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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Verbrennungsmotoren und insbesondere
eine ausfallsichere Steuertechnik für den Fall, dass bei einem
Verbrennungsmotor mit mehreren Mechanismen für verstellbare Ventileigenschaften,
die verschiedene Betriebseigenschaften eines Einlassventils verstellen,
einer der Mechanismen für
verstellbare Ventileigenschaften ausgefallen ist.
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Aus
JP 2001-65321-A ist eine Technik bekannt, in der ein erster Mechanismus
für eine
verstellbare Ventileigenschaft (Mechanismus für verstellbare Ventileinstellung),
der die Ventileinstellung (die Ventil-Öffnungs- und Schließeinstellung)
eines Einlassventils verstellt, und ein zweiter Mechanismus für eine verstellbare
Ventileigenschaft (Mechanismus für verstellbaren
Ventilhub), der ständig
eine Hubhöhe des
Einlassventils verstellt, vorgesehen sind.
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Falls
in dieser Technik einer der Mechanismen für verstellbare Ventileigenschaften
ausgefallen ist, werden die Betriebseigenschaften des Einlassventils
in einem Bereich, in dem der Kolben nicht gestört wird, ausfallsicher durch
den anderen, normalen Mechanismus für eine verstellbare Ventileigenschaft verstellt,
wodurch ein ausfallsicherer Lauf ermöglicht wird, während der
Bruch des Motors wegen Kolbenstörung
verhindert wird.
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Allerdings
wird ein Überlappungsbetrag
des Einlassventils mit einem Auslassventil größer, so dass eine Menge des
verbleibenden verbrannten Gases (die so genannte interne EGR-Menge)
erhöht wird,
falls die Einlassventil-Öffnungssteuerung
(IVO) zu weit vorgestellt wird, wenn der nor male Mechanismus für eine verstellbare
Ventileigenschaft im Bereich der Nichtstörung mit dem Kolben ausfallsicher gesteuert
wird. Somit kann die Verbrennungsstabilität nicht sichergestellt werden,
was zu einer weiteren Verschlechterung der Fahreigenschaften führt.
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Dagegen
erhöht
sich eine Motorölmenge,
die in einen Zylinder angesaugt und wegen des Anstiegs des Zylinderunterdrucks
verbraucht wird, so dass es zu einem Ölverlust des Motors und folglich
zur Beschädigung
des Motors kommt, falls eine Öffnungseinstellung
des Einlassventils zur Zeit einer Verzögerung zu stark nachgestellt
wird.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ausfallsichere
Steuervorrichtung für Verbrennungsmotoren
zu schaffen, so dass, wenn einer der mehreren Mechanismen für verstellbare
Ventileigenschaften, die verschiedene Betriebseigenschaften eines
Einlassventils verstellen, ausgefallen ist, der andere, normale
Mechanismus für
eine verstellbare Ventileigenschaft geeignet gesteuert wird, um
die Verschlechterung der Fahreigenschaften zu unterdrücken und
einen Ölverlust
minimal zu halten, während
die Kolbenstörung
verhindert wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine ausfallsichere Steuervorrichtung für Verbrennungsmotoren nach
Anspruch 1 oder 9 bzw. durch ein ausfallsicheres Steuerverfahren
für Verbrennungsmotoren
nach Anspruch 10. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird in
einem Verbrennungsmotor, der mehrere Mechanismen für verstellbare
Ventileigenschaften aufweist, die verschiedene Betriebseigenschaften
eines Einlassventils verstellen, erfasst, ob die mehreren Mechanismen
für verstellbare
Ventileigenschaften ausge fallen sind, wobei dann, wenn erfasst wird,
dass der Mechanismus für eine
verstellbare Ventileigenschaft, der eine der Betriebseigenschaften
verstellt, ausgefallen ist, zu der Zeit, wenn die andere Betriebseigenschaft
durch den normal arbeitenden Mechanismus für eine verstellbare Ventileigenschaft
verstellt wird, ein Grenzwert eingestellt wird, der vorgegebene
Bedingungen für
eine Änderung
der Öffnungseinstellung
des Einlassventils erfüllen
kann, und die Betriebseigenschaften des Einlassventils durch den
normal arbeitenden Mechanismus für
eine verstellbare Ventileigenschaft gesteuert werden, während die Öffnungseinstellung des
Einlassventils durch den Grenzwert begrenzt wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung
Bezug nimmt; es zeigen:
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1 ein Diagramm einer Systemkonstruktion
einer ausfallsicheren Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit
Mechanismen für
verstellbare Ventileigenschaften in einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine Querschnittsansicht
eines Mechanismus für
eine verstellbare Ventileigenschaft in der Ausführungsform (Querschnittsansicht
A-A in 3);
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3 einen seitlichen Aufriss
des Mechanismus für
eine verstellbare Ventileigenschaft;
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4 eine Draufsicht des Mechanismus
für eine
verstellbare Ventileigenschaft;
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5 eine perspektivische Ansicht
eines Exzenternockens zur Verwendung in dem Mechanismus für eine verstellbare
Ventileigenschaft;
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6 eine Querschnittsansicht
einer Operation des Mechanismus für eine verstellbare Ventileigenschaft
in einem Zustand mit niedrigem Hub (Querschnittsansicht B-B in 3).
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7 eine Querschnittsansicht
einer Operation des Mechanismus für eine verstellbare Ventileigenschaft
in einem Zustand mit hohem Hub (Querschnittsansicht B-B aus 3).
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8 eine Ventilhubkennlinie,
die einer unteren Stirnfläche
und einer Nockenoberfläche
eines Schwingnockens in dem Mechanismus für eine verstellbare Ventileigenschaft
entspricht;
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9 ein Kennlinienfeld der
Ventileinstellung und des Ventilhubs des Mechanismus für eine verstellbare
Ventileigenschaft;
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10 eine perspektivische
Ansicht eines Drehantriebsmechanismus einer Steuerwelle in dem Mechanismus
für eine
verstellbare Ventileigenschaft;
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11 einen Blockschaltplan
der Einlassventilsteuerung in der Ausführungsform;
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12 ein Diagramm der Einlassventilsteuerung
durch einen Mechanismus für
verstellbaren Ventilhub während
der Zeit, in der der Mechanismus der verstellbaren Ventileinstellung
ausgefallen ist, in der Ausführungsform;
und
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13 ein Diagramm der Einlassventilsteuerung
durch den Mechanismus der verstellbaren Ventileinstellung zu der
Zeit, wenn der Mechanismus für
verstellbaren Ventilhub ausgefallen ist, in der Ausführungsform.
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In
einem Einlassrohr 102 eines Verbrennungsmotors 101 ist
eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe 104 angeordnet,
die durch einen Drosselklappenmotor 103a ein Drosselventil 103b antreibt,
so dass es sich öffnet
und schließt,
wobei über
die elektronisch gesteuerte Drosselklappe 104 und ein Einlassventil 105 Luft
in eine Verbrennungskammer 106 angesaugt wird.
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Ein über ein
Auslassventil 107 aus der Verbrennungskammer 106 ausgestoßenes verbranntes Abgas
wird durch einen vorderen Katalysator 108 und durch einen
hinteren Katalysator 109 gereinigt und daraufhin an die
Atmosphäre
abgegeben.
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Das
Auslassventil 107 wird durch einen Nocken 111 angetrieben,
der axial durch eine Nockenwelle 110 auf der Auslassseite
gehalten wird, so dass es sich bei einer festen Ventilhubhöhe und einem
festen Ventilarbeitswinkel (Kurbelwellenwinkel vom Öffnen bis
zum Schließen) öffnet und
schließt.
Eine Ventilhubhöhe
und ein Arbeitswinkel des Einlassventils 105 werden durch
einen Mechanismus 112 für
verstellbaren Ventilhub ständig
verstellt. Es wird angemerkt, dass die Ventilhubhöhe und der
Arbeitswinkel gleichzeitig verstellt werden, so dass, wenn eine
Eigenschaft unter der Ventilhubhöhe
und dem Arbeitswinkel bestimmt ist, die jeweils andere Eigenschaft ebenfalls
bestimmt ist.
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Auf
der Einlassseite sind an beiden Endabschnitten der Einlassventil-Nockenwelle
ein Mechanismus 201 für
vorstellbare Ventileinstellung, der von einem Mechanismus gebildet
wird, der eine Drehungsphasendifferenz zwischen einer Kurbelwelle und
einer Nockenwelle auf der Einlassseite ständig und verstellbar steuert,
um die Ventileinstellung (Ventil-Öffnungs- und Schließeinstellung)
des Einlassventils 105 vorzustellen oder nachzustellen,
und ein Nockenwinkelsensor 202 auf der Einlassseite, der
eine Drehstellung der Nockenwelle auf der Einlassseite erfasst,
angeordnet. Wie oben beschrieben wurde, sind der Mechanismus 112 für verstellbaren
Ventilhub und der Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung
als mehrere Mechanismen für
verstellbare Ventileigenschaften vorgesehen, die jeweils die Hubhöhe (den
Arbeitswinkel) und die Ventileinstellung verstellen, die verschiedene
Betriebseigenschaften des Einlassventils 105 sind.
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Eine
Steuereinheit 114, die einen Mikroprozessor enthält, steuert
die elektronisch gesteuerte Drosselklappe 104, den Mechanismus 112 für verstellbaren
Ventilhub und den Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung
gemäß einem
Fahrpedalniederdrückungsgrad,
der durch einen Fahrpedalniederdrückungssensor APS 116 und
dergleichen erfasst wird, so dass anhand einer Öffnung des Drosselventils 103b und
einer Öffnungseigenschaft
des Einlassventils 105 ein Sollansaugluftbetrag erhalten werden
kann, der einem Fahrpedalniederdrückungsgrad ACC entspricht.
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Die
Steuereinheit 114 empfängt
außer
von dem Fahrpedalniederdrückungsgradsensor
APS 116, von einem (später
zu beschreibenden) Drehwinkelsensor 127 und von einem Nockenwellenwinkelsensor 202 auf
der Einlassseite verschiedene Erfassungssignale von einem Luftdurchflussmengenmesser 115,
der einen Ansaugluftbetrag Q des Motors 101 erfasst, von
einem Kurbelwinkelsensor 117, der der Kurbel welle ein Drehsignal
entnimmt, von einem Drosselklappensensor 118, der eine Öffnung TVO des
Drosselklappenventils 103b erfasst, von einem Wassertemperatursensor 119,
der eine Kühlwassertemperatur
Tw des Motors 101 erfasst, und dergleichen.
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Ferner
ist an einer Einlassöffnung 130 auf der
Einlassseite des Einlassventils 105 jedes Zylinders ein
elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 131 angeordnet.
Das Kraftstoffeinspritzventil 131 spritzt Kraftstoff, der
mit einem vorgegebenen Druck beaufschlagt ist, in das Einlassventil 105 ein,
wenn es durch ein Einspritzimpulssignal von der Steuereinheit 114 angetrieben
wird, so dass es sich öffnet.
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Die 2 bis 4 zeigen ausführlich die Konstruktion des
Mechanismus 112 für
verstellbaren Ventilhub.
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Der
in den 2 bis 4 gezeigte Mechanismus 112 für verstellbaren
Ventilhub enthält
zwei Einlassventile 105, 105, eine hohle Nockenwelle
(Antriebswelle) 13, die drehbar durch ein Nockenlager 14 eines
Zylinderkopfs 11 gehalten ist, zwei Exzenternocken (Antriebsnocken) 15, 15,
die durch die Nockenwelle 13 axial gehalten sind, eine
Steuerwelle 16, die durch das Nockenlager 14 drehbar
gehalten ist und an einem oberen Abschnitt der Nockenwelle 13 parallel
angeordnet ist, zwei Kipphebel 18, 18, die über einen
Steuernocken 17 schwingfähig durch die Steuerwelle 16 gehalten
sind, und zwei unabhängige Schwingnocken 20, 20,
die über
die Ventilstößel 19, 19 jeweils
an den oberen Endabschnitten der Einlassventile 105, 105 angeordnet
sind.
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Die
Exzenternocken 15, 15 sind jeweils über die
Verbindungshebel 25, 25 mit den Kipphebeln 18, 18 verbunden.
Die Kipphebel 18, 18 sind über die Verbindungselemente 26, 26 mit
den Schwingnocken 20, 20 verbunden.
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Die
Kipphebel 18, 18, die Verbindungshebel 25, 25 und
die Verbindungselemente 26, 26 bilden einen Übertragungsmechanismus.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist
jeder Exzenternocken 15 im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, wobei er
einen Nockenkörper 15a mit
kleinem Durchmesser und einen einteilig an einer Außenoberfläche des
Nockenkörpers 15a ausgebildeten Flanschabschnitt 15b enthält. Durch
das Innere des Exzenternockens 15 ist in axialer Richtung
eine Einführungsbohrung 15c ausgebildet,
wobei eine Mittelachse X des Nockenkörpers 15a um einen
vorgegebenen Betrag gegenüber
einer Mittelachse Y der Nockenwelle 13 versetzt ist.
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Die
Exzenternocken 15, 15 sind jeweils über die
Nockenwelleneinführungsbohrungen 15c an
den Außenseiten
der Ventilstößel 19, 19 auf
die Nockenwelle 13 gepresst und an ihr befestigt, so dass
sie die Ventilstößel 19, 19 nicht
stören.
Außerdem
sind die äußeren Umfangsoberflächen 15d, 15d des
Nockenkörpers 15a in
demselben Nockenprofil ausgebildet.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist
jeder Kipphebel 18 im Wesentlichen kurbelförmig gebogen und ausgebildet
und ein mittiger Grundabschnitt 18a davon drehbar durch
den Steuernocken 17 gehalten.
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Durch
einen Endabschnitt 18b, der in der Weise ausgebildet ist,
dass er von einem äußeren Endabschnitt
des Grundabschnitts 18a vorsteht, ist eine Stiftbohrung 18d ausgebildet.
In die Stiftbohrung 18d ist ein Stift 21 gepresst,
so dass er mit einem Kopfabschnitt des Verbindungshebels 25 zu
verbinden ist. Durch den anderen Endab schnitt 18c, der
in der Weise ausgebildet ist, dass er von einem inneren Endabschnitt
des Grundabschnitts 18a vorsteht, ist eine Stiftbohrung 18e ausgebildet.
In die Stiftbohrung 18e ist ein Stift 28 gepresst,
so dass er mit einem (später
zu beschreibenden) Endabschnitt 26a jedes Verbindungselements 26 zu
verbinden ist.
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Der
Steuernocken 17 ist zylinderförmig ausgebildet und an einem
Umfang der Steuerwelle 16 befestigt. Wie in 2 gezeigt ist, ist eine
Lage der Mittelachse P1 der Steuernockenwelle 17 gegenüber einer
Lage der Mittelachse P2 der Steuerwelle 16 um α versetzt.
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Wie
in den 2, 6 und 7 gezeigt ist, ist der Schwingnocken 20 im
Wesentlichen quer liegend U-förmig
ausgebildet, wobei durch einen im Wesentlichen ringförmigen Grundendabschnitt 22 eine
Haltebohrung 22a ausgebildet ist. In die Haltebohrung 22a ist
die Nockenwelle 13 eingeführt, so dass sie drehbar gehalten
ist. Außerdem
ist durch einen Endabschnitt 23, der an dem anderen Endabschnitt 18c des
Kipphebels 18 positioniert ist, eine Stiftbohrung 23a ausgebildet.
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Auf
einer unteren Oberfläche
des Schwingnockens 20 sind eine kreisförmige Grundoberfläche 24a an
der Seite des Grundendabschnitts 22 sowie eine Nockenoberfläche 24b,
die bogenförmig
von der kreisförmigen
Grundoberfläche 24a bis
zu einem Rand des Endabschnitts 23 verläuft, ausgebildet. Die kreisförmige Grundoberfläche 24a und
die Nockenoberfläche 24b sind
in Kontakt mit einer vorgegebenen Lage einer oberen Oberfläche jedes
Ventilstößels 19, die
einer Schwingstellung des Schwingnockens 20 entspricht.
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist
damit gemäß einer
wie in 8 gezeigten Ventilhubkennlinie
ein vorgegebener Win kelbereich θ1
der kreisförmigen Grundoberfläche 24a ein
Grundkreisintervall und ein Bereich vom Grundkreisintervall θ1 der Nockenoberfläche 24b bis
zu einem vorgegebenen Winkelbereich θ2 ein so genanntes Rampenintervall,
wobei ein Bereich vom Rampenintervall θ2 der Nockenoberfläche 24b bis
zu einem vorgegebenen Winkelbereich θ3 ein Hubintervall ist.
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Der
Verbindungshebel 25 enthält einen ringförmigen Grundabschnitt 25a und
ein Vorsprungende 25b, das an einer vorgegebenen Stelle
einer Außenoberfläche des
Grundabschnitts 25a vorspringend ausgebildet ist. An einer
mittleren Stelle des Grundabschnitts 25a ist eine Passbohrung 25c ausgebildet,
die drehbar an die Außenoberfläche des Nockenwellenkörpers 15a des
Exzenternockens 15 angepasst ist. Außerdem ist durch das Vorsprungende 25b eine
Stiftbohrung 25d ausgebildet, in die der Stift 21 drehbar
eingeführt
ist.
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Das
Verbindungselement 26 ist in linearer Gestalt mit vorgegebener
Länge ausgebildet,
wobei durch die beiden kreisförmigen
Endabschnitte 26a, 26b die Stifteinführungsbohrungen 26c, 26d ausgebildet
sind. Die Endabschnitte der Stifte 28, 29, die
in die Stiftbohrung 18d des anderen Endabschnitts 18c des
Kipphebels 18 bzw. in die Stiftbohrung 23a des Endabschnitts 23 des
Schwingnockens 20 gepresst sind, sind drehbar in die Stifteinführungsbohrungen 26c, 26d eingeführt.
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An
den jeweiligen Endabschnitten der Stifte 21, 28, 29 sind
Sprengringe 30, 31, 32 angeordnet, die
die axiale Versetzung des Verbindungshebels 25 und des
Verbindungselements 26 einschränken.
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Wie
in 6 und 7 gezeigt ist, wird in einem solchen
Aufbau je nach einer Lagebeziehung zwischen der Mit telachse P2 der
Steuerwelle 16 und der Mittelachse P1 des Steuernockens 17 die
Ventilhubhöhe
verstellt, wobei dadurch, dass die Steuerwelle 16 angetrieben
wird, so dass sie sich dreht, die Lage der Mittelachse P2 der Steuerwelle 16 in
Bezug auf die Mittelachse P1 der Steuernockenwelle 17 geändert wird.
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Wie
in 10 gezeigt ist, wird
die Steuerwelle 16 durch einen Gleichstromstellmotor (einen
Stellantrieb) 121 angetrieben, so dass sie sich in einem vorgegebenen
Drehwinkelbereich dreht. Durch Verstellen eines Drehwinkels der
Steuerwelle 16 durch den Stellantrieb 121 werden
die Ventilhubhöhe
und der Ventilöffnungswinkel
jedes der Einlassventile 105, 105 stufenlos verstellt
(siehe 9).
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Der
Gleichstromstellmotor 121 in 10 ist in
der Weise angeordnet, dass seine Drehwelle parallel zu der Steuerwelle 16 ist,
wobei durch den Kopfabschnitt der Drehwelle ein Kegelrad 122 axial
gehalten ist.
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Andererseits
sind am Kopfende der Steuerwelle 16 zwei Streben 123a, 123b befestigt.
Um eine zu der Steuerwelle 16 parallele Achse, die die
Kopfabschnitte der zwei Streben 123a, 123b verbindet,
ist schwenkbar eine Mutter 124 gehalten.
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Am
Kopfende eines Gewindestabs 125, der mit der Mutter 124 in
Eingriff ist, ist axial ein Kegelrad 126 gehalten, das
mit dem Kegelrad 122 in Eingriff ist. Der Gewindestab 125 wird
durch die Drehung des Gleichstromstellmotors 121 gedreht,
wobei die Lage der Mutter 124, die mit dem Gewindestab 125 in
Eingriff ist, in axialer Richtung des Gewindestabs 125 verschoben
wird, so dass die Steuerwelle 16 gedreht wird.
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Die
Ventilhubhöhe
wird hier verringert, während
sich die Lage der Mutter 124 dem Kegelrad 126 annähert, während die
Ventilhubhöhe
erhöht
wird, während
sich die Lage der Mutter 124 von dem Kegelrad 126 entfernt.
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Wie
in 10 gezeigt ist, ist
ferner am Kopfende der Steuerwelle 16 ein Potentiometer-Drehwinkelsensor 127 angeordnet,
der den Drehwinkel der Steuerwelle 16 erfasst. Die Rückkopplung
der Steuereinheit 114 steuert den Gleichstromstellmotor 121, so
dass ein durch den Drehwinkelsensor 127 erfasster tatsächlicher
Drehwinkel mit dem Solldrehwinkel zusammenfällt. Da die Hubhöhe und der
Arbeitswinkel hier durch eine Drehwinkelsteuerung der Steuerwelle 16 gleichzeitig
verstellt werden, erfasst der Drehwinkelsensor 127 den
Arbeitswinkel und gleichzeitig die Hubhöhe.
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Durch
diese Mechanismen für
verstellbare Ventileigenschaften werden die Betriebseigenschaften
des Einlassventils 105 verstellt, um eine Einlassmenge
zu steuern. Wenn in der Erfindung entweder der Mechanismus 112 für verstellbaren
Ventilhub oder der Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung,
die zwei Arten von Mechanismen für
verstellbare Ventileigenschaften sind, ausgefallen ist, wird das
Einlassventil 105 durch den anderen, normalen Mechanismus
für eine
verstellbare Ventileigenschaft ausfallsicher gesteuert, wodurch
die Störung
zwischen dem Einlassventil 105 und einem Kolben, die Verschlechterung
der Verbrennungsstabilität wegen
der Erhöhung
der Menge des verbleibenden verbrannten Gases und ein Motorölverlust
wegen einer Zunahme des Zylinderunterdrucks verhindert werden, um
den ausfallsicheren Lauf zu ermöglichen und
eine Beschädigung
des Motors zu verhindern.
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In Übereinstimmung
mit einem Blockschaltplan aus 11 wird
eine Steuerung des Einlassventils 105 durch die Steuereinheit 114 beschrieben.
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Im
Block B1 wird anhand des Fahrpedalniederdrückungsgrads ACC, der durch
den Fahrpedalniederdrückungssensor 116 erfasst
wird, und einer Motordrehzahl Ne, die durch den Kurbelwinkelsensor 117 erfasst
wird, die gesteuerte Grundvariable (der Drehwinkel der Steuerwelle 16)
TGVELO des Mechanismus 112 für verstellbaren Ventilhub,
die einem Sollarbeitswinkel des Einlassventils 105 entspricht, bei
dem ein Solldrehmoment erhalten werden kann, eingestellt und an
den Block B2 ausgegeben.
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Im
Block B3 wird anhand des Fahrpedalniederdrückungsgrads ACC und der Motordrehzahl
Ne die gesteuerte Grundvariable TGVTCO des Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung, die der Sollventileinstellung des Einlassventils 105 entspricht,
bei der das Solldrehmoment erhalten werden kann, eingestellt und
an den Block B4 ausgegeben.
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Im
Block B5 wird diagnostiziert, ob der Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung ausgefallen (festgesetzt) ist, und ein Diagnoseergebnis (VTC-Ausfallbeurteilungsmerker)
an den Block B2 ausgegeben.
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Falls
im Block B5 entschieden wird, dass der Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung normal ist, wird die im Block B1 eingestellte
gesteuerte Grundvariable TGVELO des Mechanismus 112 für gesteuerten
Ventilhub im Block B2 so, wie sie ist, als sollgesteuerte Variable
TGVEL ausgegeben. Falls entschieden wird, dass der Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung ausgefallen ist, wird als die sollgesteuerte Variable
TGVEL die in jedem Block eingestellte (unten beschriebene) ausfallsicher gesteuerte
Variable FSVEL des Mechanismus 112 für verstellbaren Ventilhub ausgegeben.
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Im
Block B6 wird diagnostiziert, ob ein Mechanismus 112 für verstellbaren
Ventilhub ausgefallen (festgesetzt) ist, und ein Diagnoseergebnis (VEL-Ausfallbeurteilungsmerker)
an den Block B4 ausgegeben.
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Falls
im Block B6 entschieden wird, dass der Mechanismus 112 für verstellbaren
Ventilhub normal ist, wird die im Block B3 eingestellte Sollventileinstellung
TGVTCO des Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung
im Block B4 so, wie sie ist, als Sollventileinstellung TGVTC ausgegeben.
Falls entschieden wird, dass der Mechanismus 112 für verstellbaren
Ventilhub ausgefallen ist, wird als die sollgesteuerte Variable
TGVTC die in jedem Block eingestellte (später zu beschreibenden) ausfallsicher
gesteuerte Variable FSVTC des Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung ausgegeben.
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Es
werden nun die Blöcke
zur Ausführung
einer ausfallsicheren Steuerung durch den normalen Mechanismus für eine verstellbare
Ventileigenschaft zur Zeit, wenn einer der Mechanismen für variable Ventileigenschaften
ausgefallen ist, beschrieben.
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Die
Blöcke
B7 bis B13 dienen zur Einstellung der Öffnungseinstellung IVO des
Einlassventils 105, die üblicherweise für die Fälle eingestellt
wird, in denen einer der Mechanismen für verstellbare Ventileigenschaften
ausgefallen ist.
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Im
Block B7 wird ein Vorstellgrenzwert IVOLadv als ein Grenzwert beim
Vorstellen der Ventilöffnungseinstellung
IVO, bei dem die Menge des verbleibenden verbrannten Gases wegen
der Überlappung
des Einlassventils 105 mit dem Auslassventil 107 in
einem Normalzustand (Zeit keiner Verzögerung) auf einem Referenzwert
oder darunter gehal ten werden kann, eingestellt und an den Block
B13 ausgegeben. Genauer wird der Vorstellgrenzwert IVOLadv in der
Nähe des
oberen Totpunkts des Einlasses eingestellt (z.B., falls eine Kurbelwinkelstellung
des oberen Totpunkts des Einlasses = 360° ist, 380°, seitlich etwas nachgestellt
gegenüber
360°). Der
Vorstellgrenzwert IVOLadv wird auf der nachgestellten Seite eines
Vorstellgrenzwerts eingestellt, auf der die Störung zwischen dem Einlassventil 105 und
dem Kolben verhindert werden kann.
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Im
Block B8 wird ein Nachstellgrenzwert IVOLrtd als ein Grenzwert beim
Nachstellen der Ventilöffnungseinstellung
IVO, bei dem der Zylinderunterdruck zur Bremszeit auf einem vorgegebenen
Wert oder darunter gehalten werden kann, eingestellt und an den
Block B13 ausgegeben. Der Nachstellgrenzwert IVOLrtd zur Zeit einer
Verzögerung
kann hier im Voraus anhand eines Experiments als Ventilöffnungseinstellung,
bei der der Zylinderunterdruck den vorgegebenen Wert nicht erreicht,
oder darüber
(z.B. als ein absoluter Druck von –866,5 hPa oder darunter),
eingestellt werden. Der Nachstellgrenzwert IVOLrtd wird auf der
nachgestellten Seite des Vorstellgrenzwerts eingestellt, auf der
die Störung
zwischen dem Einlassventil 105 und dem Kolben verhindert
werden kann. Es wird angemerkt, dass der Zylinderunterdruck, falls
der Arbeitswinkel und die Hubhöhe
nicht erhöht
werden können,
da die Mitte des tatsächlichen
Arbeitswinkels zur Ausfallzeit auf der Vorstellseite liegt, im Vergleich
zu dem Fall, in dem die Hubhöhe
groß ist,
wahrscheinlich erhöht
wird, so dass der Nachstellgrenzwert IVOLrtd auf der weiter nachgestellten
Seite eingestellt werden kann.
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Im
Block B10 wird eine Differenz zwischen einem derzeitigen Wert des
durch den Fahrpedalstellungssensor 116 erfassten Fahrpedalstellungswinkels
APS und einem vom Block B11 ausgegebenen vorangehenden Wert berechnet.
Im Block B12 wird anhand dessen, ob die Differenz positiv oder negativ ist,
beurteilt, ob eine Verzögerung
vorliegt (wobei entschieden wird, dass eine Verzögerung vorliegt, falls der
derzeitige Wert – der
vorangehende Wert < 0
ist).
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Im
Block B13 wird zur Zeit keiner Verzögerung anhand eines Beurteilungsergebnisses
im Block B10 der auf den oberen Totpunkt des Einlasses eingestellte
Vorstellgrenzwert IVOLadv ausgegeben, während zur Zeit einer Verzögerung der
Nachstellgrenzwert IVOLrtd ausgegeben wird, der auf den Winkel eingestellt
ist, bei dem der Zylinderunterdruck den vorgegebenen Wert nicht
erreicht oder übersteigt.
Das heißt,
der Zylinderunterdruck wird zur Zeit keiner Verzögerung im Vergleich zur Zeit
einer Verzögerung
wahrscheinlich nicht erhöht,
wobei der Nachstellgrenzwert, bei dem der Zylinderunterdruck den vorgegebenen
Wert erreicht oder übersteigt,
auf der nachgestellten Seite des Vorstellgrenzwerts IVOLadv liegt,
auf der das verbleibende verbrannte Gas begrenzt ist. Somit wird
der Vorstellgrenzwert IVOLadv als ausfallsicher gesteuerte Variable
zur Ventilöffnungseinstellung
eingestellt, um durch Vorstellen der Ventilöffnungseinstellung auf den
Vorstellgrenzwert IVOLadv die Leistung sicherzustellen. Andererseits ist
zur Zeit einer Verzögerung
in dem Zustand mit niedriger Leistung oder ohne Leistung (Kraftstoff
abgestellt) nicht die Menge des verbleibenden verbrannten Gases,
sondern der Motorölverlust
ein Problem. Somit wird der Nachstellgrenzwert IVOLrtd in der Weise
ausgewählt,
dass die Ventilöffnungseinstellung
zur Zeit einer Verzögerung
auf den Nachstellgrenzwert IVOLrtd vorgestellt wird.
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Daraufhin
wird die Öffnungseinstellung
IVO des Einlassventils 105 zur Zeit, wenn einer der Mechanismen
für verstellbare
Ventileigenschaften ausgefallen ist, auf den Vorstellgrenzwert IVOLadv
oder auf den Nachstellgrenzwert IVOLrtd gesteuert, die auf die obige
Weise durch den anderen, normalen Mechanismus für eine verstellbare Ventileigenschaft eingestellt
worden sind.
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Zunächst werden
die Blöcke
zum Einstellen der ausfallsicher gesteuerten Variable des Mechanismus 112 für verstellbaren
Hub zur Zeit, wenn der Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung ausgefallen ist, beschrieben.
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Im
Block B14 wird die vom Block B15 ausgegebene vorgestellt gesteuerte
Variable VTCNOW von einer vom Block B15 ausgegeben Arbeitswinkelmitte
(die Kurbelwinkelstellung zwischen der Öffnungseinstellung und der
Schließeinstellung,
z.B. 470° im
Fall des oberen Einlasstotpunkts = 360°) VTCO des Einlassventils 105,
das in einem Zustand, in dem der Betrieb des Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung angehalten ist, am stärksten nachgestellt ist, subtrahiert
und eine tatsächliche
Arbeitswinkelmitte (Kurbelwinkelstellung) NGVTC des Einlassventils 105 im
Mechanismus 201 für
verstellbare Ventileinstellung berechnet, der wegen des Ausfalls
fest ist.
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Im
Block B16 wird die Kurbelwinkelstellung, die dem Vorstellgrenzwert
IVOLadv oder dem Nachstellgrenzwert IVOLrtd vom Block B13 entspricht,
von der tatsächlichen
Arbeitswinkelmitte NGVTC zu der Zeit, wenn der Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung
ausgefallen ist, subtrahiert.
-
Der
im Block B16 berechnete Kurbelwinkel entspricht der Hälfte des
Arbeitswinkels des Einlassventils 105. Somit wird der berechnete
Kurbelwinkel im Block B17 mit einer Verstärkung von zwei multipliziert,
um den Arbeitswinkel zu berechnen, und anschließend im Block B18 der Arbeitswinkel
in die gesteuerte Variable (Drehwinkel der Steuerwelle 16) des
Mechanismus 112 für
verstellbaren Ventilhub umgesetzt und als die ausfallsicher gesteuerte
Variable FSVEL an den Block B2 ausgegeben.
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Da
zur Zeit, wenn der Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung
ausgefallen ist, wie oben beschrieben vom Block B2 die ausfallsicher
gesteuerte Variable FSVEL als die sollgesteuerte Variable TGVEL
an den Mechanismus 112 für verstellbaren Ventilhub ausgegeben
wird, werden der Arbeitswinkel und die Hubhöhe in der Weise gesteuert,
dass die Öffnungseinstellung
IVO des Einlassventils 105 im Normalzustand zu dem Vorstellgrenzwert
IVOLadv in der Nähe
des oberen Totpunkts gemacht wird, während sie zur Zeit einer Verzögerung zu
dem Nachstellgrenzwert IVOLrtd gemacht wird, bei dem der Zylinderunterdruck
den vorgegebenen Wert nicht erreicht oder übersteigt.
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12 zeigt die ausfallsichere
Steuerung durch den Mechanismus 112 für verstellbaren Ventilhub zu
der Zeit, wenn der Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung
ausgefallen ist.
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Beispielsweise
ist in dem wie in (A) gezeigten Fall, in dem die Arbeitswinkelmitte
NGVTC zu der Zeit, wenn der Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung
ausgefallen ist, entweder bei "a" oder bei "b" positioniert ist, der Vorstellgrenzwert
der Ventilöffnungseinstellung
IVO in dem Bereich, in dem das Einlassventil den Kolben nicht stört, auf
der vorgestellten Seite des oberen Einlasstotpunkts ITDC. Wenn die
Ventilöffnungseinstellung
auf den Vorstellgrenzwert vorgestellt wird, wird aber die Menge
des verbleibenden verbrannten Gases wegen der Überlappung des Einlassventils
mit dem Auslassventil erhöht,
was die Verbrennungsstabilität
verschlechtert, so dass ein ausfallsicherer Betrieb sehr schwierig wird.
Somit kann dadurch, dass der Arbeitswinkel des Einlassventils 105 durch
den Mechanismus 112 für verstellbaren
Ventilhub in der Weise gesteuert wird, dass die Ventilöffnungseinstellung
IVO begrenzt auf den Vorstellgrenzwert IVOLadv vorgestellt wird,
die Menge des verbleibenden verbrannten Gases auf dem Referenzwert
oder darunter gehalten werden, während
die Störung
des Einlassventils mit dem Kolben verhindert wird, um eine zufrieden
stellende Verbrennungsstabilität
sicherzustellen und dadurch den ausfallsicheren Betrieb zu ermöglichen.
Es wird angemerkt, dass dadurch, dass die Ventilöffnungseinstellung auf den
Vorstellgrenzwert IVOLadv vorgestellt wird, die Hubhöhe so stark
wie möglich
erhöht werden
kann, um die Leistung sicherzustellen.
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Wie
in (B) gezeigt ist, ist dagegen die Sollhubhöhe des Einlassventils 105 zur
Zeit einer Verzögerung
recht klein eingestellt. Wenn allerdings der Arbeitswinkelmittelpunkt
NGVTC zu der Zeit, wenn der Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung ausgefallen ist, auf der nachgestellten Seite
ist, ist die Ventilöffnungseinstellung
IVO zu stark nachgestellt, was den Zylinderunterdruck erhöht und dadurch
zur Möglichkeit
des Motorölverlusts
führt.
Somit kann dadurch, dass die Ventilöffnungseinstellung IVO durch
den Mechanismus 112 für
verstellbaren Ventilhub zwangsläufig
auf den Nachstellgrenzwert IVOLrtd vorgestellt wird, der Zylinderunterdruck
auf dem vorgegebenen Wert oder darunter gehalten werden, während die
Störung
des Einlassventils mit dem Kolben verhindert wird, um den Motorölverlust
zuverlässig
zu verhindern und dadurch den ausfallsicheren Betrieb zu ermöglichen.
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Nachfolgend
werden die Blöcke
zum Einstellen der ausfallsicher gesteuerten Variable des Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung zu der Zeit beschrieben, wenn der Mechanismus 112 für verstellbaren
Ventilhub ausgefallen ist.
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Im
Block B19 wird der durch den Drehwinkelsensor 127 erfasste
tatsächliche
Drehwinkel REVEL der Steuerwelle 16 in den tatsächlichen
Arbeitswinkel REEVENT des Einlassventils 105 umgesetzt.
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Im
Block B20 wird der tatsächliche
Arbeitswinkel REEVENT mit einer Verstärkung von einhalb multipliziert,
um den Kurbelwinkel von dem tatsächlichen
Arbeitswinkelmittelpunkt bis zu der tatsächlichen Ventilöffnungseinstellung
zu berechnen.
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Im
Block B21 wird der berechnete Wert mit der Ventilöffnungseinstellung
IVO (Vorstellgrenzwert IVOLadv oder Nachstellgrenzwert IVOLrtd)
vom Block B13 addiert, um einen Sollwert (Kurbelwinkelstellung)
des Arbeitswinkelmittelpunkts zu berechnen, der der Sollventilöffnungseinstellung
entspricht.
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Im
Block B22 wird der Arbeitswinkelmittelpunkt VTCO in dem Zustand,
in dem der Betrieb des Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung vom Block B15 anhält, von dem Sollwert des Arbeitswinkelmittelpunkts
subtrahiert, um eine gesteuerte Variable des Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung als einen negativen Wert (Vorstellungsbetrag)
zu berechnen, und diese gesteuerte Variable als die ausfallsicher
gesteuerte Variable FSVTC an den Block B4 ausgegeben.
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Zu
der Zeit, zu der der Mechanismus 112 für verstellbaren Ventilhub ausgefallen
ist, wird wie oben beschrieben vom Block B4 die ausfallsicher gesteuerte
Variable FSVTC als die sollgesteuerte Variable TGVTC an den Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung
ausgegeben. Somit wird die Ventileinstellung in der Weise gesteuert,
dass die Öffnungseinstellung
IVO des Einlassventils 105 in dem Normalzustand (keine
Verzögerung)
zu dem Vorstellgrenzwert IVOLadv in der Nähe des oberen Totpunkts gemacht
wird, während
sie zur Zeit einer Verzögerung
zu dem Nachstellgrenzwert IVOLrtd gemacht wird, bei dem der Zylinderunterdruck
den vorgegebenen Wert nicht erreicht oder übersteigt.
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13 zeigt die ausfallsichere
Steuerung durch den Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung
zu der Zeit, wenn der Mechanismus 112 für verstellbaren Ventilhub ausgefallen
ist.
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Beispielsweise
ist in dem wie in (A) gezeigten Fall, in dem der Arbeitswinkel zu
der Zeit, wenn der Mechanismus 201 für verstellbare Ventileinstellung
ausgefallen ist, entweder bei "a" oder bei "b" positioniert ist, der Vorstellgrenzwert
der Ventilöffnungseinstellung
IVO in dem Bereich, in dem das Einlassventil den Kolben nicht stört, auf
der vorgestellten Seite des oberen Einlasstotpunkts ITDC. Wenn die Ventilöffnungseinstellung
auf den Vorstellgrenzwert vorgestellt wird, wird aber die Menge
des verbleibenden verbrannten Gases wegen der Überlappung des Einlassventils
mit dem Auslassventil erhöht,
was die Verbrennungsstabilität
verschlechtert, so dass ein ausfallsicherer Betrieb sehr schwierig
wird. Somit kann dadurch, dass die Ventileinstellung des Einlassventils 105 durch
den Mechanismus 201 für
verstellbare Ventileinstellung in der Weise gesteuert wird, dass
die Ventilöffnungseinstellung
IVO begrenzt auf den Vorstellgrenzwert IVOLadv vorgestellt wird,
die Menge des verbleibenden verbrannten Gases auf dem Referenzwert
oder darunter gehalten werden, während
die Störung
des Einlassventils mit dem Kolben verhindert wird, um eine zufrieden
stellende Verbrennungsstabilität
sicherzustellen und dadurch den ausfallsicheren Betrieb zu ermöglichen.
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Wie
in (B) gezeigt ist, ist dagegen zur Zeit einer Verzögerung,
wenn der Arbeitswinkelmittelpunkt NGVTC zu der Zeit, wenn der Mechanismus 201 für verstellbare
Ventileinstellung ausgefallen ist, auf der nachgestellten Seite
ist, die Ventilöffnungseinstellung IVO
zu stark nachgestellt, was den Zylinderunterdruck erhöht und dadurch
zur Möglichkeit
des Motorölverlusts
führt.
Somit kann dadurch, dass die Ventileinstellung des Einlassventils 105 durch
den Mechanismus 201 für
verstellbare Ventileinstellung in der Weise gesteuert wird, dass
die Ventilöffnungseinstellung
IVO zwangsläufig
auf den Nachstellgrenzwert IVOLrtd vorgestellt wird, der Zylinderunterdruck
auf dem vorgegebenen Wert oder darunter gehalten werden, während die
Störung
des Einlassventils mit dem Kolben verhindert wird, um den Motorölverlust
zuverlässig
zu verhindern und dadurch den ausfallsicheren Betrieb zu ermöglichen.
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Der
gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-181091,
eingereicht am 25. Juni 2003, deren Priorität beansprucht wird, sind hiermit
durch Literaturhinweis eingefügt.
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Obgleich
zur Veranschaulichung der Erfindung lediglich ausgewählte Ausführungsformen
gewählt
wurden, ist für
den Fachmann auf dem Gebiet aus dieser Offenbarung offensichtlich,
dass daran verschiedene Änderungen
und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von dem wie in den beigefügten Ansprüchen definierten
Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Außerdem soll
die vorstehende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
die durch die beigefügten
Ansprüche
und ihre Entsprechungen definierte Erfindung lediglich erläutern und nicht
einschränken.