DE10137367A1 - Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Es ist ein Ventilzeitgabe-Steuersystem zum Beschleunigen einer Aktivierung eines katalytischen Wandlers in einem Verbrennungsmotor in einem Kaltstartbetriebsmode offenbart. Das System enthält Stellantriebe (15, 16), die mit Nockenwellen (15C, 16C) gekoppelt sind, Hydraulikdruck-Zufuhreinheiten (19, 20) zum Antreiben der Stellantriebe (15, 16) und eine Steuerung (21A) zum Steuern eines Hydraulikdrucks für die Stellantriebe (15, 16) in Abhängigkeit von Motor-Betriebszuständen zum Ändern einer Phase der Nockenwellen (15C, 16C) relativ zu einer Kurbelwelle. Der Stellantrieb (15, 16) enthält einen Verriegelungsmechanismus (155, 157) zum Einstellen der relativen Phase auf eine Verriegelungsposition und einen Entriegelungsmechanismus (156) zum Lösen des Verriegelungsmechanismus in Antwort auf einen vorbestimmten Hydraulikdruck. Die Steuerung (21A) stellt die relative Phase in einem Startbetrieb zur Verriegelungsposition ein, während sie die relative Phase derart steuert, daß sie in einem Motorzustand verzögert ist, der dem Startbetrieb folgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor zum Steuern von Betriebszeitgaben von Einlaßventilen und Auslaßventilen des Motors in Abhängigkeit von Motor- Betriebszuständen. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, welches System zum Fördern bzw. Weiterentwickeln eines Temperaturanstiegs (oder einer Tempraturerhöhung) eines katalytischen Wandlers entwickelt ist, der in einem Auslaßrohr des Motors angeordnet ist, um eine signifikante Reduzierung von schädlichen Abgaskomponenten zu realisieren, die vom Motor entladen werden, indem die Ventilzeitgabe in Richtung zu einer verzögerten Phase bzw. Bremsphase oder einem Zustand während eines Leerlaufbetriebs des Motors in einem kalten Motorzustand (d. h. einem Motorzustand niedriger Temperatur) gesteuert wird.

In den letzten Jahren werden die gesetzlichen Vorschriften, die in Zusammenhang mit einer Emission von schädlichen Materialien oder Substanzen auferlegt werden, die im Abgas enthalten sind, das vom Verbrennungsmotor in die Atmosphäre abgegeben wird, der an einem Motorfahrzeug oder einem Automobil angebracht ist, unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes immer strenger. Unter diesen Umständen existiert eine starke Forderung nach einem Reduzieren der Emission von schädlichen Materialien oder Substanzen, die im Abgas bzw. Auslaßgas des Verbrennungsmotors enthalten sind.

Allgemein sind bislang zwei Arten von Verfahren zum Reduzieren der schädlichen Abgaskomponenten bekannt gewesen. Ein Verfahren betrifft eine Reduzierung des schädlichen Gases, das direkt vom Verbrennungsmotor (der hierin nachfolgend auch einfach Motor genannt wird) entladen bzw. abgegeben wird, während das andere Verfahren die Reduzierung der schädlichen Komponenten durch eine Nachbehandlung des Motoren-Abgases mit Hilfe eines katalytischen Wandlers (der hierin nachfolgend auch einfach Katalysator genannt wird) betrifft, der innerhalb des Auslaßrohrs bzw. Abgasrohrs des Motors in einen mittleren Teil installiert ist.

Wie es im Stand der Technik wohlbekannt ist, ist bei dem Katalysator, wie er beispielsweise oben angegeben ist, eine Reaktion zum Unschädlichmachen der schädlichen Gaskomponenten schwierig oder kann nicht stattfinden, bis die Temperatur des Katalysators einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Folglich ist es ein wichtiges Erfordernis, die Temperatur des Katalysators schnell zu erhöhen oder anzuheben, selbst wenn der Verbrennungsmotor, wie beispielsweise im Verlauf eines Startbetriebs, im kalten Zustand (d. h. im Zustand niedriger Temperatur) ist.

In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, daß in den meisten bislang bekannten Verbrennungsmotoren Nockenwellen, die eine wesentliche Rolle beim Bestimmen der Zeitgaben zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile spielen, so angeordnet sind, daß sie durch eine Kurbelwelle über das Medium von Steuerriemen (oder Steuerketten) rotationsmäßig angetrieben werden.

Demgemäß werden die Zeitgaben zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile (welche Zeitgaben auch die Nockenwinkel genannt werden können) derart gesteuert, daß sie ungeachtet der Tatsache, daß sich die Ventilzeitgaben, wie sie erforderlich sind, in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors ändern können, relativ zum Kurbelwinkel konstant bleiben.

Jedoch ist in den letzten Jahren für praktische Anwendungen im Hinblick auf ein Erhöhen des Kraftstoff-Kosten- Verhältnisses bzw. der Kraftstoff-Kosten-Leistungsfähigkeit des Motors, während eine Verbesserung der Abgasqualität sichergestellt wird, ein Ventilzeitgabe-Steuersystem angenommen worden, das dazu entwickelt ist, daß es die Ventilzeitgaben ändern oder modifizieren kann.

Das Ventilzeitgabe-Steuersystem dieses Typs ist beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 324613/1997 (JP-A-9-324613) offenbart.

Das in der oben angegebenen Veröffentlichung offenbarte Ventilzeitgabe-Steuersystem enthält einen veränderbaren bzw. variablen Ventilzeitgabe-Mechanismus (der kurz auch VVT- Mechanismus genannt wird), der aus Blenden besteht, die jeweils innerhalb eines Gehäuses drehbar angeordnet sind, um die Phase (oder eine Winkelposition) der Nockenwellen zu ändern, welche zum Antreiben der Einlaßventile und der Auslaßventile geeignet ist. Übrigens wird die Anordnung der Blenden später beschrieben.

Zu diesem Zeitpunkt sollte jedoch erwähnt werden, daß die Blende des variablen Ventilzeitgabe-Mechanismus beim Motor- Startbetrieb im wesentlichen bei einer mittleren Position (einer einem Start entsprechenden Position) gehalten wird, um den relativen Winkelversatz des Nockenwinkels relativ zum Kurbelwinkel zu steuern oder zu regeln und die Regelung oder Steuerung nach einem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit freizugeben bzw. aufzuhören.

Zum besseren Verstehen des Konzepts, das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, wird zuerst ein bisher bekanntes oder herkömmliches Ventilzeitgabe-Steuersystem eines Verbrennungsmotors bis zu einem gewissen Detail beschrieben. Fig. 6 ist ein funktionelles Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines herkömmlichen Ventilzeitgabe- Steuersystems eines Verbrennungsmotors zusammen mit mehreren peripheren Teilen des Motors allgemein und schematisch zeigt.

Gemäß Fig. 6 sind in Zusammenhang mit dem Einlaßrohr 4 zum Zuführen von Luft in eine Verbrennungskammer (Verbrennungskammern), die (die) innerhalb des Zylinders (der Zylinder) des Motors 1 definiert ist (sind), ein Luftreiniger 2 zum Reinigen der Einlaßluft und ein Luftflußsensor 3 zum Messen der Quantität bzw. Menge oder einer Durchflußrate von Einlaßluft vorgesehen. Weiterhin sind im Einlaßrohr 4 eine Drosselklappe 5 zum Einstellen oder Regulieren der Einlaßluft-Quantität bzw. -Menge (d. h. des Betrags oder der Flußrate der Einlaßluft) eingebaut bzw. installiert, um dadurch die Ausgabe des Motors 1 zu steuern, ein Leerlaufgeschwindigkeits-Steuerventil (das auch einfach kurz ISCV genannt wird) 6 zum Einstellen oder Regeln des Einlaß- Luftflusses, der die Drosselklappe 5 umgeht, um dadurch die Motor-Drehgeschwindigkeits-(rpm-)Steuerung im Leerlaufbetriebsmode zu bewirken, und eine Kraftstoff- Einspritzeinheit 7 zum Laden oder Injizieren einer Menge an Kraftstoff, die zur Einlaßluft-Quantität bzw. -Menge konform ist.

Zusätzlich ist innerhalb der Verbrennungskammer des Motorzylinders 1 eine Zündkerze 8 zum Erzeugen einer Funkenentladung zum Triggern bzw. Anstoßen einer Verbrennung des in der innerhalb des Zylinders definierten Verbrennungskammer geladenen Luft-Kraftstoff-Mischung vorgesehen. Dafür ist die Zündkerze 8 mit einer Zündspule 9 elektrisch verbunden, die elektrische Energie hoher Spannung zur Zündkerze 8 zuführt.

Ein Auslaßrohr 10 ist zum Entladen eines Auslaßgases bzw. Abgases vorgesehen, das aus der Verbrennung der Luft- Kraftstoff-Mischung innerhalb des Motorzylinders resultiert. Ein O₂-Sensor 11 und ein katalytischer Wandler 12 sind im Auslaßrohr 10 angeordnet. Der O₂-Sensor 11 dient zum Erfassen des Gehalts an Restsauerstoff, der im Auslaßgas enthalten ist.

Der katalytische Wandler oder Katalysator 12 ist durch einen katalytischen Dreiwege-Wandler gebildet, der an sich bekannt ist und der schädliche Gaskomponenten, wie beispielsweise HC (Hydrocarbon), CO (Kohlenmonoxid) und NOX (Stickstoffoxide), die im Abgas bzw. Auslaßgas enthalten sind, gleichzeitig eliminieren kann.

Eine Sensorplatte 13, die zum Erfassen des Kurbelwinkels entwickelt ist, ist an einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) angebracht, um sich mit dieser zusammen zu drehen. Die Sensorplatte 13 ist bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel an ihrem Außenumfang mit einem Vorsprung (nicht gezeigt) versehen.

Ein Kurbelwinkelsensor 14 ist für den Zweck eines Erfassens der Winkelposition der Kurbelwelle in Kooperation mit der Sensorplatte 13 bei einer Position diametral gegenüberliegend zum Außenumfang der Sensorplatte 13 eingebaut. Somit kann der Kurbelwinkelsensor 14 jedesmal dann, wenn der Vorsprung der Sensorplatte 13 am Kurbelwinkelsensor 14 vorbeiläuft, ein elektrisches Signal erzeugen, das den Kurbelwinkel anzeigt, d. h. das Kurbelwinkelsignal. Auf diese Weise kann die Drehposition oder Winkelposition (der Kurbelwinkel) der Kurbelwelle erfaßt werden.

Der Motor 1 ist mit Ventilen ausgestattet, um das Einlaßrohr 4 und das Auslaßrohr 10 in Kommunikation miteinander zu bringen, wobei die Zeitgaben zum Antreiben der Einlaß- und Auslaßventile durch die Nockenwellen bestimmt werden, die mit einer Geschwindigkeit gedreht werden, die gleich der Hälfte von derjenigen der Kurbelwelle ist, wie es später beschrieben wird.

Stellantriebe 15 und 16 zum einstellbaren Ändern der Nockenphasen sind entwickelt, um die Zeitgaben zum Antreiben oder zum Aktivieren der Einlaß- bzw. Auslaßventile zu ändern.

Genauer gesagt besteht jeder der Stellantriebe 15 und 16 aus einer bremsenden bzhw. verzögernden hydraulischen Kammer und einer beschleunigenden hydraulischen Kammer, die voneinander getrennt sind (was später beschrieben ist), um die Dreh- oder Winkelpositionen (Phasen) der Nockenwellen 15C bzw. 16C relativ zur Kurbelwelle zu ändern oder zu variieren.

Nockenwinkelsensoren 17 und 18 sind für den Zweck eines Erfassens der Winkelpositionen der Nocken (d. h. der Nockenwinkel oder Phasen) durch eine Kooperation mit einer Sensorplatte bei Positionen diametral gegenüberliegend zum Außenumfang von Nockenwinkelerfassungs-Sensorplatten (nicht gezeigt) angeordnet. Genauer gesagt ist jeder der Nockenwinkelsensoren 17 und 18 entwickelt, um ein Pulssignal, das den Nockenwinkel anzeigt, (d. h. das Nockenwinkelsignal) in Antwort auf einen Vorsprung zu erzeugen, der am Außenumfang der zugehörigen Nockenwinkelerfassungs- Sensorplatte ausgebildet ist, was gleiche wie beim Kurbelwinkelsensor 14 ist, der zuvor beschrieben ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Nockenwinkel (oder eine Winkelposition der Nockenwellen) zu erfassen.

Öl-Steuerventile (die kurz auch ECV genannt werden) 19 und 20 bilden in Kooperation mit Ölpumpen (nicht gezeigt) Hydraulikdruck-Zufuhreinheiten und dienen zum Steuern oder Regeln des zu den einzelnen Stellantrieben 15 und 16 zugeführten hydraulischen Drucks, um dadurch die Nockenphasen zu steuern. Nebenbei gesagt ist die Ölpumpe entwickelt, um bei einem vorbestimmten hydraulischen Druck Öl zuzuführen.

Eine elektronische Steuereinheit (die auch einfach ECU genannt wird) 21, die durch einen Mikrocomputer oder einen Mikroprozessor gebildet sein kann, dient als Steuereinrichtung für das Verbrennungsmotor-System. Unter anderem ist die ECU 21 damit beschäftigt, die Kraftstoff- Einspritzeinheiten 7 und die Zündkerzen 8 sowie die Nockenphasen (die Winkelpositionen der Nocken) der Stellantriebe 15 und 16 in Abhängigkeit von den Motor- Betriebszuständen zu steuern, die durch die verschiedenen Sensoren erfaßt werden, wie beispielsweise den Luftflußsensor 3, den O₂-Sensor 11, den Kurbelwinkelsensor 14 und die Nockenwinkelsensoren 17 und 18.

Weiterhin ist in Zusammenhang mit der Drosselklappe 5 ein Drosselpositionssensor (in der Figur nicht gezeigt) zum Erfassen des Drosselöffnungsgrads vorgesehen, während ein Wassertemperatursensor für den Motor 1 zum Erfassen der Temperatur von Kühlwasser für ihn vorgesehen ist. Der Drosselöffnungsgrad und die Kühlwassertemperatur, wie sie erfaßt werden, werden auch zur ECU 21 eingegeben, und zwar als die Information, die den Betriebszustand des Motors 1 anzeigt, was ähnlich der oben angegebenen Information der verschiedenen Sensoren ist.

Als nächstes wird der herkömmliche Motor-Steuerbetrieb beschrieben, der durch das in Fig. 6 gezeigte Ventilzeitgabe- Steuersystem nach dem Stand der Technik durchgeführt wird. Zuerst mißt der Luftflußsensor 3 die Luftmenge (eine Durchflußrate der Einlaßluft), die zum Motor 1 zugeführt wird, wobei die Ausgabe des Luftflußsensors 3 als die Erfassungsinformation, die den Betriebszustand des Motors anzeigt, zur ECU 21 zugeführt wird.

Die elektronische Steuereinheit oder ECU 21 bestimmt arithmetisch die Kraftstoffmenge oder den -betrag, die bzw. der konform zur Luftmenge ist, wie sie gemessen wird, um dadurch die Kraftstoff-Einspritzeinheit 7 entsprechend anzutreiben oder zu aktivieren. Gleichzeitig steuert die ECU 21 die Zeitdauer für eine elektrische Erregung der Zündspule 18 sowie die Zeitgabe für deren Unterbrechung, um dadurch eine Funkenentladung bei der Zündkerze 8 zum Zünden oder Entzünden der Luft-Kraftstoff-Mischung, die innerhalb der innerhalb des Motorzylinders definierten Verbrennungskammer geladen ist, mit einer richtigen Zeitgabe zu erzeugen.

Andererseits dient die Drosselklappe 5 zum Einstellen oder Regeln der Menge an Einlaßluft, die zum Motor zugeführt wird, um dadurch das Ausgangsdrehmoment oder die Leistung entsprechend zu steuern, das bzw. die durch den Motor 1 erzeugt wird. Das Abgas, das aus der Verbrennung der Luft- Kraftstoff-Mischung innerhalb des Zylinders des Motors 1 resultiert, wird durch das Auslaßrohr 10 entladen.

In diesem Fall wandelt der innerhalb des Auslaßrohrs 10 bei einer mittleren Stelle davon angeordnete katalytische Wandler 12 die schädlichen Komponenten, die im Abgas enthalten sind, wie beispielsweise Hydrocarbon (HC) (unverbranntes Gas) Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffoxide (NO_x), in unschädliches Kohlendioxid und Wasser (H₂O) um. Auf diese Weise wird das Motor-Abgas gereinigt.

Um die maximale Reinigungseffizienz des katalytischen Dreiwege-Wandlers 12 zu erhalten, ist der O₂-Sensor 11 in Verbindung mit dem Auslaßrohr 10 eingebaut, um die Menge an Restsauerstoff zu erfassen, die im Auslaßgas enthalten ist. Das Ausgangssignal des O₂-Sensors 11 wird zur elektronischen Steuereinheit oder ECU 21 eingegeben, die darauf durch Regeln der Menge an Kraftstoff, die durch die Kraftstoff- Einspritzeinheit 7 injiziert bzw. eingespritzt wird, in einer Rückkoppelschleife antwortet, so daß die Luft-Kraftstoff- Mischung, die der Verbrennung zu unterziehen ist, das stöchiometrische Verhältnis annehmen kann.

Zusätzlich steuert die ECU 21 die Stellantriebe 15 und 16 (die Teile des variablen Ventilzeitgabe-Mechanismus bilden) in Abhängigkeit vom Motor-Betriebszustand zum Regeln der Zeitgaben, zu welchen die Einlaß- und Auslaßventile anzutreiben oder zu aktivieren sind.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 14 der Phasenwinkel-Steuerbetrieb konkret beschrieben, der für die Nockenwellen 15C und 16C durch das herkömmliche Ventilzeitgabe-Steuersystem für den Verbrennungsmotor durchgeführt wird.

Dabei wird in dem Fall des herkömmlichen Verbrennungsmotors mit festem Ventilzeitgabeschema (nicht gezeigt) ein Drehmoment der Kurbelwelle über das Medium von Steuerriemen (Steuerketten) und von Übertragungs- bzw. Transmissionsmechanismen, die Riemenscheiben und Zahnräder enthalten und für eine gemeinsame Drehung mit den Riemenscheiben operativ mit den Nockenwellen gekoppelt sind, zu den Nockenwellen übertragen.

Gegensätzlich dazu sind in dem Fall des Verbrennungsmotors, der mit dem variablen Ventilzeitgabe-Mechanismus ausgestattet ist, anstelle der Riemenscheiben und der Zahnräder, die oben angegeben sind, die Stellantriebe vorgesehen, die entwickelt sind, um die relative Phasenposition zwischen der Kurbelwelle und den Nockenwellen zu ändern.

Fig. 7 ist eine Ansicht zum Darstellen einer Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel [°CA] und dem Ventilhub-Takt (der das Ausmaß einer Ventilöffnung anzeigt [mm], (das hierin nachfolgend auch Ventilöffnungsbetrag genannt wird)). In der Figur ist der obere tote Punkt beim Kompressionshub des Zylinders mit einem Bezugszeichen TDC bezeichnet.

In Fig. 7 stellt eine Kurve mit einer Strich-Einzelpunkt- Linie eine Änderung des Ventilhub-Takts dar, der im am meisten verzögerten Zustand mechanisch begrenzt ist, stellt eine Kurve mit gestrichelter Linie eine Änderung des Ventilhub-Takts dar, der in bezug auf den am meisten beschleunigten Zustand mechanisch begrenzt ist, und stellt eine Kurve mit durchgezogener Linie eine Änderung des Ventilhub-Takts in einem durch einen Verriegelungsmechanismus (der hierin nachfolgend beschrieben ist) eingestellten verriegelten Zustand dar.

In bezug auf Fig. 7 ist zu beachten, daß die Spitzenposition des Ventilhub-Takts auf der verzögerten Seite (auf der in Figur rechts gesehenen Seite) in bezug auf den oberen toten Punkt (TDC) der vollständig geöffneten Position des Einlaßventils entspricht, während die Spitzenposition des Ventilhub-Takts auf der beschleunigten Seite (in der Figur auf der links gesehenen Seite) der vollständig geöffneten Position des Auslaßventils entspricht.

Demgemäß stellt eine Differenz in bezug auf den Kurbelwinkel zwischen den Spitzen auf der verzögerten Seite und der beschleunigten Seite (d. h. eine Differenz zwischen der Kurve mit der Strich-Einzelpunkt-Linie und der Kurve mit der gestrichelten Linie) den Bereich dar, innerhalb welchem die Ventilzeitgabe geändert werden kann (d. h. einen Ventilzeitgabe-Einstellbereich). Um es anders auszudrücken, kann die Ventilzeitgabe bei jedem des Ansaug- und des Auslaßbetriebs innerhalb des Kurbelwinkelbereichs geändert oder eingestellt werden, der zwischen der Kurve mit gestrichelter Linie und der Kurve mit Strich-Einzelpunkt- Linie definiert ist.

Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm zum Darstellen von Phasen- oder Zeitgabebeziehungen zwischen dem Ausgangs-Pulssignal des Kurbelwinkelsensors 14 einerseits und demjenigen des Nockenwinkelsensors 17 oder 18 andererseits. Genauer gesagt sind in Fig. 8 die Ausgangs-Pulssignale des Nockenwinkelsensors 17 oder 18 jeweils in sowohl dem am meisten abgebremsten Zustand als auch dem am meisten beschleunigten Zustand relativ zur Ausgabe des Kurbelwinkelsensors gezeigt.

In diesem Zusammenhang sollte hinzugefügt werden, daß die Phasenposition des Ausgangssignals des Nockenwinkelsensors 17 oder 18 relativ zum Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 14 (d. h. zum Kurbelwinkelsignal) in Abhängigkeit von den Positionen anders wird, bei welchen die Nockenwinkelsensoren 17 und 18 angebracht sind.

Zu diesem Zeitpunkt sollte weiterhin angegeben werden, daß ein Abbremsen bzw. Verzögern der Ventilzeitgabe bedeutet, daß die Ventilöffnungs-Startzeitgaben von sowohl den Einlaß- als auch den Auslaßventilen relativ zu dem (oder in bezug auf den) Kurbelwinkel abgebremst oder verzögert werden, während ein Beschleunigen der Ventilzeitgabe bedeutet, daß die Ventilöffnungs-Startzeitgaben beider Ventile relativ zum Kurbelwinkel beschleunigt werden.

Die Öffnungs-Startzeitgaben für das Einlaßventil und die Auslaßventile können mittels der Stellantriebe 15 und 16 geändert oder modifiziert werden, die Teile des variablen Ventilzeitgabe-Mechanismus bilden, um dadurch so gesteuert zu werden, daß sie eine gegebene verzögerte Position oder eine beschleunigte Position innerhalb des vorgenannten Ventilzeitgabe-Einstellbereichs oder des hierin zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 7 angegebenen variablen Bereichs annehmen.

Die Fig. 9 bis 11 sind Ansichten, die interne Strukturen der Stellantriebe 15 und 16 zeigen, die in einer im wesentlichen identischen Struktur implementiert sind. Genauer gesagt zeigt Fig. 9 sie in einem Zustand, in welchem die Nockenphase auf die am meisten verzögerte Position (entsprechend dem Zustand, der in Fig. 7 durch die Kurve mit einer Strich-Einzelpunkt- Linie angezeigt ist) eingestellt ist, zeigt Fig. 10 sie in einem Zustand, in welchem die Nockenphase auf die verriegelte oder die Verriegelungsposition (entsprechend dem Zustand, der in Fig. 7 durch die Kurve mit durchgezogener Linie angezeigt ist) eingestellt ist, und zeigt Fig. 11 sie in einem Zustand, in welchem die Nockenphase auf die am meisten beschleunigte Position (entsprechend dem Zustand, der in Fig. 7 durch die Kurve mit gestrichelter Linie angezeigt ist) eingestellt ist.

Gemäß den Fig. 9, 10 und 11 besteht jeder der Stellantriebe 15 und 16 aus einem Gehäuse 151, das in der Richtung drehbar ist, die durch einen Pfeil angezeigt ist, einer Blende 152, die zusammen mit dem Gehäuse 151 drehbar ist, einer verzögernden hydraulischen Kammer 153 und einer beschleunigenden hydraulischen Kammer 154, die beide intern vorn Gehäuse 151 definiert sind, einen Verriegelungsstift 155 und eine Feder 156, die auch innerhalb des Gehäuses 151 vorgesehen sind, und Verriegelungsausschnitte bzw. -vertiefungen 157, die in der Blende 152 gebildet sind.

Eine Leistung oder ein Drehmoment wird von der Kurbelwelle durch das Medium einer Riemen/Riemenscheiben-Anordnung (nicht gezeigt) zum Gehäuse 151 übertragen, wobei die Drehgeschwindigkeit um einen Faktor 1/2 reduziert ist.

Es wird veranlaßt, daß sich die Position (die Phasenposition) der Blende 152 innerhalb des Gehäuses 151 in Antwort auf den selektiv zur verzögernden hydraulischen Kammer 153 oder zur beschleunigenden hydraulischen Kammer 154 zugeführten hydraulischen Druck verschiebt.

Der Bereich eines Betriebs (der hierin nachfolgend auch Betriebsbereich genannt wird) der Blende 152 wird durch die verzögernde hydraulische Kammer 153 und die beschleunigende hydraulische Kammer 154 bestimmt oder definiert.

Die Feder 156 zwingt den Verriegelungsstift 155 elastisch in die vorstehende Richtung, während der Verriegelungsausschnitt 157 bei einer vorbestimmten Blenden-Verriegelungsposition gebildet ist, so daß der Ausschnitt 157 dem spitzen Ende des Verriegelungsstifts 155 gegenüberliegt.

Nebenbei gesagt ist ein Ölzufuhrtor (nicht gezeigt) im Verriegelungsausschnitt 157 gebildet, durch welches das hydraulische Medium (d. h. in diesem Fall Öl) austauschbar von derjenigen der verzögernden hydraulischen Kammer 153 und der beschleunigenden hydraulischen Kammer 154 zugeführt wird, innerhalb welcher ein höherer hydraulischer Druck vorherrscht.

Die Blenden 152, die entwickelt sind, um innerhalb der verzögernden hydraulischen Kammer 153 und der beschleunigenden hydraulischen Kammer 154 zu arbeiten (d. h. einem Betriebsbereich der Blende), und die in bezug auf die Winkelposition oder die Phase verschoben werden, sind betriebsmäßig bzw. operativ mit den Nockenwellen 15C und 16C zum Antreiben der Einlaß- und Auslaßventile der Motorzylinder gekoppelt.

Obwohl es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, ist der Stellantrieb 16 auf der Auslaßseite mit einer Feder zum elastischen Treiben der Blende 152 versehen, so daß sie die beschleunigte Position gegenüber der Reaktionskraft der Nockenwelle 16C annehmen kann.

Die Stellantriebe 15 und 16 werden unter dem hydraulischen Druck eines Schmieröls des Motors 1, das durch die Öl- Steuerventile 19 und 20 zugeführt wird, angetrieben. Zum Steuern der Nockenwinkelphasen der Stellantriebe 15 und 16 auf eine derartige Weise, wie sie in den Fig. 9 bis 11 dargestellt ist, wird die Menge an Öl (d. h. der hydraulische Druck), die zu den Stellantrieben 15 und 16 zugeführt wird, gesteuert.

Anhand eines Beispiels kann eine Regelung der Nockenwinkelphase zur am meisten verzögerten Position, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, durch Zuführen von Öl in die verzögernde hydraulische Kammer 153 realisiert werden. Gegensätzlich dazu kann eine Regelung der Nockenwinkelphase zur am meisten beschleunigten Position, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist, durch Zuführen von Öl in die beschleunigende hydraulische Kammer 153 bewirkt werden.

Die Öl-Steuerventile 19 und 20 sind damit beschäftigt, entweder die verzögernde hydraulische Kammer 153 oder die beschleunigende hydraulische Kammer 154 für die Ölzufuhr auszuwählen. Die Fig. 12, 13 und 14 zeigen in seitlichen Aufriß-Schnittansichten die interne Strukturen der Öl- Steuerventile 19 und 20, die im wesentlichen identisch implementiert sind.

Gemäß den Fig. 12 bis 14 besteht jedes der Öl-Steuerventile 19 und 20 aus einem zylindrischen Gehäuse 191, einer Spule 192, die innerhalb des Gehäuses 191 gleitbar angeordnet ist, einer Magnetspule 193 zum kontinuierlichen Antreiben der Spule 192 und einer Feder 194 zum elastischen Zwingen bzw. Treiben bzw. Drängen der Spule 192 in der Rückstellrichtung.

Das Gehäuse 191 ist mit einer Öffnung 195 versehen, die hydraulisch mit einer Pumpe (nicht gezeigt) kommuniziert, Öffnungen 196 und 197, die hydraulisch mit dem Stellantrieb 15 oder 16 verbunden sind, und Drainageöffnungen 198 und 199, die fluidmäßig mit einer Ölwanne in Kommunikationsverbindung sind.

Die Öffnung 196 kann mit der verzögernden hydraulischen Kammer 153 des Stellantriebs 15 oder der beschleunigenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebs 16 in Kommunikationsverbindung sein. Andererseits kann die Öffnung 197 mit der beschleunigenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebs 15 oder der verzögernden hydraulischen Kammer 153 des Stellantriebs 16 in Kommunikationsverbindung sein.

Die Öffnungen 196 und 197 werden in Abhängigkeit von der axialen Position der Spule 192 (d. h. der Position der Spule in ihrer Längsrichtung) selektiv in Kommunikation mit der Ölzufuhröffnung 195 versetzt. Im in Fig. 12 gezeigten Zustand ist die Öffnung 195 derart gezeigt, daß sie in Kommunikationsverbindung mit der Öffnung 196 versetzt worden ist, während in Fig. 14 die Öffnung 195 derart gezeigt ist, daß sie in Kommunikationsverbindung mit der Öffnung 197 steht.

Gleichermaßen werden die Drainageöffnungen 198 und 199 in Abhängigkeit von der axialen Position der Spule 192 selektiv in eine Kommunikation mit der Öffnung 197 oder 196 versetzt. Im in Fig. 12 gezeigten Zustand ist die Öffnung 197 derart gezeigt, daß sie in Kommunikationsverbindung mit der Öffnung 198 ist, während die Öffnung 196 in Fig. 14 derart ist, daß sie in Kommunikationsverbindung mit der Öffnung 199 ist.

Das Ölzufuhrtor, das im Verriegelungsausschnitt 157 ausgebildet ist, ist so angeordnet, daß ihm Öl zugeführt wird, wenn die Öl-Steuerventile 19 und 20 im elektrisch angetriebenen Zustand sind (siehe Fig. 14). Genauer gesagt wird dann, wenn der an den Verriegelungsausschnitt 157 angelegte hydraulische Druck größer als die Federkraft der Feder 156 wird, der Verriegelungsstift 155 vom Verriegelungsausschnitt 157 nach außen gedrückt bzw. gestoßen, wodurch der verriegelte Zustand gelöscht wird.

Fig. 12 zeigt den Zustand, in welchem der elektrische Strom, der durch das Solenoid oder die Spule 193 fließt, einen minimalen Wert hat, und somit wird die Feder 194 zu einem maximalen Ausmaß gedehnt oder entspannt.

Unter der Annahme, daß das in Fig. 12 gezeigte Öl- Steuerventil als das Öl-Steuerventil 19 der Einlaßseite dient, fließt das hydraulische Medium oder Öl, das über die Öffnung 195 von der Pumpe zugeführt wird, in die verzögernde hydraulische Kammer 153 des Stellantriebs 15, was zum Ergebnis hat, daß der Stellantrieb zu dem in Fig. 9 dargestellten Zustand verschoben wird.

Folglich wird das Öl, das in der beschleunigenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebs 15 vorhanden ist, dazu gezwungen, durch die Öffnung 197 nach außen zu fließen, um schließlich mittels der Öffnung 198 zur Ölwanne entladen zu werden.

Andererseits ist unter der Annahme, daß das in Fig. 12 gezeigte Öl-Steuerventil als das Öl-Steuerventil 20 auf der Auslaßseite dient, die Situation umgekehrt. Das bedeutet, daß das hydraulische Medium oder Öl, das über die Öffnung 196 von der Pumpe zugeführt wird, in die beschleunigende hydraulische Kammer 154 des Stellantriebs 16 fließt, was zum Ergebnis hat, daß der Stellantrieb 16 letztlich zu dem in Fig. 11 dargestellten Zustand eingestellt wird.

In diesem Fall wird das in der verzögernden hydraulischen Kammer 153 des Stellantriebs 16 enthaltene Öl mittels der Öffnungen 197 und 198 zwangsweise zur Ölwanne entladen.

Mittels der oben unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschriebenen hydraulischen Schaltungsanordnung kann eine Ventilüberlagerung selbst bei Auftreten eines Fehlers, wie beispielsweise eines Abschaltens einer elektrischen Stromzufuhr zu den Öl-Steuerventilen 19 und 20, die jeweils auf der Einlaßseite und der Auslaßseite angeordnet sind, aufgrund eines Drahtbruchs oder ähnlichem auf ein Minimum unterdrückt werden. Dieses Merkmal ist unter dem Gesichtspunkt eines Sicherstellens einer hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber der Motorverzögerung bzw. -überlastung bzw. -blockage vorteilhaft.

In Fig. 14 ist der Zustand dargestellt, in welchem dort, wo der Strom, der durch die Spule 193 fließt, einen maximalen Wert hat und somit die Feder 194 zur minimalen Länge komprimiert wird.

Unter beispielsweise der Annahme, daß das in Fig. 14 gezeigte Öl-Steuerventil als das Öl-Steuerventil 19 dient, das auf der Einlaßseite eingebaut ist, wird das von der Pumpe zugeführte Öl veranlaßt, in die beschleunigende hydraulische Kammer 154 des Stellantriebs 15 über die Öffnung 197 zu fließen, wohingegen das Öl in der verzögernden hydraulischen Kammer 153 des Stellantriebs 15 über die Öffnungen 196 und 199 entladen wird.

Andererseits wird in dem Fall, in welchem das in Fig. 14 gezeigte Öl-Steuerventil als das Öl-Steuerventil 20 auf der Auslaßseite dient, das von der Pumpe zugeführte Öl gezwungen, über die Öffnung 197 in die verzögernde hydraulische Kammer 153 des Stellantriebs 16 zu fließen, während das Öl in der beschleunigenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebs 16 über die Öffnungen 196 und 199 entladen wird.

Fig. 13 zeigt den Zustand entsprechend der Ventilzeitgabe- Steuerungs-Endposition oder der Verriegelungsposition (einer mittleren Position). In diesem Zustand sind die Blenden 152 der Stellantriebe 15 und 16 jeweils bei erwünschten Positionen (siehe den in Fig. 10 dargestellten Zustand).

Im in Fig. 13 dargestellten Zustand ist die auf der Ölzufuhrseite vorgesehene Öffnung 195 nicht in Kommunikationsverbindung mit der Öffnung 196 oder 197, die auf der Stellantriebsseite angeordnet ist. Jedoch wird aufgrund einer Öl-Leckage Öl zum Ölzufuhrtor des Verriegelungsausschnitts 157 zugeführt (siehe Fig. 10).

Demgemäß kann selbst dann, wenn die Blende bei der Verriegelungsposition ist, eine derartige Situation entstehen, in welcher der an das Ölzufuhrtor angelegte hydraulische Druck unter der Öl-Leckage die Federkraft der Feder 156 überwindet (d. h. den vorbestimmten Entriegelungs- Hydraulikdruckwert übersteigt). In diesem Fall wird der Verriegelungsstift 155 dazu veranlaßt, sich aus dem Verriegelungsausschnitt 157 zu lösen, was zuläßt, daß sich die Blende 152 innerhalb des Gehäuses 151 bewegt oder darin arbeitet.

Zu diesem Zeitpunkt sollte erwähnt werden, daß der oben angegebene vorbestimmte Entriegelungs-Hydraulikdruck auf einen notwendigen minimalen Wert eingestellt werden kann.

Weiterhin können die Positionen (Phasen) der Blenden 152 der Stellantriebe 15 und 16, die die Rolle zum Bestimmen der Ventilzeitgabe spielen, durch Erfassen der Blendenpositionen mittels der Nockenwinkelsensoren 17 und 18 auf geeignete Weise gesteuert werden.

Die Nockenwinkelsensoren 17 und 18 sind bei den Positionen angebracht, welche diesen Sensoren ermöglichen, die relative Position zwischen der Kurbelwelle einerseits und den Nockenwellen 15C und 16C andererseits zu erfassen.

Gemäß Fig. 8 ist die Phasendifferenz relativ zum Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors bei der Position, bei welcher die Ventilzeitgabe am meisten beschleunigt ist (siehe die Kurve mit gestrichelter Linie, die in Fig. 7 gezeigt ist) durch A angezeigt, wohingegen die Phasendifferenz relativ zum Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors bei der Position, bei welcher die Ventilzeitgabe am meisten verzögert ist (siehe die Kurve mit Strich-Einzelpunkt-Linie, die in Fig. 7 gezeigt ist) durch B angezeigt ist.

Die ECU 21 ist entwickelt oder programmiert, um die Rückkopplung durchzuführen, so daß die Phasendifferenz A oder B, wie sie erfaßt wird, mit dem erwünschten Wert übereinstimmt, wodurch die Ventilzeitgabesteuerung bei gegebenen Positionen ausgeführt wird.

Genauer gesagt wird nur anhand eines Beispiels angenommen, daß auf der Einlaßseite die erfaßte Position des Nockenwinkelsensors 17 relativ zur Erfassungszeitgabe des Kurbelwinkelsensors 14 in bezug auf die erwünschte Position, die durch die ECU 21 arithmetisch bestimmt ist, verzögert ist. In diesem Fall muß die erfaßte Position (die Erfassungszeitgabe) des Nockenwinkelsensors 17 zu der erwünschten Position beschleunigt werden. Dafür wird die Menge an elektrischem Strom, der durch die Spule 193 des Öl- Steuerventils 19 fließt, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der erfaßten Position und der erwünschten Position geregelt, um dadurch die Spule 192 entsprechend zu steuern.

Weiterhin wird in dem Fall, in welchem die Differenz zwischen der gewünschten Position und der erfaßten Position groß ist, die Menge an elektrischem Strom, der zur Spule 193 des Öl- Steuerventils 19 zugeführt wird, erhöht, um zuzulassen, daß die erwünschte Position schnell erreicht wird.

Als Ergebnis davon wird die Apertur bzw. Öffnung der Öffnung 197, die in die beschleunigende hydraulische Kammer 154 des Stellantriebs 15 geöffnet ist, vergrößert, was in einem Erhöhen der Menge an Öl resultiert, die zur beschleunigenden hydraulischen Kammer 154 zugeführt wird.

Darauffolgend wird dann, wenn sich die erfaßte Position der erwünschten Position nähert, die Stromzufuhr zur Spule 193 des Öl-Steuerventils 19 verringert, so daß die Position der Spule 192 des Öl-Steuerventils 19 dem in Fig. 13 dargestellten Zustand näher kommt.

Zu dem Zeitpunkt, zu welchem eine Koinzidenz bzw. Übereinstimmung zwischen der erfaßten Position und der gewünschten Position gefunden wird, wird die elektrische Stromzufuhr zur Spule 193 so gesteuert, daß der Ölflußpfad, der zur verzögernden hydraulischen Kammer 153 und zur beschleunigenden hydraulischen Kammer 154 des Stellantriebs 15 führt, abgeschnitten wird, wie es in Fig. 13 gesehen werden kann.

Übrigens kann die erwünschte Position im normalen Motor- Betriebsmode (z. B. einem Fahrzustand, der dem Aufwärmbetrieb folgt) so eingestellt oder gebildet werden, daß eine optimale Ventilzeitgabe gemäß dem Motor-Betriebszustand realisiert werden kann, indem zuvor beispielsweise zweidimensionale Abbildungsdatenwerte, die jeweils in Entsprechung zu den Betriebszuständen (z. B. Motor-Drehgeschwindigkeiten (rpm) und Motorlasten) erhalten werden, in einem Nurlesespeicher oder ROM, der in der ECU 21 eingebaut ist, gespeichert werden.

Andererseits ist im Motor-Startbetriebsmode die Drehgeschwindigkeit der Ölpumpe, die durch den Motor 1 angetrieben wird, nicht ausreichend hoch. Folglich ist auch das Volumen des zum Stellantrieb 15 zugeführten Öls unzureichend. Somit wird die Steuerung der Ventilzeitgabe zur beschleunigten Position durch Steuern des hydraulischen Drucks, wie es zuvor beschrieben ist, praktisch unmöglich gemacht.

Wenn die Umstände so sind, muß ein Schütteln oder Flattern bzw. eine Instabilität der Blende 152 aufgrund einer Verknappung des hydraulischen Drucks durch in Eingriff bringen des Verriegelungsstifts 155 mit dem Verriegelungsausschnitt 157 verhindert werden, wie es in Fig. 10 dargestellt ist.

In diesem Fall wird dann, wenn das Einlaßventil exzessiv verzögernd aktiviert wird (d. h. wenn die Ventilzeitgabe überverzögert wird), das tatsächliche Kompressionsverhältnis erniedrigt, während eine exzessives Beschleunigen einer Aktivierung des Einlaßventils (d. h. ein Überbeschleunigen der Ventilzeitgabe) in einem Erhöhen der Zeitperiode resultieren wird, während welcher das Einlaßventil und das Auslaßventil einander überlagern. Anders ausgedrückt resultiert eine überverzögerte oder eine überbeschleunigte Aktivierung des Einlaßventils in einem Erhöhen des Pumpverlusts.

Sicher kann die überverzögerende oder überbeschleunigende Aktivierungssteuerung des Einlaßventils profitabel für ein Erhöhen der Drehgeschwindigkeit beim Motor-Startbetrieb (z. B. beim Kurbeln) und zum Triggern der Anfangsexplosion angenommen werden. Jedoch ist deshalb, weil die Verbrennung im wesentlichen inadäquat ist, eine vollständige Verbrennung oder Explosion schwierig zu realisieren.

Andererseits wird ein Überverzögern einer Aktivierung des Auslaßventils in einem Verlängern der Überlagerungsperiode resultieren, während welcher das Einlaßventil und das Auslaßventil einander überlagern, was gleich dem Fall ist, in welchem ein Betrieb des Einlaßventils exzessiv beschleunigt wird. Gegensätzlich dazu wird ein Überbeschleunigen der Auslaßventilaktivierung ein Absenken des tatsächlichen Expansionsverhältnisses mit sich bringen, was es unmöglich macht, die Verbrennungsenergie in ausreichendem Maß zur Kurbelwelle zu übertragen.

Wie es aus dem obigen offensichtlich ist, kann eine Überverzögerungs- oder Überbeschleunigungssteuerung der Ventilzeitgabe beim Motor-Startbetrieb oder sofort danach unerwünscht eine Verschlechterung der Motor-Startleistung hervorrufen, oder im schlimmsten Fall den Zustand, der unfähig zum Starten des Motorbetriebs ist.

Somit wird zum Fertigwerden mit den Problemen, wie sie beispielsweise oben angegeben sind, beim Motor-Startbetrieb, die Blende 152 bei der Verriegelungsposition fest eingestellt (d. h. nahe einer mittleren Position zwischen der am meisten verzögerten Position und der am meisten beschleunigten Position), indem der Verriegelungsstift 155 in Eingriff mit dem Verriegelungsausschnitt 157 gebracht wird, wie es in Fig. 10 gezeigt ist.

In diesem Fall wird deshalb, weil der hydraulische Druck des Schmieröls größer wird, wenn die Motor-Drehgeschwindigkeit (rpm) nach einem Startbetrieb des Motors größer wird, der hydraulische Druck aufgrund der zuvor beschriebenen Öl- Leckage selbst in dem Zustand zu den Stellantrieben 15 und 16 zugeführt, in welchem die Spule 192 bei der in Fig. 13 gezeigten Position ist.

Wenn die Umstände so sind, wird dann, wenn der an den Verriegelungsausschnitt 157 angelegte hydraulische Druck die Federkraft der Feder 156 überwindet, der Verriegelungsstift 155 veranlaßt, sich aus dem Verriegelungsausschnitt 157 zu lösen, wodurch zugelassen wird, daß sich die Blende 152 bewegt.

Somit kann der zur verzögernden hydraulischen Kammer 153 und zur beschleunigenden hydraulischen Kammer 154 zugeführte hydraulische Druck geregelt werden, wodurch die Ventilzeitgabe-Verzögerungs- oder -Beschleunigungs-Steuerung ausgeführt werden kann.

In diesem Fall wird insbesondere im Hochgeschwindigkeits- Drehbereich des Motors 1 die Ventilzeitgabe so gesteuert, daß sie für den Zweck eines Realisierens des Ansaug- Trägheitseffekts sowie einer Erhöhung der volumenmäßigen Effizienz und somit der Ausgangsleistung des Motors verglichen mit dem Motor-Startbetrieb mehr verzögert wird.

Wie es aus dem vorangehenden angenommen werden kann, werden beim Motor-Startbetrieb die Verriegelungsstifte 155 der Stellantriebe 15 und 16 im Hinblick auf ein Erhöhen der Motor-Startleistung bei einer Position nahe der Mitte zwischen der am meisten verzögerten Position und der am meisten beschleunigten Position verriegelt. Andererseits wird dann, wenn der Motorbetrieb nach einem Lösen des Verriegelungsmechanismus einmal gestartet worden ist, die Ventilzeitgabe so gesteuert, daß sie insbesondere im Hochgeschwindigkeits-Drehbereich des Motors verzögert wird.

Jedoch ist beim herkömmlichen Ventilzeitgabe-Steuersystem für den Verbrennungsmotor solchen technischen Angelegenheiten, wie einer Verbesserung der Abgasqualität und einer Förderung eines Temperaturanstiegs des Katalysators keine Beachtung geschenkt worden.

Beim herkömmlichen Ventilzeitgabe-Steuersystem für den Verbrennungsmotor wird, wie es oben beschrieben ist, der Verbesserung der Abgasqualität und der Beschleunigung oder Förderung eines Temperaturanstiegs des Katalysators keine Beachtung geschenkt. Um es anders auszudrücken, leidet das herkömmliche Ventilzeitgabe-Steuersystem an derartigen Problemen, daß die Katalysatortemperatur nicht ausreichend erhöht werden kann und daß die Qualität des Abgases noch zu verbessern ist.

Angesichts des Standes der Technik, der oben beschrieben ist, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, wobei der Stellantrieb im Motor- Startbetriebszustand oder -mode bei einer mittleren Position zwischen der am meisten verzögerten Position und der am meisten beschleunigten Position verriegelt ist, während er entriegelt wird, nachdem der Motorbetrieb begonnen hat, und wobei die Ventilzeitgabe gesteuert wird, um insbesondere beim Leerlaufbetrieb im kalten Motorzustand verzögert zu werden (d. h. im Leerlaufbetriebsmode mit kaltem Zustand), um dadurch eine Beschleunigung oder eine Förderung des Temperaturanstiegs des Katalysators und eine Reduzierung von schädlichen Abgaskomponenten effektiv zu realisieren.

Angesichts der obigen und anderer Aufgaben, die im Verlaufe der Beschreibung offensichtlich werden, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Ventilzeitgabe- Steuersystem für einen Verbrennungsmotor geschaffen, welches System eine Sensoreinrichtung zum Erfassen von Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors enthält, Einlaß- und Auslaß-Nockenwellen zum jeweiligen Antreiben von Einlaß- und Auslaßventilen des Verbrennungsmotors synchron zu einer Drehung einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, wenigstens einen Stellantrieb, der operativ mit wenigstens einer der Nockenwellen verbunden ist, zum jeweiligen Antreiben der Einlaß- und Auslaßventile, eine Hydraulikdruck-Zufuhreinheit zum Zuführen eines Hydraulikdrucks, um den Stellantrieb anzutreiben, und eine Steuereinrichtung zum Steuern des von der Hydraulikdruck-Zufuhreinheit zum Stellantrieb zugeführten Hydraulikdrucks in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, während sie eine relative Phase der Nockenwellen relativ zur Kurbelwelle ändert. Der Stellantrieb besteht aus einer verzögernden hydraulischen Kammer und einer beschleunigenden hydraulischen Kammer zum Einstellen eines Einstellbereichs der relativen Phase, einem Verriegelungsmechanismus zum Einstellen der relativen Phase auf eine Verriegelungsposition innerhalb des Einstellbereichs und einer Zufuhreinheit. Die Steuereinrichtung ist zum Antreiben des Verriegelungsmechanismus entwickelt, um dadurch die relative Phase zu steuern, damit sie zu der Verriegelungsposition eingestellt wird, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor in einem startenden Betriebszustand ist, während darin, wenn der Verbrennungsmotor in einem Zustand ist, der dem startenden Betriebszustand folgt, der Verriegelungsmechanismus mittels des Entriegelungsmechanismus gelöst wird, wobei der von der Hydraulikdruck-Zufuhreinheit zur bremsenden bzw. verzögernden hydraulischen Kammer und zur beschleunigenden hydraulischen Kammer zugeführte Hydraulikdruck gesteuert wird, um dadurch jeweils eine Brems- bzw. Verzögerungssteuerung und eine Beschleunigungssteuerung für die relative Phase auszuführen, wobei die relative Phase derart gesteuert wird, daß sie verzögert wird, wenn der Motor in einem Leerlaufbetriebsmode mit einem kalten Zustand arbeitet.

Mittels der oben beschriebenen Anordnung ist ein Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor geschaffen, wobei ein Temperaturanstiegsverhalten des Katalysators und eine Reduzierung von schädlichen Emissionsdämpfen signifikant erhöht werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Art zum Ausführen der Erfindung kann die Verriegelungsposition als Phasenposition ausgebildet sein, die für die Steuerung geeignet ist, die im Start- Betriebsmode des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, und in einem Betriebszustand, der dem Start-Betriebsmode direkt folgt.

Aufgrund des oben beschriebenen Merkmals kann das Ventilzeitgabe-Steuersystem für den Verbrennungsmotor realisiert werden, dessen Startleistung merklich verbessert werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Art zum Ausführen der Erfindung kann die Hydraulikdruck-Zufuhreinheit so entwickelt sein, daß sie den vorbestimmten Hydraulikdruck wenigstens dann für gültig erklärt, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor im Leerlaufbetriebsmode mit einem kalten Zustand arbeitet (d. h. im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand).

Mit der Anordnung des oben beschriebenen Ventilzeitgabe- Steuersystems kann die Ventilzeitgabe-Verzögerungssteuerung durch den Stellantrieb im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand des Motors durchgeführt werden, da der Verriegelungsmechanismus in diesem Mode gelöst ist. Somit können der Temperaturanstieg des Katalysators und eine Reduzierung der schädlichen Abgaskomponenten auf vorteilhafte Weise beschleunigt oder gefördert werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Art zum Ausführen der Erfindung kann die Steuereinrichtung so entwickelt sein, daß die relative Phase so gesteuert wird, daß sie zur Verriegelungsposition eingestellt wird, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufbetriebsmode für ein Aufwärmen arbeitet.

Mit der Anordnung des oben beschriebenen Ventilzeitgabe- Steuersystems kann die Motor-Betriebsleistung im Leerlaufbetrieb des Motors im Aufwärmzustand (d. h. im Aufwärm-Leerlaufbetriebsmode), der sich dem Motor- Startbetriebszustand nähert, signifikant verbessert werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Art zum Ausführen der Erfindung kann die Steuereinrichtung so entwickelt sein, daß sie eine Zündzeitgabe des Verbrennungsmotors derart steuert, daß sie verzögert wird, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand arbeitet.

Aufgrund der Anordnung des oben beschriebenen Ventilzeitgabe- Steuersystems kann der Temperaturanstieg des Katalysators und somit die Reduzierung der schädlichen Abgaskomponenten, weiter gefördert werden, was ein großer Vorteil ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Art zum Ausführen der Erfindung kann die Steuereinrichtung so entwickelt sein, daß sie eine Menge an Kraftstoff, die zum Verbrennungsmotor zugeführt wird, derart steuert, daß sie verringert wird, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand arbeitet.

Mit der Anordnung des oben beschriebenen Ventilzeitgabe- Steuersystems kann der Temperaturanstieg des Katalysators, und somit die Reduzierung der schädlichen Abgaskomponenten, auch sehr gefördert werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Art zum Ausführen der Erfindung kann die Steuereinrichtung derart entwickelt sein, daß sie die relative Phasenverzögerungssteuerung oder, alternativ dazu, die relative Phasenbeschleunigungssteuerung in Abhängigkeit von den Motor-Betriebszuständen wenigstens dann ausführt, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor in einem anderen Betriebsmode (in anderen Betriebsmoden) arbeitet, als im Aufwärm-Leerlaufbetriebsmode, nachdem der Motor warm gelaufen ist.

Mit der Anordnung bzw. dem Aufbau des oben beschriebenen Ventilzeitgabe-Steuersystems kann eine Leistung des Verbrennungsmotors in normalen Betriebsmoden beachtlich verbessert werden, was ein weiterer Vorteil ist.

Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und die zugehörigen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Lesen der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele, nur anhand eines Beispiels in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen genommen, einfacher verstanden.

Im Verlaufe der folgenden Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild ist, das eine Konfiguration eines Ventilzeitgabe-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung allgemein zeigt;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Steuerbetriebs des Ventilzeitgabe-Steuersystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Steuerbetriebs eines Ventilzeitgabe-Steuersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Steuerbetriebs des Ventilzeitgabe-Steuersystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Steuerbetriebs des Ventilzeitgabe-Steuersystems für den Verbrennungsmotor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 6 ein funktionelles Blockschaltbild ist, das eine Konfiguration eines herkömmlichen Ventilzeitgabe- Steuersystems eines Verbrennungsmotors, das bislang bekannt ist, allgemein und schematisch zeigt;

Fig. 7 eine Ansicht zum Darstellen eines Phaseneinstellbereichs des herkömmlichen Ventilzeitgabe-Steuersystems in bezug auf eine Beziehung zwischen Kurbelwinkeln und Ventilhub- Takten ist;

Fig. 8 ein Zeitdiagramm zum Darstellen herkömmlicher Phasen- oder Zeitgabebeziehungen zwischen einzelnen Ausgangs-Pulssignalen eines Kurbelwinkelsensors und von Nockenwinkelsensoren ist;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht ist, die eine interne Struktur eines herkömmlichen Stellantriebs bei einer am meisten verzögerten Zeitgabeposition ist;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht ist, die eine interne Struktur des herkömmlichen Stellantriebs bei einer Verriegelungsposition ist;

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht ist, die eine interne Struktur des herkömmlichen Stellantriebs bei einer am meisten beschleunigten Zeitgabeposition ist;

Fig. 12 eine seitliche Aufriß-Schnittansicht ist, die eine interne Struktur einer herkömmlichen Öl- Steuerventileinheit (einer Hydraulikdruck- Zufuhreinheit) in einem elektrisch entregten Zustand zeigt;

Fig. 13 eine seitliche Aufriß-Schnittansicht ist, die eine interne Struktur der herkömmlichen Öl- Steuerventileinheit in einem verriegelten Zustand zeigt; und

Fig. 14 eine seitliche Aufriß-Schnittansicht ist, die eine interne Struktur der herkömmlichen Öl- Steuerventileinheit in einem elektrisch erregten Zustand zeigt.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert in Verbindung mit dem beschrieben, was gegenwärtig als bevorzugte oder typische Ausführungsbeispiele von ihr angesehen wird. In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in allen der mehreren Ansichten.

Ausführungsbeispiel 1

Im folgenden wird ein Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine Konfiguration des Ventilzeitgabe-Steuersystems für den Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung allgemein zeigt. In der Figur sind Komponenten, die dieselben wie oder gleich denjenigen sind, die hierin zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 6 angegeben sind, mit gleichen Bezugszeichen wie denjenigen bezeichnet, die in dieser Figur verwendet sind, und eine detaillierte Beschreibung davon ist weggelassen.

Demgemäß ist im Ventilzeitgabe-Steuersystem für den Verbrennungsmotor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung der Änderungs-Steuerbereich der Ventilzeitgaben für das Einlaßventil und das Auslaßventil im wesentlichen derselbe, wie er in Fig. 7 gezeigt ist, und die Beziehung zwischen der Ausgabe des Kurbelwinkelsensors und derjenigen des Nockenwinkelsensors ist ebenso dieselbe, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist.

Weiterhin sind die Strukturen der Stellantriebe 15 und 16 im wesentlichen identisch zu denjenigen, die in den Fig. 9, 10 und 11 gezeigt sind. Darüber hinaus sind die Strukturen der Öl-Steuerventile (OCV) 19 und 20 auch im wesentlichen identisch zu denjenigen, die hierin zuvor in Zusammenhang mit den Fig. 12, 13 und 14 beschrieben sind.

Nimmt man nun Bezug auf Fig. 1, enthält eine elektronische Steuereinheit (die kurz auch ECU genannt wird) 21A, die in Fig. 1 gezeigt ist, eine Verriegelungs-Steuereinrichtung zum Einstellen der Stellantriebe 15 und 16 zu der Verriegelungsposition oder zu einem Verriegelungszustand mittels des Verriegelungsmechanismus und eine Entriegelungs- Steuereinrichtung zum Durchführen einer Verzögerungs- oder Beschleunigungssteuerung der Stellantriebe 15 und 16, nachdem die Stellantriebe 15 und 16 mittels eines Entriegelungsmechanismus nach dem Motor-Startbetrieb aus dem Verriegelungszustand gelöst sind, wie es hierin zuvor beschrieben ist.

Weiterhin enthält im Ventilzeitgabe-Steuersystem, das nun betrachtet wird, die ECU 21A eine Kaltzustand- Leerlaufbetriebs-Steuereinheit zum Steuern der Phasenwinkel der Nockenwellen 15C und 16C, um mittels der Stellantriebe 15 und 16 relativ zu den Kurbelwellen verzögert zu werden, wenn erfaßt wird, daß der Motor 1 im Leerlaufmode im kalten Motorzustand (d. h. im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand) arbeitet.

Die vorgenannte Entriegelungs-Steuereinrichtung, die in der ECU 21A enthalten ist, ist so entwickelt, daß ein vorbestimmter Hydraulikdruck von der Ölpumpe erzeugt wird, um die Stellantriebe aus dem verriegelten Zustand wenigstens dann zu lösen, wenn entschieden wird, daß der Motor 1 im Kaltzustand-Leerlaufbetriebsmode arbeitet.

Weiterhin enthält die ECU 21A des nun betrachteten Ventilzeitgabe-Steuersystems eine Aufwärm-Leerlaufbetriebs- Steuereinrichtung zum Einstellen der Stellantriebe 15 und 16 zur Verriegelungsposition oder zum Verriegelungszustand, wenn erfaßt wird, daß der Motor 1 im Leerlaufmode im Aufwärmzustand (d. h. im Aufwärm-Leerlaufbetriebsmode) arbeitet.

In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, daß die verriegelte Position der Stellantriebe 15 und 16 derart eingestellt ist, daß sie eine Position ist, die für den Motor-Startbetrieb erwünscht ist, sowie für den Motorzustand, der diesem direkt folgt.

Anders ausgedrückt ist die Position der Blende 152, die durch den Verriegelungsstift 155 verriegelt ist (siehe Fig. 10), derart eingestellt, daß die Ventilzeitgabe realisiert wird, die für den Motor-Startbetrieb geeignet ist.

Wie es hierin zuvor beschrieben ist, werden beim Motor- Startbetrieb sowie im Zustand, der diesem direkt folgt, sowohl das Überverzögern als auch das Überbeschleunigen der Ventilzeitgabe durch eine Verschlechterung der Motor- Startleistung begleitet. Somit wird die relative Position zwischen dem Verriegelungsstift 155 und dem Verriegelungsausschnitt 157 vorläufig so eingestellt, daß die Ventilzeitgaben für den Motor-Startbetrieb sowie für den direkt folgenden Motorbetrieb geeignet sind, ohne daß sie notwendigerweise auf die mittlere Position beschränkt sind, wie sie hierin zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben ist.

Beim Leerlaufbetrieb im kalten Zustand, der dem Motorstart folgt, müssen die Verriegelungsstifte 155 der Stellantriebe 15 und 16 aus den Verriegelungsausschnitten 157 gelöst werden, um zuzulassen, daß die Ventilhub-Zeitgabe derart gesteuert wird, daß sie verzögert wird.

In diesem Fall wird auch der Schmieröldruck des Motors 1 für eine Aktivierung der Stellantriebe 15 und 16, einschließlich des Betriebs zum Lösen des Verriegelungsstifts 155, verwendet. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß sich der Schmieröldruck in Abhängigkeit von der Motor- Drehgeschwindigkeit (rpm), der Öltemperatur und ähnlichem ändern wird.

Wie es bislang beschrieben ist, ist wenigstens in dem Fall eines Durchführens der Verzögerungssteuerung im Leerlaufbetrieb im kalten Zustand des Motors erforderlich, den Hydraulikdruck dafür effektiv zu machen, den Verriegelungsstift 155 zu lösen bzw. freizugeben.

Zusätzlich werden die Stellantriebe 15 und 16 nach einer Beendigung der Verzögerungssteuerung im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand so gesteuert, daß die verriegelte Position eingestellt wird.

In diesem Fall kann die Rückkopplung für ein wesentliches Beibehalten der Verriegelungsposition ausgeführt werden, während der Hydraulikdruck zum Löschen des Verriegelungszustands gehalten wird. Alternativ dazu kann der Verriegelungsstift 155 bei der Verriegelungsposition mit dem Ausschnitt in Eingriff gebracht werden.

Wenn von diesem Zustand aus das Gaspedal zum Starten eines Fahrens des Motorfahrzeugs betätigt wird, erhöht sich die Drehgeschwindigkeit (rpm) des Motors, was zum Ergebnis hat, daß der Verriegelungszustand gelöscht wird, während die Motorsteuerung in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors 1 bei der verzögerten oder beschleunigten Position (nicht der Verriegelungsposition) durchgeführt werden kann.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf ein in Fig. 2 gezeigtes Ablaufdiagramm zusammen mit den hierin zuvor angegebenen Fig. 7 bis 14 der Betrieb des Ventilzeitgabe- Steuersystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Die in Fig. 2 dargestellte Verarbeitungsroutine wird bei einer vorbestimmten Zeitgabe innerhalb der ECU 21A ausgeführt.

Gemäß Fig. 2 wird zuerst durch die ECU 21A entschieden, ob der Motor 1 im Startzustand oder im Verzögerungszustand arbeitet (Schritt S1).

Wenn im Schritt S1 entschieden wird, daß der Motor 1 im Startzustand oder im Verzögerungszustand ist (d. h. wenn der Entscheidungsschritt S1 in der Bestätigung "Ja" resultiert), wird der zu den Solenoiden oder Spulen 193 der Öl- Steuerventile 19 und 20 zugeführte Strom auf einen minimalen Strompegel oder einen Wert MIN eingestellt (Schritt S2), woraufhin die Prozedur aus der in Fig. 2 dargestellten Verarbeitungsroutine austritt.

Der minimale Stromwert MIN kann der Nichtleitungszustands- Stromwert (d. h. 0 mM sein. Es wird jedoch angenommen, den minimalen Strom MIN als Standby-Strom für den folgenden Betrieb in der Größenordnung von 100 mA zu halten.

Andererseits wird dann, wenn im Schritt S1 entschieden wird, daß der Motor weder im Startzustand noch im Verzögerungszustand ist (d. h. wenn der Entscheidungsschritt S1 in der Negierung "Nein" resultiert), darauffolgend entschieden, ob der Motor 1 im Leerlaufzustand ist oder nicht (Schritt S3).

Die Entscheidung im Schritt S3 kann durch Prüfen dessen durchgeführt werden, ob der Leerlaufschalter im Ein- oder im Auszustand ist, oder durch alternatives Prüfen, ob die Drosselklappe vollständig geschlossen ist oder nicht, wie es im Stand der Technik wohlbekannt ist.

Wenn der Entscheidungsschritt S3 darin resultiert, daß der Motor 1 nicht im Leerlaufzustand ist (d. h. wenn der Schritt S3 in "Nein" resultiert), wird die Abbildungsdatenposition (die verzögerte oder beschleunigte Position), die zum Betriebszustand des Motors 1 konform ist, für gültig erklärt (Schritt S4), woraufhin die in Fig. 2 dargestellte Verarbeitungsroutine zu einem Ende kommt.

In einem Schritt S4 wird die Rückkopplung so ausgeführt, daß die erwünschte Position als Abbildungsdaten in einem ROM (einem Nurlesespeicher) gespeichert wird, der in der ECU 21A enthalten ist.

Wie es zuvor angegeben ist, sind die Abbildungsdaten so vorbereitet, daß auf sie auf der Basis der Motor- Drehgeschwindigkeit (rpm) und der Motorlast Bezug genommen wird, die beide als Parameter dienen.

Andererseits wird dann, wenn im Schritt S3 entschieden wird, daß der Motor 1 im Leerlaufzustand ist (d. h. wenn der Entscheidungsschritt S3 in "Ja" resultiert), entschieden, ob der Motor 1 im kalten Zustand ist oder nicht (Schritt S5).

Zu diesen Zeitpunkt sollte erwähnt werden, daß der Ausdruck "kalter Zustand" den Zustand bedeutet, in welchem die Temperatur von Kühlwasser des Motors 1 nicht höher als 40°C ist.

Wenn der Entscheidungsschritt S5 zeigt, daß der Motor 1 nicht im kalten Zustand ist (d. h. wenn der Entscheidungsschritt S3 in "Nein" resultiert), werden die Blenden 152 der Stellantriebe 15 und 16 derart gesteuert, daß sie zur Verriegelungsposition eingestellt werden (Schritt S6), woraufhin die in Fig. 2 dargestellte Verarbeitungsroutine zu einem Ende kommt.

In diesem Zusammenhang wird eine Steuerung der Stellantriebe 15 und 16 zur Verriegelungsposition so durchgeführt, daß die Nockenphase, die die Ventilzeitgabe bestimmt, fest zu einer Position eingestellt wird, die nicht nur für den Zustand für den und direkt nach dem Motor-Startbetrieb geeignet ist, der zuvor beschrieben ist, sondern auch zum Sicherstellen der Stabilität des Leerlaufbetriebs geeignet ist.

Gegensätzlich dazu wird dann, wenn im Schritt S5 entschieden wird, daß der Motor 1 im kalten Zustand ist (d. h. wenn der Entscheidungsschritt S5 in "Ja" resultiert), die Ventilzeitgabe so gesteuert, daß sie verzögert wird (Schritt S7), woraufhin die Steuerprozedur aus der in Fig. 2 dargestellten Verarbeitungsroutine austritt.

Wenn die Ventilzeitgabe im Schritt S7 derart gesteuert wird, daß sie verzögert ist, kann die Ventilzeitgabe so gesteuert werden, daß sie auf die am meisten verzögerte Position eingestellt wird oder, alternativ dazu, auf eine gegebene Position zwischen der Verriegelungsposition und der am meisten verzögerten Position.

Die Verzögerungsposition, die im Schritt S7 eingestellt wird, sollte vorzugsweise beispielsweise eine solche Position sein, bei welcher der Temperaturerhöhungseffekt des Katalysators 12 signifikant ist (z. B. eine Position, bei welcher die Temperatur des Abgases auf eine höchste Rate ansteigt) und bei welcher die Menge an Hydrocarbon (HC), das im Abgas enthalten ist, auf ein Minimum unterdrückt bzw. gedrückt werden kann.

Wie es aus dem obigen offensichtlich ist, wird dann, wenn der Motor 1 nach dem Startbetrieb im Leerlaufmode im kalten Zustand arbeitet, die Ventilzeitgabe derart gesteuert, daß sie verzögert wird (Schritt S7). Als Ergebnis davon steigt die Temperatur des Abgases schnell an, was zum Fördern des Temperaturanstiegs des Katalysators 12 effektiv ist.

Insbesondere kann durch Verzögern des Startzeitgabe für ein offenes Ventil des Auslaßventils das Auslaßgas, das einmal in das Auslaßrohr 10 entladen ist, wieder in die Verbrennungskammer des Motors 1 hereingenommen werden. In diesem Fall wird die Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer langsam durchgeführt, was zum Ergebnis hat, daß die Temperatur des Abgases erhöht wird. Dies trägt zu einer Beschleunigung eines Temperaturanstiegs des Katalysators 12 bei.

Weiterhin kann dann, wenn die Ventilzeitgaben von sowohl den Einlaß- als auch den Auslaßventilen gleichzeitig derart gesteuert werden, daß sie verzögert sind, die Ventilüberlagerungsperiode unverändert bleiben. Demgemäß kann eine Stabilität des Motorbetriebs im Leerlaufmode erhöht werden.

Mit dem Verriegelungsmechanismus, der in den Stellantrieben 15 und 16 enthalten ist, werden die Blenden 152 bei der Verriegelungsposition zwischengespeichert, die für den Motor- Startbetrieb geeignet ist, sowie für den direkt nachfolgenden Zustand, und zwar innerhalb des Zeitgabeänderungs- Steuerbereichs (ausschließlich der am meisten verzögerten Position und der am meisten beschleunigten Position). Als Ergebnis davon kann die Startleistung des Motors verbessert werden.

Weiterhin kann deshalb, weil der Verriegelungsmechanismus unter der Wirkung des von der Ölpumpe wenigstens im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand nach dem Startbetrieb zugeführten vorbestimmten Hydraulikdrucks gelöst bzw. freigegeben wird, die Verzögerungssteuerung der Stellantriebe 15 und 16 bewirkt werden. Somit wird selbst im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand ein Auslaßgas hoher Temperatur entladen, wodurch eine Aktivierung des Katalysators 12 gefördert wird, was effektiv für eine Reduzierung der schädlichen Auslaßgaskomponenten ist.

Darüber hinaus kann im Aufwärm-Leerlaufbetriebsmode nach dem Motor-Startbetrieb (im Zustand nahe dem Motor- Startbetriebszustand) eine Antriebsleistung durch Steuern der Stellantriebe 15 und 16 zur Verriegelungsposition erhöht werden.

Zusätzlich kann im Betriebszustand außer im Leerlaufzustand nach dem Aufwärmbetrieb des Motors (z. B. wenigstens im normalen Fahrzustand) die Verzögerungs-/Beschleunigungs- Steuerung der Ventilzeitgaben, die für den normalen Fahrbetrieb geeignet sind, in Abhängigkeit von den Betriebszuständen ausgeführt werden.

Im Ventilzeitgabe-Steuersystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Stellantriebe 15 und 16 jeweils in Verbindung mit sowohl der Nockenwelle 15C für die Einlaßventile als auch der Nockenwelle 16C für die Auslaßventile angeordnet. Jedoch ist die Erfindung nicht auf einen derartigen Aufbau beschränkt. Nur einer der Stellantriebe 15 und 16 kann in Verbindung mit einer der Nockenwelle 15C und 16C angeordnet sein.

Weiterhin sind beim Ventilzeitgabe-Steuersystem, das oben beschrieben ist, die Stellantriebe 15 und 16 so implementiert, daß die Blenden 152 zum Ändern des Phasenwinkels innerhalb der jeweiligen Gehäuse in Drehrichtung bewegt werden, wie es hierin zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 11 beschrieben ist. Jedoch ist die Erfindung nicht auf den Stellantrieb einer solchen Struktur beschränkt. Es muß nicht gesagt werden, daß andere Typen von Stellantrieben, wie beispielsweise einen Stellantrieb vom Wanderwellentyp oder ähnlichem, gleichermaßen verwendet werden können. Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft das Ventilzeitgabe-Steuersystem, bei welchem die Verzögerungssteuerung der Zündzeitgabe angenommen ist.

Ausführungsbeispiel 2

Im Fall des Ventilzeitgabe-Steuersystems für den Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Temperaturanstieg des Katalysators 12 und die beschleunigte Reinigung des Abgases durch die Ventilzeitgabe-Verzögerungssteuerung realisiert, die mit der Hilfe der Stellantriebe 15 und 16 im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand des Motors 1 durchgeführt wird. Es sollte jedoch beachtet werden, daß zusätzlich zu einer solchen Ventilzeitgabe-Verzögerungssteuerung die Zündzeitgabe des Motors 1 so gesteuert werden kann, daß sie verzögert ist.

Im folgenden wird das Ventilzeitgabe-Steuersystem für den Verbrennungsmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, welches System entwickelt ist, um die Zündzeitgabe des Motors so zu steuern, daß sie im Leerlaufbetrieb verzögert ist, der im Motor 1 in seinem kalten Zustand ausgeführt wird.

Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Steuerbetriebs des Ventilzeitgabe-Steuersystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Verarbeitungsschritte, die gleich denjenigen sind, die zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben sind, mit gleichen Schritt-Identifizierungsnummern bezeichnet sind, und eine detaillierte wiederholte Beschreibung dieser Schritte ist weggelassen.

Nimmt man nun Bezug auf Fig. 3, steuert die ECU 21A (siehe Fig. 1) dann, wenn durch die ECU 21A (siehe Fig. 1) in den Schritten S3 und S5 entschieden wird, daß der Betriebszustand des Motors 1 im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand ist (d. h. wenn die Entscheidungsschritte S3 und S5 in einer Bestätigung von "Ja" resultieren), die Stellantriebe 15 und 16 so, daß Betriebszeitgaben von ihnen verzögert sind (Schritt S7), während sie die Zündzeitgabe des Motors 1 so steuert, daß sie gleichzeitig auch verzögert ist (Schritt S8). Dann gelangt die in Fig. 3 gezeigte Verarbeitungsroutine zu einem Ende.

Auf diese Weise wird durch Steuern der Zündzeitgabe im Schritt S8 so, daß sie verzögert ist, eine Geschwindigkeit oder eine Rate der Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer des Motorzylinders erniedrigt, und der Temperaturanstieg des Auslaßgases wird gefördert.

Somit steigt die Temperatur des Katalysators 12 durch Annehmen der Zündzeitgabe-Verzögerungssteuerung in Kombination mit der Verzögerungssteuerung der hierin zuvor beschriebenen Ventilzeitgabe effektiv an.

Es ist auch zu beachten, daß durch Steuern der Ventilzeitgaben von sowohl den Einlaßventilen als auch den Auslaßventilen derart, daß sie verzögert sind, die Zeit, während welcher die Einlaß- und Auslaßventile einander überlagern, unverändert bleiben kann, wie es zuvor beschrieben ist. Somit kann die Stabilität des Leerlaufbetriebs erhöht werden.

Wie es nun eingeschätzt werden kann, kann durch Steuern der Zündzeitgabe des Motors so, daß sie verzögert ist, während die Ventilzeitgabe so gesteuert wird, daß sie im Leerlaufbetrieb des Motors 1 in seinem kalten Zustand verzögert ist, das Auslaßgas mit einer höheren Temperatur als derjenigen, die zuvor beschrieben ist, in den Katalysator 12 fließen. Als Ergebnis davon wird der Katalysator 12 verglichen mit dem Fall des ersten Ausführungsbeispiels schneller auf eine hohe Temperatur aufgeheizt, um dadurch zu einem früheren Zeitpunkt aktiviert zu werden.

Ausführungsbeispiel 3

Im Fall des Ventilzeitgabe-Steuersystems für den Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Zündzeitgabe des Motors so gesteuert, daß sie verzögert wird, zusätzlich zur Verzögerungssteuerung der Stellantriebe 15 und 16 im Leerlaufbetrieb des Motors 1 in seinem kalten Zustand. Es ist jedoch zu beachten, daß die Menge an Kraftstoff, die zu den Zylindern des Motors 1 zugeführt wird, auch so gesteuert werden kann, daß sie für den gleichen Effekt wesentlich verringert wird. Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft das Ventilzeitgabe-Steuersystem, bei welchem die Einspritz- Kraftstoffmengen-Verringerungssteuerung angenommen ist.

Im folgenden wird das Ventilzeitgabe-Steuersystem für den Verbrennungsmotor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, welches System entwickelt ist, um die Kraftstoffeinspritzmengen-Verringerung im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand des Motors 1 durchzuführen.

Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm zum Darstellen des Steuerbetriebs des Ventilzeitgabe-Steuersystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Verarbeitungsschritte, die gleich denjenigen sind, die zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben sind, mit gleichen Schrittnummern bezeichnet sind, und eine detaillierte wiederholte Beschreibung von diesen Schritten ist weggelassen.

Nimmt man nun Bezug auf Fig. 4, steuert die ECU 21A dann, wenn durch die ECU 21A (siehe Fig. 1) in den Schritten S3 und S5 entschieden wird, daß der Betriebszustand des Motors 1 im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand ist (d. h. wenn die Entscheidungsschritte S3 und S5 in einer Bestätigung von "Ja" resultieren), die Stellantriebe 15 und 16 so, daß die Ventilaktivierungszeitgaben verzögert sind (Schritt S7), während sie die Kraftstoffmenge, die in die Zylinder des Motors 1 zugeführt oder injiziert wird, so steuert, daß sie verringert ist, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F einen mageren Wert annimmt (Schritt S9). Dann gelangt die in Fig. 4 dargestellte Verarbeitungsroutine zu einem Ende.

Auf diese Weise werden dann, wenn entschieden wird, daß der Motor 1 im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand ist (d. h. im Kaltzustands-Leerlaufbetriebsmode), die Ventilzeitgaben so gesteuert, daß sie verzögert sind (Schritt S7), während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F durch die Kraftstoffeinspritzverringerungssteuerung (Schritt S9) so gesteuert wird, daß es mager wird. Dann wird die Menge an schädlichen Komponenten, wie beispielsweise von Hydrocarbon (HC) und anderen Komponenten, die im Auslaßgas enthalten sind, verglichen mit der Reduzierung nur unter der Wirkung des Temperaturanstiegs des Katalysators 12, die oben angegeben ist, weiter reduziert, wodurch eine Reinigung des Auslaßgases sehr gefördert werden kann.

Wie es aus dem vorangehenden klar ist, wird im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand des Motors der Temperaturanstieg des Katalysators 12 derart gefördert, daß er zu einem früheren Zeitpunkt aktiviert wird, und somit können Hydrocarbon (HC) und andere Komponenten, die durch das Auslaßgas getragen werden, weiter verringert werden.

Ausführungsbeispiel 4

Im Fall des Ventilzeitgabe-Steuersystems für den Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Zündzeitgabe des Motors derart gesteuert, daß sie verzögert ist, während beim System gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die Kraftstoffeinspritzmenge derart gesteuert wird, daß sie verringert ist, zusätzlich zur Ventilzeitgabe-Verzögerungssteuerung, die durch die Stellantriebe 15 und 16 im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand des Motors 1 durchgeführt wird. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß sowohl die Zündzeitgabe- Verzögerungssteuerung als auch die Kraftstoffeinspritzmengen- Verringerungssteuerung gleichzeitig ausgeführt werden können. Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft das Ventilzeitgabe-Steuersystem, bei welchem eine gleichzeitige Steuerung der Zündzeitgabe und der Kraftstoffeinspritzmenge angenommen ist.

Im folgenden wird das Ventilzeitgabe-Steuersystem für den Verbrennungsmotor gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei sowohl die Zündzeitgabe-Verzögerungssteuerung als auch die Kraftstoffeinspritzmengen-Verringerungssteuerung gleichzeitig oder zusammen im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand des Motors 1 ausgeführt werden.

Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Steuerbetriebs des Ventilzeitgabe-Steuersystems gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Verarbeitungsschritte, die gleich denjenigen sind, die zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 4 beschrieben sind, mit gleichen Schrittnummern bezeichnet sind, und eine detaillierte wiederholte Beschreibung dieser Schritte ist weggelassen.

Nimmt man Bezug auf Fig. 5, steuert die ECU 21A dann, wenn durch die ECU 21A (siehe Fig. 1) in den Schritten S3 und S5 entschieden wird, daß der Betriebszustand des Motors 1 im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand ist (d. h. wenn die Entscheidungsschritte S3 und S5 in "Ja" resultieren), die Stellantriebe 15 und 16 so, daß Ventilzeitgaben dadurch verzögert werden (Schritt S7), während die Zündzeitgabe derart gesteuert wird, daß sie verzögert ist, wobei das Luft- Kraftstoff-Verhältnis A/F derart gesteuert wird, daß es einen mageren Pegel annimmt (Schritt S9), woraufhin die in Fig. 5 gezeigte Verarbeitungsroutine zu einem Ende kommt.

Auf diese Weise kann durch gleichzeitiges Ausführen der Zündzeitgaben-Verzögerungssteuerung und der Kraftstoffeinspritzverringerungssteuerung gleichzeitig mit der Ventilzeitgaben-Verzögerungssteuerung der Stellantriebe 15 und 16 im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand des Motors 1 der Temperaturanstieg des Katalysators 12 sehr beschleunigt werden, wodurch Hydrocarbon (HC) und andere Komponenten, die im Auslaßgas enthalten sind, effizienter reduziert werden können.

Viele Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung offensichtlich, und somit sollen die beigefügten Ansprüche alle derartigen Merkmale und Vorteile des Systems abdecken, die in den richtigen Sinngehalt und Schutzumfang der Erfindung fallen. Weiterhin ist deshalb, weil Fachleuten auf dem Gebiet ohne weiteres zahlreiche Modifikationen und Kombinationen einfallen werden, nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die exakte Konstruktion und den exakten Betrieb zu beschränken, die dargestellt und beschrieben sind. Demgemäß kann von allen geeigneten Modifikationen und Äquivalenten Gebrauch gemacht werden, die in den Sinngehalt und Schutzumfang der Erfindung fallen.

Claims (7)

1. Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, das folgendes aufweist:
eine Sensoreinrichtung (3, 11, 14, 17, 18) zum Erfassen von Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors (1);
Einlaß- und Auslaß-Nockenwellen (15C, 16C) zum jeweiligen Antreiben von Einlaß- und Auslaßventilen des Verbrennungsmotors (1) synchron zu einer Drehung einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (1);
wenigstens einen Stellantrieb (15, 16), der mit wenigstens einer der Nockenwellen (15C, 16C) operativ verbunden ist, zum jeweiligen Antreiben der Einlaß- und Auslaßventile;
eine Hydraulikdruck-Zufuhreinheit (19, 20) zum Zuführen eines Hydraulikdrucks zum Antreiben des Stellantriebs (15, 16); und
eine Steuereinrichtung (21A) zum Steuern des von der Hydraulikdruck-Zufuhreinheit (19, 20) zum Stellantrieb (15, 16) zugeführten Hydraulikdrucks in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors (1), während sie eine relative Phase der Nockenwelle (15C, 16C) relativ zur Kurbelwelle ändert,
wobei der Stellantrieb (15, 16) folgendes enthält:
eine verzögernde hydraulische Kammer (153) und eine beschleunigende hydraulische Kammer (154) zum Einstellen eines Einstellbereichs der relativen Phase;
einen Verriegelungsmechanismus (155, 157) zum Einstellen der relativen Phase zu einer Verriegelungsposition innerhalb des Einstellbereichs; und
einen Entriegelungsmechanismus (156) zum Lösen bzw. Freigeben des Verriegelungsmechanismus in Antwort auf einen vorbestimmten Pegel des von der Hydraulikdruck- Zufuhreinheit (19, 20) zugeführten Hydraulikdrucks, und wobei die Steuereinrichtung (21A) zum Antreiben des Verriegelungsmechanismus entwickelt ist, um dadurch die relative Phase derart zu steuern, daß sie zur Verriegelungsposition eingestellt wird, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor (1) in einem Startbetriebszustand ist, während dann, wenn der Verbrennungsmotor (1) in einem Zustand ist, der dem Startbetriebszustand folgt, der Verriegelungsmechanismus mittels des Entriegelungsmechanismus gelöst bzw. freigegeben wird, wobei der von der Hydraulikdruck- Zufuhreinheit (19, 20) zur verzögernden hydraulischen Kammer (153) und zur beschleunigenden hydraulischen Kammer (154) zugeführte Hydraulikdruck derart gesteuert wird, um dadurch für die relative Phase jeweils eine Verzögerungssteuerung und eine Beschleunigungssteuerung auszuführen, wodurch die relative Phase derart gesteuert wird, daß sie verzögert ist, wenn der Motor in einem Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand arbeitet.

2. Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Verriegelungsposition als eine Phasenposition ausgebildet ist, die für die Steuerung geeignet ist, die im Startbetriebsmode des Verbrennungsmotors (1) durchgeführt wird, und in einem Betriebszustand, der dem Startbetriebsmode direkt folgt.

3. Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hydraulikdruck-Zufuhreinheit (19, 20) derart entwickelt ist, daß sie den vorbestimmten Hydraulikdruck wenigstens für gültig erklärt, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor (1) im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand arbeitet.

4. Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (21A) derart entwickelt ist, daß sie die relative Phase derart steuert, daß sie zur Verriegelungsposition eingestellt wird, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor (1) in einem Aufwärm- Leerlaufbetriebsmode arbeitet.

5. Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtung (21A) derart entwickelt ist, daß sie eine Zündzeitgabe des Verbrennungsmotors (1) derart steuert, daß sie verzögert wird, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand arbeitet.

6. Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (21A) derart entwickelt ist, daß sie eine Menge an. Kraftstoff, die zum Verbrennungsmotor (1) zugeführt wird, derart steuert, daß sie verringert wird, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand arbeitet.

7. Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (21A) derart entwickelt ist, daß sie die relative Phasenverzögerungssteuerung oder, alternativ dazu, die relative Phasenbeschleunigungssteuerung wenigstens dann in Abhängigkeit von den Motor-Betriebszuständen ausführt, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor (1) in einem anderen Betriebsmode (in anderen Betriebsmoden) als im Aufwärm-Leerlaufbetriebsmode arbeitet, nachdem der Motor warmgelaufen ist.