkeit eines normativen Niveaus verglichen wird, indem das Antwortverzögerungs-Kompensationstastverhältnis dann klein eingestellt wird, wenn die Verstellgeschwindigkeit höher als das normative Niveau ist, und indem das Antwortverzögerungs- Kompensationstastverhältnis dann groß eingestellt wird, wenn die Verstellgeschwindigkeit größer als das normative Niveau ist.

Bei dem betreffenden Stand der Technik führt das Ventileinstellsteuergerät für Verbrennungsmotoren wird ein Tastverhältnis, das bei einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt wird, zu einem hydraulischen Steuerventil ausgegeben und hier beibehalten, so dass eine Verstellgeschwindigkeit bei einer Drehphase detektiert wird. Demnach ergibt sich in einigen Fällen eine Verschlechterung des Ansprechverhaltens im Hinblick auf einen Steuerbetrieb, der auf einem Tastverhältnis basiert, das auf der Grundlage eines Proportionalwerts und eines Differenzwerts bestimmt wird, berechnet auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer Sollventileinstellung für jede regulär bestimmte Ventileinstellung und einer tatsächlichen Ventileinstellung. In diesem Steuergerät erfolgt ein Vergleich einer Verstellgeschwindigkeit einer detektierten Drehphase und einer normativen Geschwindigkeit miteinander, und ein Tastverhältnis wird in Übereinstimmung mit einer Differenz hierzwischen korrigiert. Demnach erfolgt das Ausführen eines Korrekturbetriebs im Hinblick lediglich auf eine erste Ansprechverzögerung bedingt durch das Auftreten einer Differenz zwischen einer Sollventileinstellung und einer tatsächlichen Ventileinstellung. Demnach kann nicht gesagt werden, dass ein ausreichender Korrekturbetrieb ausgeführt wird, so dass sich ein ausreichendes Ansprechverhalten in einigen Fällen nicht erhalten lässt.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Umstände geschaffen, und sie betrifft ein Ventileinstellsteuergerät für Verbrennungsmotoren mit der Fähigkeit zum Erzielen eines stabilen Ansprechverhaltens im Hinblick auf eine Streuung bei der Konstruktion des hydraulischen Steuerventils, die während der Herstellung hiervon auftritt, sowie einer Variation des Ventils, die im Verlauf der Zeit auftritt, und sie ermöglicht eine Korrektur einer Streuung einer Strömungsratencharakteristik durch einen Steuerbetrieb.

Das Ventileinstellsteuergerät für Verbrennungsmotoren gemäß der Erfindung ist so gebildet, dass das Gerät mit einer Kurvenscheibe versehen ist, die so ausgebildet ist, dass sie durch eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben wird, und ein Einlassventil öffnet und schließt, sowie eine Kurvenscheibe, die so ausgebildet ist, dass sie durch die Kurbelwelle des Motors getrieben wird und ein Auslassventil öffnet und schließt, und es enthält eine Ventileinstell- Variationsvorrichtung zum Variieren einer Drehphase mindestens einer von zwei Kurvenscheiben im Hinblick auf die Kurbelwelle, einen Detektor zum Detektieren einer Wirkposition der Ventileinstell-Variationsvorrichtung und eine Steuervorrichtung zum Ausgeben einer Steuervariablen für die Ventileinstell-Variationsvorrichtung, und die Steuervorrichtung ist ferner zum Speichern der Charakteristiken zum Bilden einer Norm für die Ventileinstell-Variationsvorrichtung ausgebildet, sowie zum Berechnen einer Sollventileinstellposition gemäß der Betriebsbedingung des Motors und zum Bestimmen der Steuervariablen der Ventileinstell-Variationsvorrichtung im Hinblick auf die Sollventileinstellposition auf der Grundlage der Ergebnisse eines Vergleichs zwischen einer Ventileinstellposition, die durch den Wirkpositionsdetektor detektiert wird, und einer Ventileinstellposition, die in den Norm bildenden Charakteristiken enthalten ist.

Demnach lässt sich ein Ventileinstellsteuer- bzw. -regelgerät für Verbrennungsmotoren erhalten, das die Fähigkeit zum Stabilisieren der Charakteristiken hiervon aufweist, ohne Einflussnahme durch eine Streuung der Konstruktion der Ventileinstell-Variationsvorrichtung, wie sie während der Herstellung hiervon auftritt, ferner mit der Fähigkeit zum Erzielen eines Versatzes der Variation des Leistungsumfangs des Geräts aufgrund der Variation desselben, wie sie im Verlauf der Zeit auftritt, sowie zum Abschwächen der Herstellungstoleranz hiervon.

Die Charakteristiken zum Bilden einer Norm für die Ventileinstell-Variationsvorrichtung werden ausgehend von Modellcharakteristiken einer Ventileinstell- Variationsvorrichtung gebildet, die für einen Verbrennungsmotor fixiert sind, so dass sich die für den Motor erforderlichen Ventileinstellcharakteristiken dann beibehalten lassen, wenn eine Streuung der Konstruktion des Geräts versetzt ist.

Die Wirkposition der Ventileinstell-Variationsvorrichtung wird auf der Grundlage eines Drehwinkels der Kurbelwelle oder derjenigen einer Nocke bzw. Kurvenscheibe detektiert, und dies ermöglicht eine Wirkung identisch zu derjenigen der ersten Erfindung, die durch existierende Detektoren zu erhalten ist, beispielsweise einem Kurbelwinkelsensor, usw.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine Zeichnung zum Darstellen der Konstruktion eines Modus 1 der Ausführungsform des Ventileinstellsteuergeräts für einen Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm zum Darstellen der Ventileinstellcharakteristiken des Modus 1 der Ausführungsform des Ventileinstellsteuergeräts für Verbrennungsmotoren gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung in dem Modus 1 der Ausführungsform des Ventileinstellsteuergeräts für Verbrennungsmotoren gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild für eine Berechnungseinheit für normative Charakteristiken in dem Modus 1 der Ausführungsform des Ventileinstellsteuergeräts für die Verbrennungsmotoren gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der Berechnungssteuervorrichtung in dem Modus 1 der Ausführungsform des Ventileinstellsteuergeräts für die Verbrennungsmotoren gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines PD Controllers in dem Modus 1 der Ausführungsform des Ventileinstellsteuergeräts für Verbrennungsmotoren gemäß der Erfindung;

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Korrekturraten- Berechnungseinheit in dem Modus 1 der Ausführungsform des Ventileinstellsteuergeräts für Verbrennungsmotoren gemäß der Erfindung; und

Fig. 8 ein Blockschaltbild des PD Controllers in dem Modus 1 der Ausführungsform des Ventileinstellsteuergeräts für Verbrennungsmotoren gemäß der Erfindung.

Fig. 1 bis 8 zeigen Darstellungen zum Beschreiben eines Modus 1 der Ausführungsform des Ventileinstellsteuergeräts für Verbrennungsmotoren gemäß der Erfindung. Die Fig. 1 stellt den Aufbau eines Ventileinstellsteuergeräts dar, der für einen Verbrennungsmotor fixiert ist, die Fig. 2 zeigt ein charakteristisches Diagramm, das eine Ventileinstellaktion beschreibt, die Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen der Konstruktion des Steuergeräts, die Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen der Konstruktion einer Berechnungseinheit für eine normative Charakteristik bzw. Kennlinie, die Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen der Konstruktion einer Ventileinstell-Berechnungs- Steuervorrichtung, die Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen der Konstruktion eines PD Controllers im Hinblick auf ein Kennmodell, die Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild der Korrekturvariablen-Berechnungseinheit, und die Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen der Konstruktion des PD Controllers zum Steuern einer tatsächlichen Ventileinstellung.

Zunächst wird der Aufbau eines Verbrennungsmotors, an dem ein Ventileinstellsteuergerät montiert ist, nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 1 wie folgt beschrieben. Unter Bezug auf die Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Verbrennungsmotor, 2 bezeichnet einen Luftreiniger, der in der Einlasspassage des Motors 1 vorgesehen ist, 4 bezeichnet einen Luftströmungssensor zum Messen einer Strömungsrate bzw. Geschwindigkeit bzw. eines Durchsatzes einer Einlassluft des Motors, 5 bezeichnet eine Drosselklappe zum Regulieren der Strömungsrate einer Einlassluft und zum Steuern einer Ausgabe von dem Motor 1, 6 einen Sensor zum Detektieren eine Öffnungsumfangs der Drosselklappe 5, 7 einen Einspritzer zum Zuführen eines Kraftstoffes mit einer Strömungsrate, die derjenigen der Einlassluft entspricht, 8 eine Zündkerze zum Zünden einer Gasmischung in einer Verbrennungskammer eines Motors, 9 einen O₂-Sensor, der in einer Auslasspassage 10 des Motors vorgesehen ist und zum Detektieren eines Sauerstoffumfangs in dem Abgas ausgebildet ist, 11 einen Dreiwegekatalysator zum Reinigen eines Abgases.

Ein Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Kurbelwinkel- Detektionssensorplatte, die an einem Kurbelwinkel 1a des Motors 1 montiert ist und zum Detektieren einer Drehposition (Kurbelwinkel) der Kurbelwelle 1a ausgebildet ist, in Zusammenwirken mit einem Kurbelwinkelsensor 13, 14 bezeichnet eine Nockenwellen-Detektionssensorplatte, die an einer Nockenwelle 1b des Motors 1 montiert ist und zum Detektieren eines Drehwinkels (Nockenwinkel) der Nockenwelle 1b ausgebildet ist, im Zusammenwirken mit einem Nockenwinkelsensor 15, 16 bezeichnet eine Treibereinheit, die aus einem hydraulischen Steuerventil gebildet ist und zum Steuern einer Position einer Kurvenscheibe bzw. Nocke 1c ausgebildet ist, die an der Nockenwelle 1b - getrieben durch die Kurbelwelle 1a - montiert ist, und zwar relativ zu der Kurbelwelle 1a durch Steuern eines Zuführöldrucks und einer Zufuhröl-Strömungsrate im Hinblick auf ein Betätigungsglied (nicht gezeigt), das an der Nockenwelle 1b des Motors montiert ist, sowie zum Steuern eines Drehwinkels (Nockenphase) der Nockenwelle 1b im Hinblick auf die Kurbelwelle 1a innerhalb eines vorgegebenen Bereichs. Die Treibereinheit 16 und das Betätigungsglied (nicht gezeigt) bilden eine Ventileinstell-Variationsvorrichtung.

Ein Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Phase einer Nocke in Übereinstimmung mit der Betriebsbedingung des Motors 1 und zum Ausführen zahlreicher anderer Steuerbetriebsschritte für den Motor 1, und 18 bezeichnet eine Zündeinheit zum Zuführen der Zündspannung zu einer Zündkerze 8. Die Nockenwelle 1b und die Nocke 1c, die in Fig. 1 gezeigt sind, werden zum Steuern der Einlassluft verwendet. Obgleich eine nachfolgend zu gebende Beschreibung eine Beschreibung eines Steuerbetriebs für ein Ventil für Einlassluft betrifft, kann auch das Steuern eines Auslassventils oder sowohl eines Einlass- und Auslassventils ausgeführt werden.

Bei dem Verbrennungsmotors 1 mit einem derartigen Aufbau wird die Drehung der Kurbelwelle 1a zu der Nockenwelle 1b über einen Synchronriemen oder eine Steuerkette übertragen. Beispielsweise sind ein Zahn/Gelenk/Führung (nicht gezeigt) usw. an der Nockenwelle 1b mit einem Stellglied für die Ventileinstell-Variationsvorrichtung versehen. Da die Kurbelwelle 1a und die Nockenwelle 1b so gebildet sind, dass eine Relativposition der Drehung hiervon in einem vorgegebenen Bereich variiert werden kann, lässt sich auch eine Drehposition der Kurbelwelle 1a relativ zu der Nocke 1c - die mit der Nockenwelle 1b als ein Körper gedreht wird - innerhalb eines vorgegebenen Bereichs variieren. Die Einstellung eines Betriebs mindestens eines von den Einlass- und Auslassventilen wird steuerbar im Hinblick auf einen Kurbelwinkel festgelegt, und dieser Einstellbetrieb wird in Übereinstimmung mit einer Steuervariablen im Hinblick auf die Treibereinheit 16 gesteuert.

Eine Strömungsrate der dem Motor 1 zugeführten Einlassluft wird durch den Luftströmungssensor 4 gemessen. Die Steuervorrichtung 17 steuert den Einspritzer 7 so, dass ein Kraftstoff mit einer Strömungsrate, die derjenigen der Einlassluft entspricht, eingespritzt wird, und ebenso die Zündeinheit 18, durch Berechnen einer geeigneten Zündeinstellung bzw. Synchronisierung. Ein verbranntes Abgas wird durch den Dreiwegekatalysator 11 gereinigt, der in der Einlasspassage (Auslasspassage) 10 vorgesehen ist. Zum Verbessern eines Abgas-Reinigungswirkungsgrads auf den höchstmöglichen Pegel wird ein Umfang von Restsauerstoff in dem Abgas durch den O₂-Sensor 9 detektiert, der in der Abgaspassage 10 vorgesehen ist, und die Steuervorrichtung 17 bewirkt ein Regeln (Engl.: feedback congrol operation) derart, dass die Gasmischung ein theoretisches Mischverhältnis aufweist.

Die Fig. 2 zeigt einen Anhebegrad bzw. Umfang jedes Ventils relativ zu einem Drehwinkel der Kurbelwelle 1a in einem Fall, in dem die Drehphase im Hinblick auf die Kurbelwelle 1a an der Seite des Auslassventils fixiert ist, sowie ferner an der Seite des Einlassventils variabel ist. Die Einstellung des Einlassventils lässt sich in einem Bereich zwischen einer durchgezogenen Linie und einer unterbrochenen Linie variieren. Die durchgezogene Linie repräsentiert eine Position des größten Nacheilwinkels, in dem ein Umfang der Überlappung eine Ventils im Hinblick auf das Auslassventil am kleinsten wird, und die unterbrochene Linie betrifft eine Position des größten Voreilwinkels, bei dem eine Ventilüberlappung am größten wird. Demnach entspricht das Voreilen der Einstellung eines Betriebs eines Ventils dem Steuern der Einstellung eines Ventils entlang der Richtung, in der sich der Überlappungsumfang eines Ventils erhöht, während das Verzögern der Einstellung eines Betriebs eines Ventils das Steuern der Einstellung eines Ventils entlang der Richtung darstellt, entlang der sich der Überlappungsumfang eines Ventils verringert. Die Einstellung eines Ventilbetriebs lässt sich bei einer beliebigen Position zwischen einer Position des größten Nacheilwinkels und derjenigen des größten Voreilwinkels beibehalten, in Übereinstimmung mit einer Steuervariablen der Steuervorrichtung 17.

Die Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen des Steuer- bzw. Regelvorgangs einer Ventileinstellung. Unter Bezug auf die Figur bezeichnet ein Bezugszeichen 19 eine Berechnungssteuervorrichtung zum Berechnen der Ventileinstellung und 20 eine Berechnungseinheit für die normativen Charakteristiken bzw. Kennlinien. Die Berechnungssteuervorrichtung 9 ist ausgebildet zum Empfangen eines Signals SGC von einem Nockenwinkelsensor 15, ferner eines Signals SGT von einem Kurbelwinkelsensor 13 und eines Signals AFS von dem Luftströmungssensor 4, ferner zum Berechnen einer Ventileinstellposition und eines Ladewirkungsgrads für den Verbrennungsmotor 1, zum Berechnen einer Steuervariablen ODpd auf der Grundlage der Ergebnisse der Berechnung, und zum Ausgeben eines Signals zum Darstellen der Endergebnisse an die Treibereinheit 16 der Ventileinstell-Variationsvorrichtung. Die Berechnungssteuervorrichtung 19 gibt einen Nennsollstromwert Olpdi an die Berechnungseinheit für die normativen Charakteristiken 20 aus, die dann eine normative Voreilrate Pdi auf der Grundlage der Modellcharakteristiken der Ventileinstell-Variationsvorrichtung berechnet, die für den Motor 1 fixiert sind. Die Berechnungssteuervorrichtung 19 empfängt die Ergebnisse dieser Berechnungen, und sie korrigiert eine Steuervariable ODpd, die an die Treibereinheit 16 der Ventileinstell-Variationsvorrichtung auszugeben ist. Der detaillierte Aufbau und die Betriebsabläufe der Berechnungssteuervorrichtung 19 und der Berechnungseinheit für die normativen Charakteristiken 20 werden nachfolgend beschrieben.

Die Berechnungseinheit für die normativen Charakteristiken 20 hat den in Fig. 4 gezeigten Aufbau. Unter Bezug auf die Zeichnung bezeichnet ein Bezugszeichen 21 ein Eingabeelement zum Empfangen eines normativen Sollstromwerts Olpdi von der Berechnungssteuervorrichtung 19, 22 bezeichnet ein Element zum Erzeugen - bei einer zu Null festgelegten Ventileinstell- Variationsgeschwindigkeit - eines normativen Haltestromwerts zum Bilden einer Steuervariablen zum Halten einer Position der Drehung der Nocke bzw. Kurvenscheibe 1c relativ zu der Kurbelwelle 1a, 23 bezeichnet eine Subtrahiereinheit zum Subtrahieren eines normativen Haltestromwerts von einem normativen Sollstromwert Olpdi und zum Erzeugen einer Stromabweichung auf der Grundlage eines Haltestroms, und 24 bezeichnet ein Element zum Ausführen einer Verzögerungsberechnung erster Ordnung im Hinblick auf eine Stromabweichung, die hierzu eingegeben wird, unter Berücksichtigung einer Verzögerung in einer Treiberschaltung, usw.

Ein Bezugszeichen 25 bezeichnet eine Nachschlagtabelle zum Konvertieren einer Stromabweichung in eine variable Beschleunigung (Kurbelwinkel deg/sec) eines Kurbelwinkels unter Bezugnahme auf eine Umsetztabelle, in der eine Stromabweichung empfangen und festgelegt wird, und 26 bezeichnet eine Integriereinheit zum Empfangen einer variablen Beschleunigung eines Kurbelwinkels und zum Umsetzen derselben in einen Kurbelwinkel Pdi, und zum Ausgeben des Kurbelwinkels Pdi als normative Vorlaufrate von einem Ausgabeelement 28 an die Berechnungssteuervorrichtung 19 durch Verzögern der Ausgabezeit gemäß einer Zeitperiode, die einer Totzeit entspricht, durch ein Verzögerungsverarbeitungselement 27. Durch eine Zeitkonstante des Berechnungselements für die Verzögerung erster Ordnung 24, die Umsetztabelle der Nachschlagetabelle 25 und die Totzeit des Verzögerungsverarbeitungselements 27 sind auf solche Niveaus festgelegt, dass sie ideale Modellcharakteristiken ermöglichen, mit der Fähigkeit zum Erhalten eines Nennwerts für Ventileinstell- Variationsvorrichtung, der für den zu handhabenden Motor fixiert ist, oder durch Verwenden eines Werts eines Medians/mittleren Beobachtungswerts der Charakteristiken der Ventileinstell-Variationsvorrichtung.

Die Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen der Konstruktion der Berechnungssteuervorrichtung 19. Der Bezug auf die Figur bezeichnet das Bezugszeichen 30 einen Ventileinstelldetektor zum Empfangen eines Signals SGC von dem Nockenwinkelsensors 15 und eines Signals STG von dem Kurbelwinkelsensor 13, und zum Berechnen einer detektierten Vorlaufrate Pd, d. h. der tatsächlichen Ventileinstellung, und 31 bezeichnet einen Detektor zum Detektieren einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 1 auf der Grundlage eines Signals SGT von einem Kurbelwinkelsensor 13. Eine Umdrehungsgeschwindigkeit Ne des Motors, die durch diesen Detektor detektiert wird, wird zu einer Ladewirkungsgrad- Berechnungseinheit 32 gesendet, in der ein Ladewirkungsgrad Ce zum Darstellen einer Lastbedingung des Motors 1 berechnet wird, und zwar auf der Grundlage der Umdrehungsgeschwindigkeit Ne und eines Einlassluft- Strömungsratensignals AFS von dem Luftströmungssensor 4.

Ein Bezugszeichen 33 bezeichnet eine Sollvorlaufraten- Berechnungseinheit zum Empfangen beispielsweise einer Umdrehungsgeschwindigkeit Ne und eines Ladewirkungsgrads Ce, ferner zum Interpolieren und für eine Bezugnahme auf eine voreingestellte zweidimensionale Abbildung, und zum Berechnen einer Sollventilbetriebsposition, d. h. einer Sollvorlaufrate Pt, die sich für die Betriebsbedingung des Motors 1 eignet, und 34 bezeichnet eine Subtrahiereinheit, ausgebildet zum Empfangen einer Sollvorlaufrate Pt und einer Nennvorlaufrate Pdi, die von dem Ausgabeelement 28 der oben erwähnten Berechnungseinheit für die normativen Charakteristiken 20 ausgegeben wird, ferner zum Bestimmen einer Differenz hierzwischen als normative Vorlaufratenabweichung Pdi, und zum Ausgeben der Abweichung an einen PD Controller 35 und eine Korrekturwert-Berechnungseinheit 36. Dieser PD Controller 35 weist die in Fig. 6 gezeigte Konstruktion auf.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist gezeigt, dass eine in der in Fig. 5 gezeigten Subtrahiereinheit 34 erzeugte normative Vorlaufratenabweichung dpi bei einem Multiplizierer 32 eingegeben wird, der eine Proportionalverstärkung Pgain hält, und in diesem wird die Proportionalverstärkung Pgain mit der normativen Vorlaufratenabweichung dpi multipliziert, zum Erzeugen eines normativen Proportionalwerts dPi. Die normative Vorlaufratenabweichung dpi wird auch bei einer Speichereinheit 43 eingegeben, und in dieser wird diese Abweichung als vorangehender Wert (dPi(i-1)) der normativen Vorlaufratenabweichung gespeichert. In einer Subtrahiereinheit 44 wird eine Differenz zwischen einer tatsächlichen normativen Vorlaufratenabweichung dPi und einer vorangehenden normativen Vorlaufratenabweichung (dPi(i-1)) bestimmt, und die Differenz wird bei einem Multiplizierer 45 eingegeben, der eine Differenzverstärkung Dgain hält, und die Differenz wird mit der Verstärkung Dgain zum Bestimmen eines normativen Differenzwerts dPdi multipliziert.

Ein Bezugszeichen 46 bezeichnet einen Addierer zum Bestimmen einer normativen Vorlaufgeschwindigkeit dPdi, d. h. einer Sollverstellungsgeschwindigkeit durch Addieren eines normativen Proportionalwerts dPpi und eines normativen Differenzwerts dPdi miteinander, und ebenso zum Bestimmen einer normativen Sollstromwertabweichung Ipdi durch Interpolieren und Bezugnahme auf einen Tabellenwert, der in einer Berechnungseinheit für den normativen Sollstrom 47 gespeichert ist, und 22 bezeichnet eine Erzeugungseinheit für den normativen Haltestrom zum Erzeugen eines Haltestroms, der der Treibereinheit 16 für die Ventileinstell- Variationsvorrichtung zuzuführen ist, so dass die Ventileinstell-Variationsvorrichtung eine vorgegebene Position beibehält, wie oben erwähnt. Ein normativer Haltestromwert Ili, der durch die Erzeugungseinheit 22 erzeugt wird, und eine normative Sollstromwertabweichung Ipdi werden miteinander in einem Addierer 48 addiert, und die Summe wird als normativer Sollstromwert Oipdi einem Eingangselement 21 der Berechnungseinheit für die normativen Charakteristiken bzw. Kennlinien 20 zugeführt. Demnach bilden der PD Controller 35 und die in Fig. 4 gezeigte Berechnungseinheit für die normativen Charakteristiken eine geschlossene Schleife, und sie werden notwendigerweise geregelt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 ist zu erkennen, dass eine detektierte Vorlaufrate Pd von dem Ventileinstelldetektor 30 und eine Sollvorlaufrate Pt von der Berechnungseinheit für die Sollvorlaufrate 33 bei dem Subtrahierer 37 eingegeben werden, und es wird eine Vorlaufwinkelratenabweichung dP bestimmt. Die Vorlaufratenabweichung dP und die oben erwähnte normativen Vorlaufratenabweichung dPi werden bei der Korrekturwert-Berechnungseinheit 36 eingegeben. Die Korrekturwert-Berechnungseinheit 36 weist die in Fig. 7 gezeigte Konstruktion auf, und sie dient zum Bestimmen einer Korrekturgröße für das Ansprechverhalten im Hinblick auf die Ventileinstell-Variationsvorrichtung. Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 ist zu erkennen, dass eine Vorlaufratenabweichung dP von der Subtrahiereinheit 37 und eine normative Vorlaufratenabweichung dPi von der Subtrahiereinheit 34 bei einer Subtrahiereinheit 49 eingegeben werden, und die Abweichung dP wird von der Abweichung dPi zum Bestimmen einer Abweichung dPcr subrahiert. In einem Multiplizierer 50 wird die Abweichung dPcr mit einer Verstärkung PCRgain multiziert, zum Erhalten einer Korrekturgröße dPpcr, die bei einer Beurteilungseinheit 53 eingegeben wird.

Die Vorlaufratenabweichung dP wird als Beurteilungswert bei der Beurteilungseinheit 53 eingegeben. Weist die Vorlaufratenabweichung dP einen Wert nicht kleiner als Null auf, so wird der Korrekturwert dPpcr so, wie er ist, ausgegeben, und weist die Abweichung dP einen Wert kleiner als Null auf, so wird (-dPpcr), eingegeben über eine Codeumpolungs- bzw. Umkehreinheit 54, ausgegeben. Insbesondere dann, wenn eine Ansprechgeschwindigkeit der detektierten Vorlaufrate Pd kleiner ist als diejenige einer normativen Vorlaufrate Pdi - im Hinblick auf eine Sollvorlaufrate Pt, wird eine Differenz zwischen den Abweichungen dP, Pdi (+), so dass der Korrekturwert einen positiven Wert aufweist. Weisen die beiden Vorlaufraten eine Beziehung entgegengesetzt zu derjenigen bei dem oben erwähnten Fall auf, so weist der Korrekturwert einen negativen Wert auf. Ein Bezugszeichen 55 bezeichnet eine Konstantenerzeugungseinheit, und eine Konstante 1.0 wird in einem Addierer 56 addiert, und die Summe wird als Korrekturkoeffizient Cr in dem in Fig. 5 gezeigten PPD Controller 38 ausgegeben. Demnach wird dann, wenn das Ansprechverhalten gering ist, der Korrekturkoeffizient Cr als 1.0, d. h. der Korrekturkoeffizient wird dadurch erhöht, indem er einer Multiplikation dann unterzogen wird, wenn eine Korrektur erfolgt, wodurch das Ansprechverhalten in einer Zunahmerichtung korrigiert ist. Umgekehrt wird dann, wenn das Ansprechverhalten hoch ist, der Korrekturkoeffizient Cr nicht größer als 1.0, d. h. der Korrekturkoeffizient Cr wird reduziert, indem er einer Multiplikation dann unterzogen wird, wenn eine Korrektur erfolgt, wodurch das Ansprechverhalten entlang einer Abnahmerichtung korrigiert ist.

Unter erneutem Bezug auf die Fig. 5 ist zu erkennen, dass eine Vorlaufratenabweichung dP, die als Differenz zwischen einer detektierten Vorlaufrate Pd und einer Sollvorlaufrate Pt in der Subtrahiereinheit 37 bestimmt wird, bei dem PD Controller 38 eingegeben wird, der zum Steuern eines Ventileinstellbetriebs ausgebildet ist. Es wird auch ein Korrekturkoeffizient Cr von der Korrekturwert- Berechnungseinheit 36, die detailliert unter Bezug auf die Fig. 7 beschrieben ist, bei dem PD Controller 38 eingegeben und es wird eine Sollstromabweichung Ipd im Hinblick auf die Treibereinheit 16 für die Ventileinstell- Variationsvorrichtung bestimmt. In diesem PD Controller 38 erfolgt ein Festlegen der Konstanten (Proportionalverstärkung, Differenzverstärkung und Vorlagegeschwindigkeit versus Stromwert-Abweichungstabelle) identisch zu denjenigen für den PD Controller 35 zum Steuern der Berechnungseinheit für die normativen Charakteristiken 20, und ein Unterschied zwischen den Betriebsabläufen dieser PD Controller liegt lediglich bei den Korrekturbetriebsschritten unter Verwendung eines Korrekturkoeffizient Cr vor.

Die Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild als Darstellung zum Wiedergebender Konstruktion dieses PD Controllers 38. Unter Bezug auf die Fig. 8 ist zu erkennen, dass eine Vorlaufratenabweichung ddP von der von der Subtrahiereinheit 37 bei einem Multiplizierer 57 eingegeben wird, der eine Proportionalverstärkung Pgain hält, und die Abweichung dP wird mit der Proportionalverstärkung Pgain zum Erzeugen eines Proportionalwerts dPp multipliziert. Die Vorlaufratenabweichung dP wird bei einem Speicherelement 58 eingegeben, in dem die Abweichung als vorangehender Wert (dP(i-1)) der Vorlaufratenabweichung gespeichert wird. In einer Subtrahiereinheit 59 erfolgt die Bestimmung einer Differenz zwischen einer tatsächlichen Vorlaufratenabweichung dP und der vorangehenden Vorlaufratenabweichung (dP(i-1)), und eine derart bestimmte Differenz wird einem Multiplizierer 60 eingegeben, der eine Differenzverstärkung Dgain hält, und die Differenz zwischen dP und (dP(i-1)) wird mit Dgain zum Erhalten eines Differenzswerts dPd multipliziert.

Ein Bezugszeichen 61 bezeichnet einen Addierer, in dem ein Proportionalwert dPp und ein Differenzwert dPd miteinander addiert werden. Demnach erfolgt die Bestimmung einer Sollvorlaufgeschwindigkeit dPpd, d. h. einer Verstellgeschwindigkeit für die Ventileinstell- Variationsvorrichtung, anschließend einer Sollstromwertabweichung Ipdt durch Interpolieren und Bezugnahme auf eine Tabelle, die in einer Berechnungseinheit für eine Sollstromabweichung 62 gespeichert ist. Ein Bezugszeichen 36 bezeichnet eine Korrekturwert- Berechnungseinheit zum Bestimmen eines Korrekturkoeffizient für das oben erwähnte Ansprechverhalten. Ein von dieser Korrekturwert-Berechnungseinheit 36 ausgegebener Korrekturkoeffizient Cr und eine von der Berechnungseinheit für die Sollstromabweichung 62 ausgegebene Sollstromwertabweichung Ipdt werden miteinander durch einem Multiplizierer 63 multipliziert, und es erfolgt eine Korrektur einer Differenz des Ansprechverhaltens einer tatsächlichen Vorlaufrate Pd im Hinblick auf eine normativen Vorlaufrate Pdi, und die Ergebnisse werden als Sollstromwertabweichung Ipd von dem Ausgabeelement 64 ausgegeben.

Unter erneuter Bezugnahme auf die Fig. 5 ist zu erkennen, dass ein Bezugszeichen 39 eine Haltestrom-Lerneinheit bezeichnet, ausgebildet zum Lernen eines Steuerstroms im Hinblick auf eine Steuervariable im Hinblick auf die Treibereinheit 16, beispielsweise eines Steuerstroms im Hinblick auf ein hydraulisches Steuerventil unter der Bedingung, dass beispielsweise eine detektierte tatsächliche Vorlaufrate einer Sollvorlaufrate mit einer Vorlaufposition gefolgt ist, d. h. bei einer Ventileinstellposition mit einer stabilen Bedingung. Die derart gelernte Steuervariable wird in einem Sicherungs-RAM gespeichert, und sie bleibt fortlaufend gespeichert, sofern nicht eine Sicherungsenergieversorgung abgetrennt wird. Ein Bezugszeichen 40 bezeichnet einen Addierer, indem eine von dem PD Controller 38 ausgegebene Sollstromwertabweichung Ipd und ein von der Haltestrom-Lerneinheit 39 ausgegebener gelernter Haltestromwert Il miteinander addiert werden, und die Summe wird als ein Signal eines Sollstromwerts Oipd an einen PWM Modulator 41 ausgegeben, von dem das Signal als Sollstromwert Oipd an die Treibereinheit 16 für die Ventileinstell-Variationsvorrichtung ausgegeben wird.

Demnach werden ideale Charakteristiken festgelegt, unter Verwendung einer Zeitkonstante der Berechnungseinheit für die normativen Charakteristiken 20 und einer Umsetztabelle, sie diejenigen eines normativen Modells, und es erfolgt ein wechselseitiger Vergleich eines auf der Grundlage des normativen Modells bestimmten Kurbelwinkels und eines tatsächlich detektierten Kurbelwinkels. Eine Korrekturrate wird auf der Grundlage einer Abweichung berechnet, die durch diesen Vergleich bestimmt wird, und Korrekturen werden ausgeführt. Demnach wird es möglich, das Ansprechverhalten des Ventileinstellsteuergeräts, das praktisch für einen Verbrennungsmotors fixiert ist, nahe zu demjenigen des normativen Modells - d. h., einem idealen Ansprechverhalten - zu bringen, und ferner das Leistungsvermögen des Motors 1 ohne Einfluss durch eine Streuung der Konstruktion der Treibereinheit 16 usw. - wie sie während der Herstellung hiervon auftritt - zu stabilisieren. Wird der oben erwähnte Steuer- bzw. Regelbetrieb ausgeführt, so ist ein Versatz der Variation des Leistungsumfangs des Ventileinstellsteuergeräts aufgrund der Variation, die im Verlauf der Zeit bei diesem auftritt - möglich, und die Herstelltoleranz der Treibereinheit 16, usw., lässt sich lindern.

Obgleich gemäß den obigen Angaben eine Proportionalberechnung als Korrekturberechnungsverfahren beschrieben ist, ermöglicht auch der Einsatz anderer Berechnungsverfahren, beispielsweise sogar einer Differenzberechnung, einer Integrierberechnung und dergleichen, das Erzielen derselben Wirkung. Obgleich Korrekturen unter Verwendung eines Kurbelwinkels als normatives Modell erfolgen, ist es auch möglich, die Ergebnisse lediglich einer vorab ausgeführten Berechnung zu speichern, und zwar als Daten im Hinblick auf das Ansprechverhalten in der Umsetztabelle. Diese Verfahren lassen sich nicht nur auf das Steuern bzw. Regeln eines Einlassventils, sondern auch auf das Steuern bzw. Regeln eines Auslassventils ebenso anwenden.

Fig. 2

Lift rate = Anhebeumfang
Crank angle = Kurbelwinkel
Advancing = Voreilen
Delaying = Nacheilen
Exhaus valve = Auslassventil
Intake valve Largest advance angle = Einlassventil, größer Voreilwinkel
Operable range = Betriebsbereich
Intake valve Larget lag angle = Einlassventil, größer Nacheilwinkel

Fig. 3

Ideal VVT model = Ideales VVT Modell

Fig. 4

HOLT_CURRENT = HALTE_STROM

24

Übertragungsfunktion

25

Nachschlagetabelle

26

Integrierer

27

Übertragungsverzögerung

Fig. 5

30

Detektierter Ventileinstellbetrieb

31

Motorumdrehungsbetrieb

32

Ladewirkungsgradbetrieb

33

Ventilsolleinstellbetrieb

36

Umkehrventilbetrieb

35

,

38

PD Controller

39

Haltestrom-Lernbetrieb

Fig. 6

OLD_CURRENT = HALTE_STROM

Fig. 7

Turning over = Umpolen
Constant = Konstante

Claims

1. Ventileinstellsteuer- bzw. -regelgerät für einen Verbrennungsmotor, enthaltend:
eine Kurvenscheibe (1c) zum Treiben einer Kurbelwelle (1a) eines Verbrennungsmotors (1) und zum Öffnen und Schließen eines Einlassventils, eine Kurvenscheibe bzw. Nocke, ausgebildet für ein Treiben durch die Kurbelwelle (1a) des Motors (1) und zum Öffnen und Schließen eines Auslassventils, eine Ventileinstell- Variationsvorrichtung zum Variieren einer Drehphase mindestens einer der beiden Kurvenscheiben (1c) im Hinblick auf die Kurbelwelle (1a), einen Detektor (30) zum Detektieren einer Wirkposition der Ventileinstell- Variationsvorrichtung, und eine Steuervorrichtung (17) zum Ausgeben einer Steuervariablen für die Ventileinstell-Variationsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (17) die Charakteristiken zum Bilden einer Norm für die Ventileinstell- Variationsvorrichtung speichert, eine Ventilsollbetriebsposition gemäß der Betriebsbedingung des Motors (1) berechnet, und die Steuervariable der Ventileinstell-Variationsvorrichtung im Hinblick auf die Ventilsollbetriebsposition bestimmt, auf der Grundlage der Ergebnisse eines Vergleichs zwischen einer durch den Wirkpositionsdetektor detektierten Einstellposition und einer in den Norm bildenden Charakteristiken enthaltenen Ventileinstellposition.

2. Ventileinstellsteuergerät für Verbrennungsmotoren (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Charakteristiken zum Bilden der Norm für die Ventileinstell-Variationsvorrichtung ausgehend von Modellcharakteristiken für eine Ventileinstell- Variationsvorrichtung gebildet sind, die für einen Verbrennungsmotor (1) fixiert sind.

3. Ventileinstellsteuergerät für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wirkposition der Ventileinstell-Variationsvorrichtung durch den Detektor (30) detektiert wird, in Übereinstimmung mit einem Drehwinkel der Kurbelwelle (1a) oder denjenigen der Drehung einer der Kurvenscheiben bzw. Nocken (1c).