DE10137367B4 - Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
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Abstract
Ventilzeitgabe-Steuersystem
für einen
Verbrennungsmotor, enthaltend:
– 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) betriebsgemäß verbunden ist, zum jeweiligen Antreiben der Einlass- und Auslassventile;
– eine Hydraulikdruck-Zuführeinheit (19, 20) zum Zuführen eines Hydraulikdrucks zum Antreiben des Stellantriebs (15, 16); und
– eine Steuereinrichtung (21A) zum Steuern des von der Hydraulikdruck-Zuführeinheit (19, 20) zum Stellantrieb (15, 16) zugeführten Hydraulikdrucks in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors (1), um die Phase der Nockenwelle (15C, 16C) relativ zur Kurbelwelle zu ändern;
wobei der Stellantrieb (15, 16) enthält:
– eine verzögernde hydraulische Kammer (153) und eine beschleunigende hydraulische Kammer (154) zum Einstellen...
– 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) betriebsgemäß verbunden ist, zum jeweiligen Antreiben der Einlass- und Auslassventile;
– eine Hydraulikdruck-Zuführeinheit (19, 20) zum Zuführen eines Hydraulikdrucks zum Antreiben des Stellantriebs (15, 16); und
– eine Steuereinrichtung (21A) zum Steuern des von der Hydraulikdruck-Zuführeinheit (19, 20) zum Stellantrieb (15, 16) zugeführten Hydraulikdrucks in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors (1), um die Phase der Nockenwelle (15C, 16C) relativ zur Kurbelwelle zu ändern;
wobei der Stellantrieb (15, 16) enthält:
– eine verzögernde hydraulische Kammer (153) und eine beschleunigende hydraulische Kammer (154) zum Einstellen...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
- 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 einem 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 Umschädlichmachen 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 JP-9324613 A 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 u.a. einem Rotor besteht, der jeweils innerhalb eines Gehäuses drehbar angeordnet ist, um die Phase (oder eine Winkelposition) der Nockenwellen zu ändern, welche zum Antreiben der Einlaßventile und der Auslaßventile geeignet ist. Übrigens wird die Anordnung des Rotors später beschrieben.
- Zu diesem Zeitpunkt sollte jedoch erwähnt werden, daß der Rotor 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.
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
6 sind in Zusammenhang mit dem Einlaßrohr4 zum Zuführen von Luft in eine Verbrennungskammer (Verbrennungskammern), die innerhalb des Zylinders (der Zylinder) des Motors1 definiert ist (sind), ein Luftreiniger2 zum Reinigen der Einlaßluft und ein Luftflußsensor3 zum Messen der Quantität bzw. Menge oder einer Durchflußrate von Einlaßluft vorgesehen. Weiterhin sind im Einlaßrohr4 eine Drosselklappe5 zum Einstellen oder Regulieren der Einlaßluft-Quantität bzw. -Menge (d.h. des Betrags oder der Flußrate der Einlaßluft) eingebaut bzw. installiert, um dadurch die Leistung des Motors1 zu steuern, ein Leerlaufgeschwindigkeits-Steuerventil (das auch einfach kurz ISCV genannt wird)6 zum Einstellen oder Regeln des Einlaß-Luftflusses, der die Drosselklappe5 umgeht, um dadurch die Motor-Drehgeschwindigkeits-(rpm-)Steuerung im Leerlaufbetriebsmodus zu bewirken, und eine Kraftstoff-Einspritzeinheit7 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 Zündkerze8 zum Erzeugen einer Funkenentladung zum Triggern bzw. Anstoßen einer Verbrennung der in der innerhalb des Zylinders definierten Verbrennungskammer geladenen Luft-Kraftstoff-Mischung vorgesehen. Dafür ist die Zündkerze8 mit einer Zündspule9 elektrisch verbunden, die elektrische Energie hoher Spannung zur Zündkerze8 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-Sensor11 und ein katalytischer Wandler12 sind im Auslaßrohr10 angeordnet. Der O2-Sensor11 dient zum Erfassendes 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 Sensorplatte13 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 Sensorplatte13 bei einer Position diametral gegenüberliegend zum Außenumfang der Sensorplatte13 eingebaut. Somit kann der Kurbelwinkelsensor14 jedesmal dann, wenn der Vorsprung der Sensorplatte13 am Kurbelwinkelsensor14 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 Einlaßrohr4 und das Auslaßrohr10 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 und16 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 und16 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 Nockenwellen15C bzw.16C relativ zur Kurbelwelle zu ändern oder zu variieren. - Nockenwinkelsensoren
17 und18 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 Nockenwinkelsensoren17 und18 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 gleich wie beim Kurbelwinkelsensor14 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 und20 bilden in Kooperation mit Ölpumpen (nicht gezeigt) Hydraulikdruck-Zufuhreinheiten und dienen zum Steuern oder Regeln des zu den einzelnen Stellantrieben15 und16 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 ECU21 damit beschäftigt, die Kraftstoff-Einspritzeinheiten7 und die Zündkerzen8 sowie die Nockenphasen (die Winkelpositionen der Nocken) der Stellantriebe15 und16 in Abhängigkeit von den Motor-Betriebszuständen zu steuern, die durch die verschiedenen Sensoren erfaßt werden, wie beispielsweise den Luftflußsensor3 , den O2-Sensor11 , den Kurbelwinkelsensor14 und die Nockenwinkelsensoren17 und18 . - 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 Motor1 zum Erfassen der Temperatur von Kühlwasser für ihn vorgesehen ist. Der Drosselöffnungsgrad und die Kühlwassertemperatur, wie sie erfaßt werden, werden auch zur ECU21 eingegeben, und zwar als die Information, die den Betriebszustand des Motors1 anzeigt, was ähnlich der oben angegebenen Information der verschiedenen Sensoren ist. - Als nächstes wird der herkömmliche Motor-Steuerbetrieb beschrieben, der durch das in
6 gezeigte Ventilzeitgabe-Steuersystem nach dem Stand der Technik durchgeführt wird. Zuerst mißt der Luftflußsensor3 die Luftmenge (eine Durchflußrate der Einlaßluft), die zum Motor1 zugeführt wird, wobei die Ausgabe des Luftflußsensors3 als die Erfassungsinformation, die den Betriebszustand des Motors anzeigt, zur ECU21 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-Einspritzeinheit7 entsprechend anzutreiben oder zu aktivieren. Gleichzeitig steuert die ECU21 die Zeitdauer für eine elektrische Erregung der Zündspule9 sowie die Zeitgabe für deren Unterbrechung, um dadurch eine Funkenentladung bei der Zündkerze8 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 dem Motor zugeführt wird, um dadurch das Ausgangsdrehmoment oder die Leistung entsprechend zu steuern, das bzw. die durch den Motor1 erzeugt wird. Das Abgas, das aus der Verbrennung der Luft-Kraftstoff-Mischung innerhalb des Zylinders des Motors1 resultiert, wird durch das Auslaßrohr10 entladen. - In diesem Fall wandelt der innerhalb des Auslaßrohrs
10 bei einer mittleren Stelle davon angeordnete katalytische Wandler12 die schädlichen Komponenten, die im Abgas enthalten sind, wie beispielsweise Hydrocarbon (HC) (unverbranntes Gas), Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffoxide (NOx), 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-Sensor11 in Verbindung mit dem Auslaßrohr10 eingebaut, um die Menge an Restsauerstoff zu erfassen, die im Auslaßgas enthalten ist. Das Ausgangssignal des O2-Sensors11 wird zur elektronischen Steuereinheit oder ECU21 eingegeben, die darauf durch Regeln der Menge an Kraftstoff, die durch die Kraftstoff-Einspritzeinheit7 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 Stellantriebe15 und16 (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
7 bis14 der Phasenwinkel-Steuerbetrieb konkret beschrieben, der für die Nockenwellen15C und16C 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.
-
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
7 stellt eine Kurve mit einer Strich-Einzelpunkt-Linie eine Änderung des Ventilhub-Takts dar, der im am meisten verzögerten Zustand mechanisch begrenzt ist, und eine Kurve mit gestrichelter Linie stellt eine Änderung des Ventilhub-Takts dar, der in bezug auf den am meisten beschleunigten Zustand mechanisch begrenzt ist, und eine Kurve mit durchgezogener Linie stellt eine Änderung des Ventilhub-Takts in einem durch einen Verriegelungsmechanismus (der hierin nachfolgend beschrieben ist) eingestellten verriegelten Zustand dar. - In bezug auf
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.
-
8 ist ein Zeitdiagramm zum Darstellen von Phasen- oder Zeitgabebeziehungen zwischen dem Ausgangs-Pulssignal des Kurbelwinkelsensors14 einerseits und demjenigen des Nockenwinkelsensors17 oder18 andererseits. Genauer gesagt sind in8 die Ausgangs-Pulssignale des Nockenwinkelsensors17 oder18 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 oder18 relativ zum Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors14 (d.h. zum Kurbelwinkelsignal) in Abhängigkeit von den Positionen anders wird, bei welchen die Nockenwinkelsensoren17 und18 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 und16 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 auf7 angegebenen variablen Bereichs annehmen. - Die
9 bis11 sind Ansichten, die interne Strukturen der Stellantriebe15 und16 zeigen, die in einer im wesentlichen identischen Struktur implementiert sind. Genauer gesagt zeigt9 sie in einem Zustand, in welchem die Nockenphase auf die am meisten verzögerte Position (entsprechend dem Zustand, der in7 durch die Kurve mit einer Strich-Einzelpunkt-Linie angezeigt ist) eingestellt ist, zeigt10 sie in einem Zustand, in welchem die Nockenphase auf die verriegelte oder die Verriegelungsposition (entsprechend dem Zustand, der in7 durch die Kurve mit durchgezogener Linie angezeigt ist) eingestellt ist, und zeigt11 sie in einem Zustand, in welchem die Nockenphase auf die am meisten beschleunigte Position (entsprechend dem Zustand, der in7 durch die Kurve mit gestrichelter Linie angezeigt ist) eingestellt ist. - Gemäß den
9 ,10 und11 besteht jeder der Stellantriebe15 und16 aus einem Gehäuse151 , das in der Richtung drehbar ist, die durch einen Pfeil angezeigt ist, einem Rotor152 , der zusammen mit dem Gehäuse151 drehbar ist, einer verzögernden hydraulischen Kammer153 und einer beschleunigenden hydraulischen Kammer154 , die beide intern vom Gehäuse151 definiert sind, einem Verriegelungsstift155 und einer Feder156 , die auch innerhalb des Gehäuses151 vorgesehen sind, und Verriegelungssusschnitte bzw. -vertiefungen157 , die in dem Rotor152 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) des Rotors
152 innerhalb des Gehäuses151 in Antwort auf den selektiv zur verzögernden hydraulischen Kammer153 oder zur beschleunigenden hydraulischen Kammer154 zugeführten hydraulischen Druck verschiebt. - Der Bereich eines Betriebs (der hierin nachfolgend auch Betriebsbereich genannt wird) der Blende
152 wird durch die verzögernde hydraulische Kammer153 und die beschleunigende hydraulische Kammer154 bestimmt oder definiert. - Die Feder
156 zwingt den Verriegelungsstift155 elastisch in die vorstehende Richtung, während der Verriegelungsausschnitt157 bei einer vorbestimmten Blenden-Verriegelungsposition gebildet ist, so daß der Ausschnitt157 dem spitzen Ende des Verriegelungsstifts155 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 Kammer153 und der beschleunigenden hydraulischen Kammer154 zugeführt wird, innerhalb welcher ein höherer hydraulischer Druck vorherrscht. - Die Blenden
152 , die entwickelt sind, um innerhalb der verzögernden hydraulischen Kammer153 und der beschleunigenden hydraulischen Kammer154 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 Nockenwellen15C und16C 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 Blende152 versehen, so daß sie die beschleunigte Position gegenüber der Reaktionskraft der Nockenwelle16C annehmen kann. - Die Stellantriebe
15 und16 werden unter dem hydraulischen Druck eines Schmieröls des Motors1 , das durch die Öl-Steuerventile19 und20 zugeführt wird, angetrieben. Zum Steuern der Nockenwinkelphasen der Stellantriebe15 und16 auf eine derartige Weise, wie sie in den9 bis11 dargestellt ist, wird die Menge an Öl (d.h. der hydraulische Druck), die zu den Stellantrieben15 und16 zugeführt wird, gesteuert. - Anhand eines Beispiels kann eine Regelung der Nockenwinkelphase zur am meisten verzögerten Position, wie sie in
9 dargestellt ist, durch Zuführen von Öl in die verzögernde hydraulische Kammer153 realisiert werden. Gegensätzlich dazu kann eine Regelung der Nockenwinkelphase zur am meisten beschleunigten Position, wie sie in11 dargestellt ist, durch Zuführen von Öl in die beschleunigende hydraulische Kammer153 bewirkt werden. - Die Öl-Steuerventile
19 und20 sind damit beschäftigt, entweder die verzögernde hydraulische Kammer153 oder die beschleunigende hydraulische Kammer154 für die Ölzufuhr auszuwählen. Die12 ,13 und14 zeigen in seitlichen Aufriß-Schnittansichten die interne Strukturen der Öl-Steuerventile19 und20 , die im wesentlichen identisch implementiert sind. - Gemäß den
12 bis14 besteht jedes der Öl-Steuerventile19 und20 aus einem zylindrischen Gehäuse191 , einer Spule192 , die innerhalb des Gehäuses191 gleitbar angeordnet ist, einer Magnetspule193 zum kontinuierlichen Antreiben der Spule192 und einer Feder194 zum elastischen Zwingen bzw. Treiben bzw. Drängen der Spule192 in der Rückstellrichtung. - Das Gehäuse
191 ist mit einer Öffnung195 versehen, die hydraulisch mit einer Pumpe (nicht gezeigt) kommuniziert, Öffnungen196 und197 , die hydraulisch mit dem Stellantrieb15 oder16 verbunden sind, und Drainageöffnungen198 und199 , die fluidmäßig mit einer Ölwanne in Kommunikationsverbindung sind. - Die Öffnung
196 kann mit der verzögernden hydraulischen Kammer153 des Stellantriebs15 oder der beschleunigenden hydraulischen Kammer154 des Stellantriebs16 in Kommunikationsverbindung sein. Andererseits kann die Öffnung197 mit der beschleunigenden hydraulischen Kammer154 des Stellantriebs15 oder der verzögernden hydraulischen Kammer153 des Stellantriebs16 in Kommunikationsverbindung sein. - Die Öffnungen
196 und197 werden in Abhängigkeit von der axialen Position der Spule192 (d.h. der Position der Spule in ihrer Längsrichtung) selektiv in Kommunikation mit der Ölzufuhröffnung195 versetzt. Im in12 gezeigten Zustand ist die Öffnung195 derart gezeigt, daß sie in Kommunikationsverbindung mit der Öffnung196 versetzt worden ist, während in14 die Öffnung195 derart gezeigt ist, daß sie in Kommunikationsverbindung mit der Öffnung197 steht. - Gleichermaßen werden die Drainageöffnungen
198 und199 in Abhängigkeit von der axialen Position der Spule192 selektiv in eine Kommunikation mit der Öffnung197 oder196 versetzt. Im in12 gezeigten Zustand ist die Öffnung197 derart gezeigt, daß sie in Kommunikationsverbindung mit der Öffnung198 ist, während die Öffnung196 in14 derart ist, daß sie in Kommunikationsverbindung mit der Öffnung199 ist. - Das Ölzufuhrtor, das im Verriegelungsausschnitt
157 ausgebildet ist, ist so angeordnet, daß ihm Öl zugeführt wird, wenn die Öl-Steuerventile19 und20 im elektrisch angetriebenen Zustand sind (siehe14 ). Genauer gesagt wird dann, wenn der an den Verriegelungsausschnitt157 angelegte hydraulische Druck größer als die Federkraft der Feder156 wird, der Verriegelungsstift155 vom Verriegelungsausschnitt157 nach außen gedrückt bzw. gestoßen, wodurch der verriegelte Zustand gelöscht wird. -
12 zeigt den Zustand, in welchem der elektrische Strom, der durch das Solenoid oder die Spule193 fließt, einen minimalen Wert hat, und somit wird die Feder194 zu einem maximalen Ausmaß gedehnt oder entspannt. - Unter der Annahme, daß das in
12 gezeigte Öl-Steuerventil als das Öl-Steuerventil19 der Einlaßseite dient, fließt das hydraulische Medium oder Öl, das über die Öffnung195 von der Pumpe zugeführt wird, in die verzögernde hydraulische Kammer153 des Stellantriebs15 , was zum Ergebnis hat, daß der Stellantrieb zu dem in9 dargestellten Zustand verschoben wird. - Folglich wird das Öl, das in der beschleunigenden hydraulischen Kammer
154 des Stellantriebs15 vorhanden ist, dazu gezwungen, durch die Öffnung197 nach außen zu fließen, um schließlich mittels der Öffnung198 zur Ölwanne entladen zu werden. - Andererseits ist unter der Annahme, daß das in
12 gezeigte Öl-Steuerventil als das Öl-Steuerventil20 auf der Auslaßseite dient, die Situation umgekehrt. Das bedeutet, daß das hydraulische Medium oder Öl, das über die Öffnung196 von der Pumpe zugeführt wird, in die beschleunigende hydraulische Kammer154 des Stellantriebs16 fließt, was zum Ergebnis hat, daß der Stellantrieb16 letztlich zu dem in11 dargestellten Zustand eingestellt wird. - In diesem Fall wird das in der verzögernden hydraulischen Kammer
153 des Stellantriebs16 enthaltene Öl mittels der Öffnungen197 und198 zwangsweise zur Ölwanne entladen. - Mittels der oben unter Bezugnahme auf
12 beschriebenen hydraulischen Schaltungsanordnung kann eine Ventilüberlagerung selbst bei Auftreten eines Fehlers, wie beispielsweise eines Abschaltens einer elektrischen Stromzufuhr zu den Öl-Steuerventilen19 und20 , 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
14 ist der Zustand dargestellt, in welchem dort, wo der Strom, der durch die Spule193 fließt, einen maximalen Wert hat und somit die Feder194 zur minimalen Länge komprimiert wird. - Unter beispielsweise der Annahme, daß das in
14 gezeigte Öl-Steuerventil als das Öl-Steuerventil19 dient, das auf der Einlaßseite eingebaut ist, wird das von der Pumpe zugeführte Öl veranlaßt, in die beschleunigende hydraulische Kammer154 des Stellantriebs15 über die Öffnung197 zu fließen, wohingegen das Öl in der verzögernden hydraulischen Kammer153 des Stellantriebs15 über die Öffnungen196 und199 entladen wird. - Andererseits wird in dem Fall, in welchem das in
14 gezeigte Öl-Steuerventil als das Öl-Steuerventil20 auf der Auslaßseite dient, das von der Pumpe zugeführte Öl gezwungen, über die Öffnung197 in die verzögernde hydraulische Kammer153 des Stellantriebs16 zu fließen, während das Öl in der beschleunigenden hydraulischen Kammer154 des Stellantriebs16 über die Öffnungen196 und199 entladen wird. -
13 zeigt den Zustand entsprechend der Ventilzeitgabe-Steuerungs-Endposition oder der Verriegelungsposition (einer mittleren Position). In diesem Zustand sind die Blenden152 der Stellantriebe15 und16 jeweils bei erwünschten Positionen (siehe den in10 dargestellten Zustand). - Im in
13 dargestellten Zustand ist die auf der Ölzufuhrseite vorgesehene Öffnung195 nicht in Kommunikationsverbindung mit der Öffnung196 oder197 , die auf der Stellantriebsseite angeordnet ist. Jedoch wird aufgrund einer Öl-Leckage Öl zum Ölzufuhrtor des Verriegelungsausschnitts157 zugeführt (siehe10 ). - 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 Verriegelungsstift155 dazu veranlaßt, sich aus dem Verriegelungsausschnitt157 zu lösen, was zuläßt, daß sich die Blende152 innerhalb des Gehäuses151 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 Stellantriebe15 und16 , die die Rolle zum Bestimmen der Ventilzeitgabe spielen, durch Erfassen der Blendenpositionen mittels der Nockenwinkelsensoren17 und18 auf geeignete Weise gesteuert werden. - Die Nockenwinkelsensoren
17 und18 sind bei den Positionen angebracht, welche diesen Sensoren ermöglichen, die relative Position zwischen der Kurbelwelle einerseits und den Nockenwellen15C und16C andererseits zu erfassen. - Gemäß
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 in7 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 in7 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 Kurbelwinkelsensors14 in bezug auf die erwünschte Position, die durch die ECU21 arithmetisch bestimmt ist, verzögert ist. In diesem Fall muß die erfaßte Position (die Erfassungszeitgabe) des Nockenwinkelsensors17 zu der erwünschten Position beschleunigt werden. Dafür wird die Menge an elektrischem Strom, der durch die Spule193 des Öl- Steuerventils19 fließt, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der erfaßten Position und der erwünschten Position geregelt, um dadurch die Spule192 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-Steuerventils19 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 Kammer154 des Stellantriebs15 geöffnet ist, vergrößert, was in einem Erhöhen der Menge an Öl resultiert, die zur beschleunigenden hydraulischen Kammer154 zugeführt wird. - Darauffolgend wird dann, wenn sich die erfaßte Position der erwünschten Position nähert, die Stromzufuhr zur Spule
193 des Öl-Steuerventils19 verringert, so daß die Position der Spule192 des Öl-Steuerventils19 dem in13 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 Kammer153 und zur beschleunigenden hydraulischen Kammer154 des Stellantriebs15 führt, abgeschnitten wird, wie es in13 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 Stellantrieb15 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 Verriegelungsstifts155 mit dem Verriegelungsausschnitt157 verhindert werden, wie es in10 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 Fertigewerden 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 Verriegelungsstift155 in Eingriff mit dem Verriegelungsausschnitt157 gebracht wird, wie es in10 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 und16 zugeführt, in welchem die Spule192 bei der in13 gezeigten Position ist. - Wenn die Umstände so sind, wird dann, wenn der an den Verriegelungsausschnitt
157 angelegte hydraulische Druck die Federkraft der Feder156 überwindet, der Verriegelungsstift155 veranlaßt, sich aus dem Verriegelungsausschnitt157 zu lösen, wodurch zugelassen wird, daß sich die Blende152 bewegt. - Somit kann der zur verzögernden hydraulischen Kammer
153 und zur beschleunigenden hydraulischen Kammer154 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 Stellantriebe15 und16 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,
- 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 wie einer Verbesserung der Abgasqualität und einer Förderung eines Temperaturanstiegs des Katalysators keine Beachtung geschenkt worden.
- In
DE 101 27 168 A1 , Älteres Recht nach Paragraph 3, Absatz 2, Nr. 1 PatG, ist eine Anpasseinrichtung für die Ventileinstellung einer Verbrennungskraftmaschine beschrieben, die eine Verriegelungsöffnung in der Außenumfangsfläche der Bosse eines Rotors aufweist. In dieser Verriegelungsöffnung greift ein Verriegelungsstift eines Verriegelungsmechanismus ein, und der Rotor wird daher in seiner Bezugsposition verklemmt. Hierdurch wird ein Maschinenstartbetrieb gewährleistet, ohne dass seltsame Geräusche, eine Schwingung usw. verursacht werden. - 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.
- Im Hinblick auf die obigen Ausführungen besteht ein technisches Problem der vorliegenden Erfindung in der Steuerung einer Relativphase zwischen Kurbel und Nockenwelle während einem kalten Motorstartzustand derart, dass der Temperaturanstieg eines Katalysators gefördert und der Anstieg schädlicher Abgaskomponenten effektiv unterbunden wird.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem gelöst durch ein Ventilzeitgabe-Steuersystem bei dem Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich ein Temperaturanstiegsverhalten des Katalysators verbessern, und die Inition schädlicher Dämpfe lässt sich signifikant reduzieren.
- Da erfindungsgemäß zudem die Zündzeitgabe des Verbrennungsmotors bei Leerlaufbetrieb in kaltem Zustand verzögert gesteuert wird, kann der Temperaturanstieg des Katalysators und somit die Reduzierung der schädlichen Abgaskomponenten weiter gefördert werden, was ein großer Vorteil ist.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 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.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Hydraulikdruck-Zuführeinheit aktiviert wird, wenn ein vorbestimmter Hydraulikdruck erreicht wird und der Verbrennungsmotor im Leerlaufmodus in kaltem Zustand arbeitet.
- Mit der Anordnung des oben beschriebenen Ventilzeitgabe-Steuersystems kann die Ventilzeitgabe-Verzögerungssteuerung durch den Stellantrieb im Leerlaufbetriebsmodus im kalten Zustand des Motors durchgeführt werden, da der Verriegelungsmechanismus in diesem Modus 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 Ausführungsform 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 Leerlaufbetriebsmodus 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-Leerlaufbetriebsmodus, der sich dem Motor-Startbetriebszustand nähert, signifikant verbessert werden.
- Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform 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 Ausführungsform der Erfindung kann die Steuereinrichtung derart entwickelt sein, daß sie die relative Phasenverzögerungssteuerung oder die relative Phasenbeschleunigungssteuerung in Abhängigkeit von den Motor-Betriebszuständen wenigstens dann ausführt, wenn erfaßt wird, daß der Verbrennungsmotor in mindestens einem anderen Betriebsmodus arbeitet, als im Aufwärm-Leerlaufbetriebsmodus, 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:
-
1 ein schematisches Blockschaltbild ist, das eine Konfiguration eines Ventilzeitgabe-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung allgemein zeigt; -
2 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Steuerbetriebs des Ventilzeitgabe-Steuersystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; -
3 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Steuerbetriebs eines Ventilzeitgabe-Steuersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; -
4 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Steuerbetriebs des Ventilzeitgabe-Steuersystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; -
5 ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Steuerbetriebs des Ventilzeitgabe-Steuersystems für den Verbrennungsmotor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; -
6 ein funktionelles Blockschaltbild ist, das eine Konfiguration eines herkömmlichen Ventilzeitgabe-Steuersystems eines Verbrennungsmotors, das bislang bekannt ist, allgemein und schematisch zeigt; -
7 eine Ansicht zum Darstellen eines Phaseneinstellbereichs des herkömmlichen Ventilzeitgabe-Steuersystems in bezug auf eine Beziehung zwischen Kurbelwinkeln und Ventilhub-Takten ist; -
8 ein Zeitdiagramm zum Darstellen herkömmlicher Phasen- oder Zeitgabebeziehungen zwischen einzelnen Ausgangs-Pulssignalen eines Kurbelwinkelsensors und von Nockenwinkelsensoren ist; -
9 eine perspektivische Ansicht ist, die eine interne Struktur eines herkömmlichen Stellantriebs bei einer am meisten verzögerten Zeitgabeposition ist; -
10 eine perspektivische Ansicht ist, die eine interne Struktur des herkömmlichen Stellantriebs bei einer Verriegelungsposition ist; -
11 eine perspektivische Ansicht ist, die eine interne Struktur des herkömmlichen Stellantriebs bei einer am meisten beschleunigten Zeitgabeposition ist; -
12 eine seitliche Aufriß-Schnittansicht ist, die eine interne Struktur einer herkömmlichen Öl-Steuerventileinheit (einer Hydraulikdruck-Zufuhreinheit) in einem elektrisch entregten Zustand zeigt; -
13 eine seitliche Aufriß-Schnittansicht ist, die eine interne Struktur der herkömmlichen Öl-Steuerventileinheit in einem verriegelten Zustand zeigt; und -
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.
-
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 auf6 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
7 gezeigt ist, und die Beziehung zwischen der Ausgabe des Kurbelwinkelsensors und derjenigen des Nockenwinkelsensors ist ebenso dieselbe, wie sie in8 gezeigt ist. - Weiterhin sind die Strukturen der Stellantriebe
15 und16 im wesentlichen identisch zu denjenigen, die in den9 ,10 und11 gezeigt sind. Darüber hinaus sind die Strukturen der Öl-Steuerventile (OCV)19 und20 auch im wesentlichen identisch zu denjenigen, die hierin zuvor in Zusammenhang mit den12 ,13 und14 beschrieben sind. - Nimmt man nun Bezug auf
1 , enthält eine elektronische Steuereinheit (die kurz auch ECU genannt wird)21A , die in1 gezeigt ist, eine Verriegelungs-Steuereinrichtung zum Einstellen der Stellantriebe15 und16 zu der Verriegelungsposition oder zu einem Verriegelungszustand mittels des Verriegelungsmechanismus und eine Entriegelungs-Steuereinrichtung zum Durchführen einer Verzögerungs- oder Beschleunigungssteuerung der Stellantriebe15 und16 , nachdem die Stellantriebe15 und16 mittels eines Entriegelungsmechanismus nach dem Moor-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 Nockenwellen15C und16C , um mittels der Stellantriebe15 und16 relativ zu den Kurbelwellen verzögert zu werden, wenn erfaßt wird; daß der Motor1 im Leerlaufmodus im kalten Motorzustand (d.h. im Leerlaufbetriebsmodus 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 Motor1 im Kaltzustand-Leerlaufbetriebsmode arbeitet. - Weiterhin enthält die ECU
21A des nun betrachteten Ventilzeitgabe-Steuersystems eine Aufwärm-Leerlaufbetriebs-Steuereinrichtung zum Einstellen der Stellantriebe15 und16 zur Verriegelungsposition oder zum Verriegelungszustand, wenn erfaßt wird, daß der Motor1 im Leerlaufmodus im Aufwärmzustand (d.h. im Aufwärm-Leerlaufbetriebsmode) arbeitet. - In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, daß die verriegelte Position der Stellantriebe
15 und16 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 des Flügels
152 , der durch den Verriegelungsstift155 verriegelt ist (siehe10 ), 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 Verriegelungsausschnitt157 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 auf10 beschrieben ist. - Beim Leerlaufbetrieb im kalten Zustand, der dem Motorstart folgt, müssen die Verriegelungsstifte
155 der Stellantriebe15 und16 aus den Verriegelungsausschnitten157 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 Stellantriebe15 und16 , einschließlich des Betriebs zum Lösen des Verriegelungsstifts155 , 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 und16 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
2 gezeigtes Ablaufdiagramm zusammen mit den hierin zuvor angegebenen7 bis14 der Betrieb des Ventilzeitgabe-Steuersystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. - Die in
2 dargestellte Verarbeitungsroutine wird bei einer vorbestimmten Zeitgabe innerhalb der ECU21A ausgeführt. - Gemäß
2 wird zuerst durch die ECU21A entschieden, ob der Motor1 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 Spulen193 der Öl-Steuerventile19 und20 zugeführte Strom auf einen minimalen Strompegel oder einen Wert MIN eingestellt (Schritt S2), woraufhin die Prozedur aus der in2 dargestellten Verarbeitungsroutine austritt. - Der minimale Stromwert MIN kann der Nichtleitungszustands-Stromwert (d.h. 0 mA) 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 Motors1 konform ist, für gültig erklärt (Schritt S4), woraufhin die in2 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 Motor1 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 Flügel152 der Stellantriebe15 und16 derart gesteuert, daß sie zur Verriegelungsposition eingestellt werden (Schritt S6), woraufhin die in2 dargestellte Verarbeitungsroutine zu einem Ende kommt. - In diesem Zusammenhang wird eine Steuerung der Stellantriebe
15 und16 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 in2 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 Leerlaufmodus 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 Katalysators12 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 Motors1 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 Katalysators12 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 Leerlaufmodus erhöht werden.
- Mit dem Verriegelungsmechanismus, der in den Stellantrieben
15 und16 enthalten ist, werden die Flügel152 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 und16 bewirkt werden. Somit wird selbst im Leerlaufbetriebsmodus im kalten Zustand ein Auslaßgas hoher Temperatur entladen, wodurch eine Aktivierung des Katalysators12 gefördert wird, was effektiv für eine Reduzierung der schädlichen Auslaßgaskomponenten ist. - Darüber hinaus kann im Aufwärm-Leerlaufbetriebsmodus nach dem Motor-Startbetrieb (im Zustand nahe dem Motor-Startbetriebszustand) eine Antriebsleistung durch Steuern der Stellantriebe
15 und16 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
1 gezeigt ist, sind die Stellantriebe15 und16 jeweils, in Verbindung mit sowohl der Nockenwelle15C für die Einlaßventile als auch der Nockenwelle16C für die Auslaßventile angeordnet. Jedoch ist die Erfindung nicht auf einen derartigen Aufbau beschränkt. Nur einer der Stellantriebe15 und16 kann in Verbindung mit einer der Nockenwelle15C und16C angeordnet sein. - Weiterhin sind beim Ventilzeitgabe-Steuersystem, das oben beschrieben ist, die Stellantriebe
15 und16 so implementiert, daß die Flügel152 zum Ändern des Phasenwinkels innerhalb der jeweiligen Gehäuse in Drehrichtung bewegt werden, wie es hierin zuvor unter Bezugnahme auf die9 bis11 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. - Ausführungsbeispiel 2
- Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft das Ventilzeitgabe-Steuersystem, bei welchem die Verzögerungssteuerung der Zündzeitgabe angenommen ist.
- 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 Stellantriebe15 und16 im Leerlaufbetriebsmodus im kalten Zustand des Motors1 durchgeführt. wird. Es sollte jedoch beachtet werden, daß zusätzlich zu einer solchen Ventilzeitgabe-Verzögerungssteuerung die Zündzeitgabe des Motors1 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. -
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 auf2 beschrieben sind, mit gleichen Schritt-Identifizierungsnummern bezeichnet sind, und eine detaillierte wiederholte Beschreibung dieser Schritte ist weggelassen. - Nimmt man nun Bezug auf
3 steuert die ECU21A (siehe1 ) dann, wenn durch die ECU21A (siehe1 ) in den Schritten S3 und S5 entschieden wird, daß der Betriebszustand des Motors1 im Leerlaufbetriebsmodus im kalten Zustand ist (d.h. wenn die Entscheidungsschritte S3 und S5 in einer Bestätigung von "Ja" resultieren), die Stellantriebe15 und16 so, daß Betriebszeitgaben von ihnen verzögert sind (Schritt S7), während sie die Zündzeitgabe des Motors1 so steuert, daß sie gleichzeitig auch verzögert ist (Schritt S8). Dann gelangt die in3 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 Katalysator12 fließen. Als Ergebnis davon wird der Katalysator12 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 und16 im Leerlaufbetrieb des Motors1 in seinem kalten Zustand. Es ist jedoch zu beachten, daß die Menge an Kraftstoff, die zu den Zylindern des Motors1 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. -
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 die2 und3 beschrieben sind, mit gleichen Schrittnummern bezeichnet sind, und eine detaillierte wiederholte Beschreibung von diesen Schritten ist weggelassen. - Nimmt man nun Bezug auf
4 steuert die ECU21A dann, wenn durch die ECU21A (siehe1 ) in den Schritten S3 und S5 entschieden wird, daß der Betriebszustand des Motors1 im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand ist (d.h. wenn die Entscheidungsschritte S3 und S5 in einer Bestätigung von "Ja" resultieren), die Stellantriebe15 und16 so, daß die Ventilaktivierungszeitgaben verzögert sind (Schritt S7), während sie die Kraftstoffmenge, die in die Zylinder des Motors1 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 in4 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-Leerlaufbetriebsmodus), 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 Katalysators12 , die oben angegeben ist, weiter reduziert, wodurch eine Reinigung des Auslaßgases sehr gefördert werden kann. - Wie es aus dem Vorangehenden klar ist, wird im Leerlaufbetriebsmodus 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 und16 im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand des Motors1 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 Leerlaufbetriebsmodus im kalten Zustand des Motors
1 ausgeführt werden. -
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 die2 ,3 und4 beschrieben sind, mit gleichen Schrittnummern bezeichnet sind, und eine detaillierte wiederholte Beschreibung dieser Schritte ist weggelassen. - Nimmt man Bezug auf
5 , steuert die ECU21A dann, wenn durch die ECU21A (siehe1 ) in den Schritten S3 und S5 entschieden wird, daß der Betriebszustand des Motors1 im Leerlaufbetriebsmodus im kalten Zustand ist (d.h. wenn die Entscheidungsschritte S3 und S5 in "Ja" resultieren), die Stellantriebe15 und16 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 in5 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 und16 im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand des Motors1 der Temperaturanstieg des Katalysators12 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 (5)
- Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, enthaltend: – 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 ) betriebsgemäß verbunden ist, zum jeweiligen Antreiben der Einlass- und Auslassventile; – eine Hydraulikdruck-Zuführeinheit (19 ,20 ) zum Zuführen eines Hydraulikdrucks zum Antreiben des Stellantriebs (15 ,16 ); und – eine Steuereinrichtung (21A ) zum Steuern des von der Hydraulikdruck-Zuführeinheit (19 ,20 ) zum Stellantrieb (15 ,16 ) zugeführten Hydraulikdrucks in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors (1 ), um die Phase der Nockenwelle (15C ,16C ) relativ zur Kurbelwelle zu ändern; wobei der Stellantrieb (15 ,16 ) 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 Freigeben des Verriegelungsmechanismus in Antwort auf einen vorbestimmten Pegel des von der Hydraulikdruck-Zufuhreinheit (19 ,20 ) zugeführten Hydraulikdrucks; dadurch gekennzeichnet, dass – bei einem Leerlaufmodus in einem kalten Zustand des Verbrennungsmotor (1 ) der Verriegelungsmechanismus mittels des Entriegelungsmechanismus (156 ) freigegeben ist; – die Steuereinrichtung (21A ) ausgebildet ist, um bei dem Leerlaufmodus in dem kalten Zustand des Verbrennungsmotor (1 ) die Phase der Nockenwelle (15C ,16C ) relativ zur Verriegelungsposition verzögert zu steuern; und – die Steuereinrichtung (21A ) eine Zündzeitgabe des Verbrennungsmotors (1 ) verzögert steuert, wenn erfasst wird, dass der Verbrennungsmotor im Leerlaufbetriebsmodus im kalten Zustand arbeitet. - Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsposition als eine Phasenposition für die Steuerung im Startbetriebsmodus des Verbrennungsmotors (
1 ) ausgebildet ist, und die sich zudem für einen Betriebszustand, der dem Startbetriebsmodus direkt folgt, eignet. - Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikdruck-Zuführeinheit (
19 ,20 ) aktiviert ist, wenn ein vorbestimmter Hydraulikdruck erreicht ist und der Verbrennungsmotor (1 ) im Leerlaufbetriebsmodus im kalten Zustand arbeitet. - Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (
21A ) eine Menge an Kraftstoff, die dem Verbrennungsmotor (1 ) zugeführt wird, derart steuert, dass sie verringert ist, wenn der Verbrennungsmotor im Leerlaufbetriebsmode im kalten Zustand arbeitet. - Ventilzeitgabe-Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (
21A ) die relative Phasenverzögerungssteuerung oder die relative Phasenbeschleunigungssteuerung dann in Abhängigkeit von den Motor-Betriebszuständen ausführt, wenn erfasst wird, dass der Verbrennungsmotor (1 ) in mindestens einem anderen Betriebsmodus als in dem Aufwärm-Leerlaufbetriebsmodus arbeitet, nachdem der Motor warmgelaufen ist.
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