DE102005007352A1

DE102005007352A1 - Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. Regelungssystem und -Verfahren

Info

Publication number: DE102005007352A1
Application number: DE200510007352
Authority: DE
Inventors: Takashi Toyota Yui; Noboru Toyota Takagi; Kiyoo Toyota Hirose; Keizo Toyota Hiraku; Hirohiko Kariya Yamada
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: US7082923B2; JP4314125B2; JP2005232992A; US20050178357A1; DE102005007352B4

Abstract

Eine Steuerung bzw. Regelung erfaßt eine Änderung eines Lasterzeugungszustands einer Zusatzvorrichtung, die auf dem Verbrennungsmotor während des Betriebs eine Last erzeugt, und die Steuerung bzw. Regelung steuert bzw. regelt wiederum einen variablen Ventilmechanismus, um zumindest entweder einen Betriebswinkel oder einen Ventilhub eines Einlaßventils des Verbrennungsmotors zu ändern, und ändert eine Menge einer Ansaugluft, die in den Verbrennungsmotor als Reaktion auf die erfaßte Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung gezogen wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren, die die Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors (der nachstehend einfach als "Motor" bezeichnet wird) durch das Einstellen der Öffnung eines Ansaugluft-Reglerventils oder das Einstellen des Ventilhubs oder des Betriebswinkels eines Einlaßventils unter Verwendung eines variablen Ventilmechanismus, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet, auf eine Solldrehzahl steuern bzw. regeln.

Wenn sich der Motor im Leerlauf befindet, ändert sich der Lastzustand, der auf den Motor von einer direkt oder indirekt durch den Motor angesteuerten Zusatzvorrichtung (z. B. Klimaanlage, Servolenkungseinheit, Scheinwerfer) ausgeübt wird als Reaktion darauf, daß die Zusatzvorrichtung eingeschaltet wird, d. h. als Reaktion darauf, daß sich eben dieser Zustand von einem Zustand, in dem die Zusatzvorrichtung keine Last auf dem Motor erzeugt, in einen Zustand verschiebt, in dem die Zusatzvorrichtung eine Last auf dem Motor erzeugt.

Bei einer solchen Verschiebung des Zusatzlastzustands wird bei einem bekannten Verfahren eine spezielle Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungsprozedur aktiviert, die das Motordrehmoment erhöht, um die Motordrehzahl auf einen vorbestimmten Wert zu bringen, um den Anstieg der Motorlast, der ansonsten zu einer unbeabsichtigten Abnahme der Motordrehzahl führen würde, zu bewältigen. Beim Ausführen dieser Prozedur wird ein Ansaugmengen-Reglerventil, wie z. B. ein Drosselventil und ein ISCV (Idling Speed Control Valve = Leerlaufdrehzahl-Steuerungs- bzw. Regelungsventil), automatisch geregelt bzw. gesteuert.

Falls dabei jedoch die Ansaugmenge nur basierend auf dem Istanstieg der Motorlast durch eine gewöhnliche Feedback-Steuerung bzw. -Regelung erhöht wird, kann die Luft, die in die Verbrennungsräume gezogen werden soll, nicht ausreichend schnell zunehmen. Um dem entgegenzuwirken, wird die Öffnung des Ansaugmengen-Reglerventils durch einen vorläufigen Korrekturwert, der der Last von der Zusatzvorrichtung entspricht, korrigiert, so daß die Ansaugmenge ausreichend schnell ansteigt.

Neben der vorstehenden Ansaugmengensteuerung bzw. -regelung ist hingegen ein anderes Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem die Ansaugmenge durch Einstellen der Betriebskennlinie (d. h. Ventilhub, Betriebswinkel) eines Einlaßventils als Reaktion auf die Erzeugung einer Last durch eine Zusatzvorrichtung (siehe JP-A-08-338273) gesteuert bzw. geregelt wird. Gemäß diesem Verfahren wird die Betriebskennlinie des Einlaßventils, wenn die Zusatzvorrichtung eine Last auf dem Motor erzeugt, so variiert, daß die Ladeeffizienz der Ansaugluft ohne Verwendung des in der Saugleitung vorgesehenen Magnetspulenventils verbessert wird.

Da in letzerem Fall jedoch die Öffnung des Ansaugmengen-Reglerventils durch den vorläufigen Korrekturwert korrigiert wird, liegt eine beträchtliche Verzögerung vor, bevor die Ansaugluft, die mit dem vorläufigen Korrekturwert erhöht wurde, tatsächlich in jeden Verbrennungsraum eingetreten ist, da innerhalb einer Saugleitung zwischen dem Ansaugmengen-Reglerventil und dem Einlaßventil relativ viel Raum vorhanden ist. Dementsprechend steigt die Motordrehzahl nicht rasch an, wodurch bewirkt wird, daß die Motordrehzahl abnimmt, was dazu führen kann, daß die Motordrehzahl vorübergehend instabil wird oder abhängig vom Anstiegsgrad der Motorlast ein Absterben des Motors bewirkt wird.

In letzterem Fall wird hingegen die Betriebskennlinie des Einlaßventils geändert, um die Ladeeffizienz der Ansaugmenge zu verbessern und dadurch die Ansaugmenge zu erhö hen. Dies geschieht jedoch nur mit der Ansaugluft, die am Ansaugmengen-Reglerventil vorbeigeströmt ist und das Einlaßventil erreicht hat. Daher ist der Bereich zur Änderung der Ansaugmenge relativ begrenzt, und es ist dann immer noch erforderlich, einen weiteren Anstieg der Ansaugmenge abzuwarten, der später durch eine Feedback-Steuerung bzw. -Regelung des Ansaugmengen-Reglerventils bewirkt wird. Bevor daher die Öffnung des Ansaugmengen-Reglerventils durch die Feedback-Steuerung bzw. -Regelung als Reaktion auf den Anstieg der Motorlast ausreichend erhöht ist, kann die Motordrehzahl abnehmen und den Motorbetrieb instabil machen, oder abhängig vom Anstiegsgrad der Motorlast ein Absterben des Motors bewirken wie in dem vorstehend erwähnten Fall, in dem die Öffnung des Ansaugmengen-Reglerventils einfach durch einen vorläufigen Korrekturwert erhöht wird.

Vorstehendes gilt auch in gleichem Maße, wenn die durch die Zusatzvorrichtung ausgeübte Motorlast entfernt wird. Wenn z. B. nämlich die Öffnung des Ansaugmengen-Reglerventils durch einen vorläufigen Korrekturwert als Reaktion darauf, daß die Zusatzlast entfernt ist, reduziert wird, nimmt das Motordrehmoment nicht unmittelbar ab, so daß der Motor hochjagen kann, bevor das Motordrehmoment tatsächlich abnimmt.

Wenn desgleichen die Ladeeffizienz der Ansaugluft durch Ändern der Betriebskennlinie des Einlaßventils als Reaktion darauf, daß die Zusatzlast entfernt ist, gesenkt wird, besteht immer noch die Notwendigkeit, eine weitere Abnahme des Motordrehmoments abzuwarten, die später durch die Feedbacksteuerung- bzw. -regelung des Ansaugmengen-Reglerventils bewirkt wird. Daher kann auch in diesem Fall der Motor hochjagen, bevor das Motordrehmoment durch die Feedbacksteuerung- bzw. -regelung des Ansaugmengen-Reglerventils weiter gesenkt wird.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesicht der vorstehenden Situation ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein System und ein Verfahren zu schaffen, die einen instabilen Betrieb eines Verbrennungsmotors ver hindern, der durch eine Änderung des Zustands der Last einer Zusatzvorrichtung bewirkt werden kann.

Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, betrifft ein erster Aspekt der Erfindung ein Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem für einen Verbrennungsmotor, der (i) ein Ansaugmengen-Reglerventil, das in oder entlang einer Saugleitung eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, um eine Ansaugmenge zu regulieren, die dem Verbrennungsmotor zugeführt werden soll; (ii) einen variablen Ventilmechanismus, der zumindest entweder einen Betriebswinkel oder einen Ventilhub eines Einlaßventils des Verbrennungsmotors steuert bzw. regelt; (iii) eine Steuerung, die das Ansaugmengen-Reglerventil und den variablen Ventilmechanismus steuert bzw. regelt; und (iv) eine Zusatzvorrichtung, die mit dem Verbrennungsmotor mechanisch oder elektrisch verbunden ist und während des Betriebs eine Last auf dem Verbrennungsmotor erzeugt, aufweist. Wenn der Lasterzeugungszustand der Zusatzvorrichtung sich während des Leerlaufs des Motors ändert, steuert bzw. regelt gemäß diesem Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem die Steuerung bzw. Regelung das Ansaugmengen-Reglerventil, um dessen Öffnung zu ändern, und steuert bzw. regelt den variablen Ventilmechanismus, um zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub des Einlaßventils gemäß der Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung zu ändern.

In dem vorstehend beschriebenen Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem ändert die Steuerung bzw. Regelung zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub der Einlaßventile sowie die Öffnung des Ansaugmengen-Reglerventils als Reaktion auf die Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung, wodurch die Ansaugmenge auf einen Betrag geändert wird, der für den geändert Lasterzeugungszustand der Zusatzvorrichtung geeignet ist.

An dieser Stelle ist zu beachten, daß eine Änderung des Betriebswinkels und/oder des Ventilhubs des Einlaßventils die Menge der in jeden Verbrennungsraum gebrachten Luft zwischen dem Ansaugmengen-Reglerventil und dem Einlaßventil ändert, dies aber nicht direkt zur Erhöhung der Luftmenge beiträgt, die erneut in den Verbrennungsmotor gezogen wird. Eine derartige Veränderung der für jeden Verbrennungsraum vorgesehenen Ansaugmenge tritt dennoch sehr rasch ein, nachdem der Betriebswinkel und/oder der Ventilhub des Einlaßventils sich geändert haben, obwohl diese Änderung der Ansaugmenge nur für eine begrenzte Zeit andauert.

Durch Ändern des Betriebswinkels und/oder des Ventilhubs des Einlaßventils ist es als solches möglich, die für jeden Verbrennungsraum vorgesehene Luftmenge während einer anfänglichen Zeitdauer, nachdem sich der Lasterzeugungszustand der Zusatzvorrichtung geändert hat, unmittelbar zu erhöhen.

Bevor ferner ein derartiger zeitlicher Effekt der Veränderung der Ansaugmenge aufgrund des geänderten Betriebswinkels und/oder des Ventilhubs des Einlaßventils schwindet, erreicht ein Effekt der Veränderung der Ansaugmenge aufgrund der geänderten Öffnung des Ansaugmengen-Reglerventils die Nähe des Einlaßventils, wodurch die Ansaugmenge, die für den geänderten Lasterzeugungszustand der Zusatzvorrichtung geeignet ist, beibehalten wird, selbst nachdem der vorhergehende zeitliche Effekt der Veränderung der Ansaugmenge nachgelassen hat.

Das vorstehende Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem verhindert dementsprechend einen instabilen Motorbetrieb, der ansonsten infolge einer Veränderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung bewirkt würde.

In dem vorstehenden Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem ist es zu bevorzugen, daß der variable Ventilmechanismus einen Ventilsteuerungs- bzw. -regelungsmechanismus aufweist, der zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub des Einlaßventils nahtlos ändert, und daß, nachdem zumindest entweder der Betriebswinkel oder der Ventilhub des Einlaßventils über den variablen Ventilmechanismus als Reaktion auf die Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung geändert worden ist, die Steuerung bzw. Regelung den variablen Ventilmechanismus steuert bzw. regelt, um zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub allmählich wieder auf einen Wert vor der Änderung zu steuern bzw. zu regeln.

Die maximale Ansaugmenge ist bekanntermaßen durch die Öffnung des Ansaugmengen-Reglerventils begrenzt. Daher ist es ausreichend, den Betriebswinkel und/oder den Ventilhub des Einlaßventils nur während einer anfänglichen Zeitdauer, nachdem sich der Lasterzeugungszustand der Zusatzvorrichtung geändert hat, zu ändern, so daß der geänderte Betriebswinkel und/oder Ventilhub später auf die Werte vor der Änderung zurückgesetzt werden können. Das heißt, daß danach die Ansaugmenge durch eine Feedbacksteuerung- bzw. -regelung für den Betriebswinkel und/oder den Ventilhub des Einlaßventils entsprechend gesteuert bzw. geregelt wird. Zudem kann bei diesem Beispiel ein instabiler Betriebszustand während der selben Zeitdauer verhindert werden, da der Betriebswinkel und/oder der Ventilhub innerhalb einer bestimmten Zeitdauer allmählich auf die Werte vor der Änderung zurückgesetzt werden.

Bei dem vorstehenden Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem ist es zu bevorzugen, daß, wenn es sich bei der Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung um eine Verschiebung von einem Zustand handelt, in dem die Zusatzvorrichtung keine Last auf dem Verbrennungsmotor erzeugt, in einen Zustand, in dem die Zusatzvorrichtung eine Last auf dem Verbrennungsmotor erzeugt, die Steuerung bzw. Regelung das Ansaugmengen-Reglerventil steuert bzw. regelt, um dessen Öffnung um einen Betrag zu erhöhen, der der Last entspricht, die durch die Zusatzvorrichtung erzeugt wurde, und den variablen Ventilmechanismus steuert bzw. regelt, um zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub des Einlaßventils um einen Betrag zu erhöhen, der der Last entspricht, die durch die Zusatzvorrichtung erzeugt wurde.

Als solches ist es möglich, die Ansaugmenge, die dem Verbrennungsraum zugeführt werden soll, präziser zu erhöhen, wodurch ein instabiler Betrieb des Verbrennungsmotors zuverlässiger verhindert wird.

In vorstehendem Fall kann zudem der Betriebswinkel und/oder der Ventilhub des Einlaßventils, nachdem sie wie vorstehend erläutert erhöht wurden, auf die Werte vor der Erhöhung zurückgesetzt werden, um den Pumpverlust des Verbrennungsmotors zu verringern und dadurch einen wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch zu verbessern.

In dem vorstehenden Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem ist es zu bevorzugen, daß, wenn es sich bei der Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung um eine Verschiebung von einem Zustand handelt, in dem die Zusatzvorrichtung eine Last auf dem Verbrennungsmotor erzeugt, in einen Zustand, in dem die Zusatzvorrichtung keine Last auf dem Verbrennungsmotor erzeugt, die Steuerung bzw. Regelung das Ansaugmengen-Reglerventil steuert bzw. regelt, um dessen Öffnung um einen Betrag zu verringern, der der Last entspricht, die infolge der Verschiebung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung entfernt wurde, und den variablen Ventilmechanismus steuert bzw. regelt, um zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub des Einlaßventils um einen Betrag zu verringern, der der Last entspricht, die infolge der Verschiebung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung entfernt wurde.

Als solches ist es möglich, die Ansaugmenge, die dem Verbrennungsraum zugeführt werden soll, präziser zu verringern, wodurch ein instabiler Betrieb des Verbrennungsmotors zuverlässiger verhindert wird.

In vorstehendem Fall können außerdem der verringerte Betriebswinkel und/oder Ventilhub des Einlaßventils beibehalten werden, anstatt auf den Wert vor der Verringerung zurückgesetzt zu werden, um den Pumpverlust des Verbrennungsmotors zu senken und dadurch einen wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch zu verbessern.

In dem vorstehenden Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem ist es zu bevorzugen, daß der variable Ventilmechanismus in der Lage ist, sowohl den Betriebswinkel als auch den Ventilhub des Einlaßventils zu ändern.

In diesem Fall werden der Betriebswinkel und der Ventilhub des Einlaßventils beide als Reaktion auf die Veränderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung geändert, was die Zunahme der Ansaugluft, die zwischen dem Ansaugmengen-Reglerventil und dem Einlaßventil während einer anfänglichen Zeitdauer nach der vorstehenden Änderung des Lasterzeugungszustands in den Verbrennungsraum gezogen werden soll, weiter beschleunigt.

Bei dem vorstehenden Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem ist zu bevorzugen, daß der variable Ventilmechanismus in der Lage ist, eine Ventilöffnungssteuerzeit, zu der das Einlaßventil geöffnet wird, zu ändern, und die Steuerung bzw. Regelung den variablen Ventilmechanismus so steuert bzw. regelt, daß die selbe Ventilöffnungssteuerzeit beibehalten wird, nachdem zumindest entweder der Betriebswinkel oder der Ventilhub des Einlaßventils als Reaktion auf die Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung geändert worden ist.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors, das folgende Schritte umfaßt: (i) Erfassen einer Änderung eines Lasterzeugungszustands einer Zusatzvorrichtung, während sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet; und (ii) Ändern von zumindest entweder einem Betriebswinkel oder eines Ventilhubs eines Einlaßventils des Verbrennungsmotors sowie Ändern einer Menge einer in den Verbrennungsmotor gezogenen Ansaugluft gemäß der erfaßten Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der identische Bezugszeichen für identische Elemente verwendet werden, näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht der Konfiguration eines Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystems nach einer ersten exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, das in einen Benzinmotor, wie einen Verbrennungsmotor, aufgenommen ist;
2 eine Ansicht, die eine Querschnittsansicht eines variablen Ventilmechanismus darstellt, die entlang der Längsrichtung des Motors erstellt wurde;
3A einen Graphen, der einen Zustand darstellt, in dem der Betriebswinkel und der Ventilhub des Einlaßventils durch den variablen Ventilmechanismus in der ersten Ausführungsform geändert werden;
3B einen Graphen, der einen Zustand darstellt, in dem die Ventilsteuerzeit des Einlaßventils durch den variablen Ventilmechanismus geändert wird;
4 ein Flußdiagramm, das eine Routine darstellt, die durch eine ECU ausgeführt wird, um die Leerlaufdrehzahl des Motors zu steuern bzw. zu regeln;
5 ein Flußdiagramm, das eine Routine darstellt, die durch die ECU ausgeführt wird, um den Betriebswinkel und den Ventilhub zu korrigieren, während sich der Motor im Leerlauf befindet;
6 einen Graphen, der einen Zustand darstellt, in dem der Betriebswinkel und der Ventilhub eines Einlaßventils als Reaktion auf den Lasterzeugungszustand der Zusatzvorrichtung, der erzeugt oder entfernt wurde, geändert werden;
7 ein Zeitdiagramm, das einen Steuerungs- bzw. Regelungszustand in der ersten exemplarischen Ausführungsform darstellt;
8 ein Zeitdiagramm, das einen anderen Steuerzustand in der ersten exemplarischen Ausführungsform darstellt;
9 ein Flußdiagramm, das eine Routine darstellt, die in der zweiten exemplarischen Ausführungsform ausgeführt wird, um den Betriebswinkel und den Ventilhub zu korrigieren, während sich der Motor im Leerlauf befindet;
10 ein Zeitdiagramm, das einen Steuerzustand in der zweiten exemplarischen Ausführungsform darstellt;
11 einen Graphen, der einen anderen Zustand darstellt, in dem der Betriebswinkel und der Ventilhub eines Eirilaßventils als Reaktion auf den Lasterzeugungszustand der Zusatzvorrichtung, der erzeugt oder entfernt wurde, geändert werden;
12 einen Graphen, der einen anderen Zustand darstellt, in dem der Betriebswinkel und der Ventilhub eines Einlaßventils als Reaktion auf den Lasterzeugungszustand der Zusatzvorrichtung, der erzeugt oder entfernt wird, geändert werden; und
13 einen Graphen, der einen anderen Zustand darstellt, in dem der Betriebswinkel und der Ventilhub eines Einlaßventils als Reaktion auf den Lasterzeugungszustand der Zusatzvorrichtung, der erzeugt oder entfernt wurde, geändert werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste exemplarische Ausführungsform der Erfindung)
1 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration eines Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystems nach einer ersten exemplarischen Ausführungsform der Erfindung, das in einen Benzinmotor 2 (der nachstehend einfach als "Motor" bezeichnet wird), der in einem nicht gezeigten Fahrzeug montiert ist, aufgenommen ist. Bei dem Motor 2 handelt es sich um einen Vierzylindermotor, und der Betrieb des Motors 2 wird durch eine ECU 4 gesteuert. 2 ist eine Querschnittsansicht, die die Konstruktion eines variablen Ventilantriebstrangs, der für jeden Zylinder des Motors 2 vorgesehen ist, darstellt. Der Motor 2 weist eine Vierventilmotorstruktur auf, bei der zwei Einlaßventile a und zwei Auslaßventile 2b, somit also insgesamt vier Ventile, bei jedem Zylinder vorgesehen sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Anzahl der Zylinder und Ventile des Motors 2 nicht auf jeweils vier begrenzt sind, sondern daß der Motor 2 beispielsweise ein Motor sein kann, der aus drei Zylindern oder sechs oder mehr Zylindern besteht, die jeweils zwei, drei oder mehr als fünf Ventile aufweisen können.
Die Leistungsabgabe des Motors 2 wird über ein Getriebe auf die Räder übertragen, die beide in der Zeichnung nicht gezeigt sind. Unter Bezugnahme auf 2 weist der Motor 2 Kolben 6, einen Zylinderblock 8 und einen Zylinderkopf 10 auf. In jedem Zylinder definieren einer der Kolben 6, der Zylinderblock 8 und der Zylinderkopf 10 zusammen einen Verbrennungsraum 12. Innerhalb des Zylinderkopfs 10 sind Zünder 14 zum Entzünden der Kraftstoff-Luftgemische und Einspritzdüsen 16 (in 1 gezeigt) zum Direkteinspritzen von Kraftstoff in jeden Verbrennungsraum 12 eingebettet. Es ist zu beachten, daß die Einspritzdüsen 16 als Alternative Kraftstoffeinspritzdüsen sein können, die so ausgelegt und angeordnet sind, daß sie einen Kraftstoff in Ansaugkanäle 18, die mit den Verbrennungsräumen 12 verbunden sind, einspritzen können.
Ansaugkanäle 18 werden durch die Einlaßventile 2a geöffnet und geschlossen, und von den jeweiligen Ansaugkanälen 18 erstrecken sich Saugabzweigleitungen 20 zu einem Druckluftbehälter 22. Ein Drosselventil 26, das durch einen Drosselmotor 24 angesteuert wird, um seine Öffnung (d. h. Drosselöffnung TA) zu ändern, ist in einer Saugleitung 23 vorgesehen, die sich von dem Druckluftbehälter 22 an der Stromaufseite erstreckt. Wenn sich somit die Drosselöffnung TA ändert, ändert sich dementsprechend die Ansaugmenge GA. Die Drosselöffnung TA wird durch einen Drosselsensor 28 erfaßt und in die ECU 4 eingegeben. Die ECU 4 empfängt zudem Sensorsignale, die eine Ansaugmenge GA, die durch einen Einlaßsensor 30 erfaßt wird, der stromauf des Drosselventils 26 vorgesehen ist, und eine Einlaßtemperatur THA anzeigen, die durch einen Einlaßtemperatursensor 32 erfaßt wird, der ebenso stromauf des Drosselventils 26 vorgesehen ist.
Auslaßkanäle 34 des Verbrennungsmotors 2 werden hingegen durch die Auslaßventile 2b geöffnet und geschlossen. Ein Katalysator 38 zum Reinigen von Abgas ist auf halbem Weg entlang eines Abgaskanals 36, der sich von den Auslaßkanälen 34 erstreckt, vorgesehen. Stromauf des Katalysators 38 in dem Abgaskanal 36 ist ein Kraftstoff-Luftverhältnissensor 40 vorgesehen, der das Kraftstoff-Luftverhältnis (Kraftstoff-Luftverhältnis AF) des durch den Abgaskanal 36 strömenden Abgases basierend auf dem Zustand der in dem Abgas enthaltenen Bestandteile erfaßt. Das erfaßte Kraftstoff-Luftverhältnis AF wird in die ECU 4 eingegeben.
Die ECU 4 ist eine digitale Computervorrichtung, die den Betrieb des Motors 2 steuert. Die ECU 4 empfängt Signale von verschiedenen anderen Sensoren, die den Betriebszustand des Motors 2 erfassen, sowie von dem Drosselsensor 28, dem Einlaßsensor 30, dem Einlaßtemperatursensor 32 und dem zuvor erwähnten Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensor 40. Bei den anderen Sensoren handelt es sich beispielsweise um einen Fahrpedalöffnungssensor 44, der den Verstellweg eines Fahrpedals 42 (Fahrpedalöffnung ACP) erfaßt, einen Motordrehzahlsensor 46, der die Drehung einer Kurbelwelle 6a (Motordrehzahl) erfaßt, einen Referenzkurbelwinkelsensor 48, der die Drehung einer Einlaßnockenwelle erfaßt, die verwendet wird, um Referenzkurbelwinkel zu bestimmen, einen Gleitsensor 50, der den Betriebswinkel eines jeden Einlaßventils 2a erfaßt, und einen Kühlmitteltemperatursensor 52, der eine Kühlmitteltemperatur THW erfaßt. Wie diese Sensoren empfängt die ECU 4 Signale von einem Klimaanlageschalter 53, der durch einen Bediener betätigt wird, um die Klimaanlage an- und auszuschalten, die von der Antriebsleistung des Motors 2 betrieben wird. Es ist zu beachten, daß, wie die vorstehenden Sensoren, einige andere bekannte Sensoren in diesem System verwendet werden, um spezielle Betriebswerte zu erhalten. Während des Betriebs erzeugt die ECU 4 wiederum basierend auf den von den vorstehenden Sensorsignalen abgeleiteten Informationen Betriebssignale für die Einspritzdüsen 16, den Drosselmotor 24 und die Zünder 14, um die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung, die einzuspritzende Kraftstoffmenge, die Drosselöffnung TA, die Zündsteuerzeit und dergleichen nach Bedarf zu steuern bzw. zu regeln. Desgleichen erzeugt die ECU 4 Betriebssignale für den variablen Ventilmechanismus 54 basierend auf der Motordrehzahl Ne und der Motorlast (Ansaugmenge GA oder Fahrpedalöffnung ACCP), um den Betriebswinkel, den Ventilhub und die Ventilsteuerzeit eines jeden Einlaßventils 2a jeweils auf Sollwerte zu setzen.
Der variable Ventilmechanismus 54 beinhaltet einen Ventilbetriebswinkel-Einstellmechanismus 56 und einen Ventilzeitsteuermechanismus 58. Der Ventilbetriebswinkel-Einstellmechanismus 56 beinhaltet einen Zwischen-Ventilantriebsstrang 60, der in 2 gezeigt ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Zwischen-Ventilantriebsstrang 60 ist in der Lage, die Phasendifferenz zwischen einem Walzenarm 66d und einer Nase 70d durch Bewegen einer Steuerwelle 82 entlang ihrer axialen Richtung mittels eines Aktuators, der nicht gezeigt ist, zu ändern. Das Ändern der vorstehenden Phasendifferenz ändert den Umfang, in dem jedes Einlaßventil 2a über einen Walzenkipparm 62 pro Umdrehung der Einlaßnockenwelle 64 betrieben wird. Somit werden der Betriebswinkel und der Ventilhub eines jeden Einlaßventils 2a zusammen gesteuert.
Unter Bezugnahme auf den Graphen in 3A ändert der Ventilbetriebswinkel-Einstellmechanismus 56 den Betriebswinkel eines jeden Einlaßventils 2a zwischen einem minimalen Betriebswinkel θmin und einem maximalen Betriebswinkel θmax und ändert den Ventilhub zwischen einer minimalen Erhebung Lmin und einer maximalen Erhebung Lmax.
Der Ventilzeitsteuermechanismus 58 hingegen beinhaltet einen Phaseneinstellmechanismus des Flügeltyps, der an einem Zeitsteuerkettenrad konstruiert ist, das die Phase der Einlaßnockenwelle 64 relativ zu der Kurbelwelle 6a durch eine hydraulische Druck steuerung bzw. -regelung ändert. Während der Ventilzeitsteuermechanismus 58 arbeitet, wird die Ventilsteuerzeit eines jeden Einlaßventils 2a nahtlos auf früh und spät verstellt, wie in 3B dargestellt ist. Somit ermöglicht der kombinierte Einsatz des Ventilbetriebswinkel-Einstellmechanismus 56 und des Ventilzeitsteuermechanismus 58, daß die Steuerzeit, zu der das Einlaßventil 2a geöffnet wird, und die Steuerzeit, zu der es geschlossen wird, separat gesteuert bzw. geregelt werden können. Wie in dem Graphen von 3B gezeigt ist, sind die Offen-Steuerzeit und die Schließ-Steuerzeit der Auslaßventile 2b jeweils mit dem UTP (unteren Totpunkt) und dem OTP (oberen Totpunkt) festgelegt.
Das Flußdiagramm in 4 stellt eine Routine dar, die durch die ECU 4 ausgeführt wird, um die Motordrehzahl des Motors 2 während seines Leerlaufs (die nachstehend einfach als "Leerlaufdrehzahl" bezeichnet wird) zu steuern bzw. zu regeln, und das Flußdiagramm in 5 stellt eine Routine dar, die durch die ECU 4 ausgeführt wird, um den Betriebswinkel und den Ventilhub eines jeden Eirilaßventils 2a während des Motorleerlaufs zu korrigieren. Diese Routinen werden jeweils in einem speziellen Zeitintervall wiederholt.
Unter Bezugnahme auf 4 setzt die ECU 4 zunächst eine Soll-Motordrehzahl NEt bei Schritt 102. Dabei wird der Wert der Soll-Motordrehzahl NEt aus vorbestimmten Werten angesetzt und in einen anderen Wert abhängig davon, ob die Klimaanlage als Zusatzvorrichtung ein- oder ausgeschaltet ist (d. h. ob der Klimaanlagenschalter 53 in der EIN- oder AUS-Position ist), umgewandelt. Insbesondere wird die Soll-Motordrehzahl NEt größer eingestellt, wenn die Klimaanlage eingeschaltet ist als wenn sie ausgeschaltet ist, um die von der Klimaanlage erzeugte Last zu bewältigen.
Anschließend berechnet die ECU 4 bei Schritt 104 einen vorläufigen Drosselöffnungskorrekturbetrag dA. Der Wert von dA wird auf 0 gesetzt, wenn die Klimaanlage (d. h. Zusatzvorrichtung) aus ist, und auf einen Wert, der der Last der Klimaanlage entspricht, wenn die Klimaanlage eingeschaltet ist.
Anschließend berechnet die ECU 4 bei Schritt 106 einen Feedback-Korrekturbetrag dF basierend auf einer Differenz ΔNE zwischen einer Soll-Motordrehzahl NEt und einer Ist-Motordrehzahl NE (NEt – NE). Bei dieser Berechnung kann beispielsweise ein bekanntes PID-(Proportional-Integral-Differential) oder PI-(Proportional-Integral) Berechnungsverfahren mit der berechneten Differenz ΔNE ausgeführt werden. Bei jedem Verfahren wird der Integralterm I für den EIN-Zustand und den AUS-Zustand der Klimaanlage separat berechnet.
Dann berechnet die ECU 4 bei Schritt 108 den Umfang, in dem das Drosselventil 26 betrieben werden soll, anhand des Drosselöffnungskorrekturbetrags dA und des Feedback-Korrekturbetrags dF, die in den vorhergehenden Schritten berechnet wurden, und bei Schritt 110 steuert die ECU 4 den Drosselmotor 24 gemäß dem bei Schritt 108 berechneten Betrag an, wodurch die Drosselöffnung TA auf einen Sollwert gebracht wird, woraufhin der momentane Zyklus der Routine endet. Auf diese Weise steuert die ECU 4 das Drosselventil 26 an, um die Ansaugmenge GA auf einen solchen Wert zu setzen, um die Soll-Motordrehzahl während des Motorleerlaufs zu erreichen.
Anschließend erfolgt eine Erörterung der Routine in 5, die zusammen mit der Leerlaufdrehzahl-Steuerroutine in 4 ausgeführt wird. Unter Bezugnahme auf 5 bestimmt die ECU 4 zunächst bei Schritt 152, ob eine Änderung bezüglich des Zustands der Last eingetreten ist, die durch die Klimaanlage als eine beispielhafte Zusatzvorrichtung erzeugt wurde (wobei dieser Zustand nachstehend nach Bedarf als "Zusatzlastzustand" bezeichnet wird). Wenn sich die Klimaanlage seit dem letzten Zyklus dieser Routine ("NEIN" bei Schritt 152) durchgehend entweder im EIN- oder AUS-Zustand befunden hat, endet die ECU 4 den momentanen Zyklus der Routine.
Wenn hingegen eine Änderung am Zusatzlastzustand eingetreten ist ("JA" bei Schritt 152), macht die ECU 4 bei Schritt 154 weiter und bestimmt, ob die Zusatzlast seit dem letzten Zyklus der Routine angestiegen ist.
Wenn "JA" bei Schritt 154, macht die ECU 4 bei Schritt 156 weiter und bestimmt, ob ein Senkungskorrekturprozeß, bei dem der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a über den variablen Ventilmechanismus 54 verringert werden, ausgeführt wird. Ein genauere Beschreibung des Senkungskorrekturprozesses erfolgt an späterer Stelle.
Wenn "NEIN" bei Schritt 156, macht die ECU 4 bei Schritt 158 weiter und führt einen Anstiegskorrekturprozeß aus, bei dem der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a erhöht werden. Nach diesem Schritt endet der momentane Zyklus der Routine.
Die ECU 4 steuert den Betrieb des variablen Ventilmechanismus 54 basierend auf einem speziellen Steuerkennfeld/Steuerkennfeldern, die dem Laufzustand des Motors 2 zugeordnet, der anhand des Werts der Motordrehzahl NE und der Motorlast bestimmt wird, der typischerweise anhand der Ansaugmenge GA und der Fahrpedalöffnung ACCP bestimmt wird. Somit erhöht der Anstiegskorrekturprozeß bei Schritt 158 den Betriebswinkel und den Ventilhub der Einlaßventile 2a, die basierend auf dem vorstehenden Steuerkennfeld eingestellt sind.
Unter Bezugnahme auf 6, wenn der Betriebswinkel und der Ventilhub als Standardbetriebswinkel und -ventilhub, die basierend auf dem vorstehenden Steuerkennfeld gesetzt sind, normal auf θb bzw. Lb gesetzt sind, werden diese durch den Anstiegskorrekturprozeß auf θc und Lc erhöht. An dieser Stelle ist anzumerken, daß bei dieser exemplarischen Ausführungsform der Ventilzeitsteuermechanismus 58 sowie der Ventilbetriebswinkel-Einstellmechanismus 56 verwendet wird, um bevor und nachdem der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a in dem Anstiegskorrekturprozeß, der vorstehend beschrieben wurde, erhöht werden, die gleiche Ventilöffnungssteuerzeit beizubehalten.
Wenn sich die Klimaanlage im nächsten Zyklus der Routine immer noch im EIN-Zustand befindet ("NEIN" bei Schritt 152), beendet die ECU 4 diesen Zyklus der Routine.
Das heißt, solange der Leerlaufzustand des Motors 2 und der EIN-Zustand der Klimaanlage andauern, werden im wesentlichen keine weiteren Prozesse in der Routine von 5 ausgeführt.
Wenn die Klimaanlage während des Leerlaufzustands des Motors 2 ausgeschaltet wird (d. h. sich der Zusatzlastzustand ändert), bestimmt in der Zwischenzeit dann die ECU 4 bei Schritt 152 "JA" und bestimmt, wie vorstehend erwähnt, ob die Zusatzlast bei Schritt 154 angestiegen ist. Da jedoch zu diesem Zeitpunkt die Zusatzlast infolge des ausgeschalteten Klimageräts ("NEIN" bei Schritt 154) abgenommen hat, macht die ECU 4 bei Schritt 160 weiter und bestimmt, ob der Anstiegskorrekturprozeß zum Erhöhen des Betriebswinkels und des Ventilhubs der Einlaßventile 2a ausgeführt wird.
Da der Anstiegskorrekturprozeß zu diesem Zeitpunkt im Gange ist ("JA" bei Schritt 160), wie dies den vorstehenden Ausführungen zu entnehmen ist, macht die ECU 4 bei Schritt 164 weiter und hebt den Anstiegskorrekturprozeß auf, indem es die Korrekturbeträge, die auf die Standardwerte angewendet wurden (d. h. Standardbetriebswinkel und -ventilhub), die anhand des vorstehenden Steuerkennfelds bestimmt wurden, auf null zurücksetzt, wodurch der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a auf θb bzw. Lb zurückgesetzt werden.
Danach schaltet die ECU 4, jedesmal, wenn die Klimaanlage ein- und ausgeschaltet wird, zwischen dem Anstiegskorrekturprozeß bei Schritt 158 und der Korrekturaufhebung bei Schritt 164 um. Ein derartiger Steuerzustand ist in dem Zeitdiagramm von 7 dargestellt. Unter Bezugnahme auf 7 wird die Drosselöffnung als Reaktion darauf, daß die Klimaanlage bei t0 eingeschaltet wird (d. h. eine Verschiebung vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand), auf einen speziellen erhöhten Wert gemäß dem vorläufigen Drosselöffnungskorrekturbetrag dA erhöht. Zu diesem Zeitpunkt werden der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a ebenfalls auf spezielle erhöhte Werte erhöht, d. h. Schritt 158 wird ausgeführt. Daher steigt die für die jeweiligen Verbrennungsräume 12 vorgesehene Ansaugmenge während der anfänglichen Zeitdauer, nachdem die Klimaanlage eingeschaltet worden ist, aufgrund des erhöhten Betriebswinkels und des Ventilhubs der Einlaßventile 2a rasch an. Ein derartiger Steigerungseffekt der Ansaugmenge dauert jedoch nur eine begrenzte Zeitdauer an. Sobald nämlich die Ansaugmengen ihre Spitzenwerte erreicht haben, nimmt der Steigerungseffekt bald ab.
Bevor jedoch der Steigerungseffekt der Ansaugmenge aufgrund des erhöhten Betriebswinkels und Ventilhubs der Einlaßventile 2a schwindet, erreicht die Ansaugluft, die durch die erhöhte Drosselöffnung angestiegen ist, jeden Verbrennungsraum 12, und daher kann die Ansaugmenge auf dem erhöhten Wert beibehalten werden.
Wenn anschließend die Klimaanlage bei t1 ausgeschaltet wird (EIN-Zustand zu AUS-Zustand), werden die Drosselöffnung, der Betriebswinkel und der Ventilhub allesamt auf die vorherigen Werte gesenkt. Dabei nimmt die für die Verbrennungsräume 12 vorgesehene Ansaugmenge aufgrund des verringerten Betriebswinkels und Ventilhubs der Einlaßventile 2a unmittelbar ab. Ein derartiger Verringerungseffekt bezüglich der Ansaugmenge dauert jedoch nur eine begrenzte Zeitdauer an. Sobald nämlich die Ansaugmenge einen bestimmten verringerten Punkt erreicht hat, nimmt der Verringerungseffekt bald ab.
Bevor jedoch der Verringerungseffekt bezüglich der Ansaugmenge durch den verringerten Betriebswinkel und Ventilhub der Einlaßventile 2a schwindet, erreicht die Einlaßluft, die durch die verringerte Drosselöffnung verringert wird, jeden Verbrennungsraum 12, und daher wird die Ansaugmenge auf dem verringerten (vorherigen) Wert beibehalten.
Wenn der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a hingegen zusammen mit der Drosselöffnung TA nicht geändert (d. h. erhöht oder gesenkt) werden, läuft die resultierende Veränderung der Ansaugmenge schleppend ab, wie durch eine gestrichelte Linie in 7 dargestellt ist, und in ungünstigen Fällen besteht die Möglichkeit, daß, aufgrund der Tatsache, daß die Klimaanlage bei t0 eingeschaltet wird, der Motor abstirbt oder daß der Motor 2 als Reaktion darauf, daß die Klimaanlage bei t1 ausgeschaltet wird, plötzlich hochjagt.
In der Zwischenzeit erfolgt eine Beschreibung des Falls, in dem die Klimaanlage ausgeschaltet wird (d. h. eine Verschiebung vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand), während sich der Motor 2 im Leerlaufzustand befindet und die Klimaanlage (d. h. Zusatzvorrichtung) sich im EIN-Zustand befindet. In diesem Fall bestimmt die ECU 4 bei Schritt 154"Nein" und bestimmt bei Schritt 160, ob der Anstiegskorrekturprozeß, der vorstehend ausführlich beschrieben wurde, nun im Gange ist.
Wenn der Anstiegskorrekturprozeß nicht ausgeführt wird ("NEIN" bei Schritt 160), macht die ECU 4 dann bei Schritt 162 weiter und führt den Senkungskorrekturprozeß aus, woraufhin der momentane Zyklus der Routine endet.
Der Senkungskorrekturprozeß verringert den Standardbetriebswinkel und -hub der Einlaßventile 2a, die basierend auf dem vorstehenden Steuerkennfeld gesetzt wurden. Unter Bezugnahme auf 6, wenn der Betriebswinkel und der Ventilhub normal auf die Standardwerte θb bzw. Lb gesetzt sind, verringert der Senkungskorrekturprozeß diese auf θa bzw. La. An dieser Stelle ist zu beachten, daß in dieser exemplarischen Ausführungsform der Ventilzeitsteuermechanismus 58 sowie der Ventilbetriebswinkel-Einstellmechanismus 56 verwendet werden, um die gleiche Ventilöffnungs-Steuerzeit, bevor und nachdem der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a in dem vorstehend beschriebenen Senkungskorrekturprozeß verringert werden, beizubehalten.
Im nächsten Zyklus der Routine, wenn sich die Klimaanlage immer noch im AUS-Zustand befindet, endet die ECU 4 diesen Zyklus der Routine. Das heißt, daß, solange der Leerlaufzustand des Motors 2 und der AUS-Zustand der Zusatzvorrichtung andauern, im wesentlichen keine weiteren Prozesse in der Routine von 5 ausgeführt werden.
Wenn die Klimaanlage hingegen während des Leerlaufzustands des Motors 2 eingeschaltet wird (d. h. sich der Zusatzlastzustand ändert), bestimmt die ECU 4 dann bei Schritt 152 "JA", und bestimmt, wie zuvor erwähnt, bei Schritt 154, ob die Zusatzlast angestiegen ist. Da jedoch zu diesem Zeitpunkt die Zusatzlast infolgedessen, daß die Klimaanlage eingeschaltet ist, angestiegen ist (d. h. "JA" bei Schritt 154), macht die ECU 4 bei Schritt 156 weiter, um zu bestimmen, ob der Senkungskorrekturprozeß zum Verringern des Betriebswinkels und des Ventilhubs der Einlaßventile 2a nun im Gange ist.
Da der Senkungskorrekturprozeß zu diesem Zeitpunkt im Gange ist ("JA" bei Schritt 156), wie aus den vorstehenden Anmerkungen hervorgeht, macht die ECU 4 dann bei Schritt 164 weiter und hebt den Senkungskorrekturprozeß auf, indem die Korrekturbeträge, die auf die Standardwerte (d. h. Standardbetriebswinkel und Standardventilhub) angewendet wurden, die anhand des vorhergehenden Steuerkennfelds bestimmt wurden, auf null zurückgesetzt werden.
Danach schaltet die ECU 4, jedesmal, wenn die Klimaanlage ein- und ausgeschaltet wird, zwischen dem Senkungskorrekturprozeß bei Schritt 162 und der Korrekturaufhebung bei Schritt 164 um. Ein derartiger Steuerzustand ist im Zeitdiagramm in 8 dargestellt. In bezug auf dieses Zeitdiagramm gelten die selben Ausführungen, die in Verbindung mit der Verschiebung vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand der Klimaanlage bei t1 (7) während des Motorleerlaufs gemacht wurden, für die Verschiebung bei t10, und desgleichen gelten die selben Ausführungen, die in Verbindung mit der Verschiebung vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand der Klimaanlage bei t0 (7) während des Leerlaufs des Motors gemacht wurden, für die Verschiebung bei t11.
Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem werden der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a sowie die Drosselöffnung (Drosselöffnung TA) während einem Motorleerlauf als Reaktion auf eine Änderung des Zusatzlastzustands, der anhand des Signals des Klimaanlagenschalters 53 erfaßt worden ist, eingestellt. Das heißt, wenn sich der Zusatzlastzustand von einem Zustand, in dem keine Last durch die Zusatzvorrichtung (Klimaanlage) erzeugt wird, in einen anderen Zustand verschiebt, in dem keine Last erzeugt wird, werden jeweils der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a sowie die Drosselöffnung um einen der erzeugten Last entsprechenden Betrag erhöht, so daß die für jeden Verbrennungsraum 12 vorgesehene Ansaugmenge unmittelbar ansteigt, wodurch ein instabiler Motorbetrieb verhindert wird, der beispielsweise aus einer Abnahme der Motordrehzahl resultiert, die ansonsten verursacht würde. Wenn die Zusatzlast hingegen entfernt wird, werden jeweils der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a sowie die Drosselöffnung um einen Betrag verringert, der der entfernten Zusatzlast entspricht, so daß die für jeden Verbrennungsraum 12 vorgesehene Ansaugmenge unmittelbar abnimmt, wodurch ein instabiler Motorbetrieb verhindert wird, der beispielsweise aus einem drastischen Anstieg der Motordrehzahl resultiert, der ansonsten verursacht würde. Auch in letzterem Fall senken der verringerte Betriebswinkel und Ventilhub der Einlaßventile 2a den Pumpverlust des Motors 2, der angesichts eines wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauchs wünschenswert ist.
(Zweite exemplarische Ausführungsform der Erfindung)
Gemäß einer zweiten exemplarischen Ausführungsform der Erfindung werden der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a im Laufe der Zeit auf die Werte vor der Änderung zurückgesetzt, nachdem die Drosselöffnung, der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a gemäß einer Änderung des Zusatzlastzustands geändert (erhöht oder verringert) worden sind. Um dies umzusetzen, führt die ECU 4 die in 9 gezeigte Routine anstelle der in 5 gezeigten aus, um den Betriebswinkel und den Ventilhub der Einlaßventile 2a zu steuern bzw. zu regeln. Es ist zu beachten, daß das Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem in dieser Ausführungsform die gleiche Konfiguration wie das in der ersten exemplarischen Ausführungsform beschriebene aufweist und die in 4 gezeigte Routine wie vorstehend erläutert ausführt. Daher ist auf 1 bis 4 Bezug zu nehmen.
Nachstehend wird die Routine in 9, die durch die ECU 4 in spezifischen Zeitintervallen wiederholt ausgeführt wird, ausführlich erörtert. Unter Bezugnahme auf 9 bestimmt die ECU 4 zunächst bei Schritt 252, ob eine Änderung am Zusatzlastzustand eingetreten ist Wenn die Klimaanlage seit dem letzen Zyklus dieser Routine durchgehend im EIN- oder AUS-Zustand gewesen ist ("NEIN" bei Schritt 252), macht die ECU 4 bei Schritt 260 weiter und bestimmt, ob ein allmählicher Korrektursenkungsprozeß, der nachstehend beschrieben wird, beendet worden ist. Der allmähliche Korrektursenkungsprozeß wird ausgeführt, wenn der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a durch den vorstehenden Anstiegs- oder Senkungskorrekturprozeß auf korrigierte Werte gesetzt worden sind. Wenn weder der Anstiegs- oder Senkungskorrekturprozeß ausgeführt worden ist oder der allmähliche Korrektursenkungsprozeß bereits beendet worden ist, bestimmt die ECU 4"JA" bei Schritt 260 und beendet den momentanen Zyklus der Routine.
Wenn hingegen eine Änderung am Zusatzlastzustand ("JA" bei Schritt 252) eingetreten ist, macht die ECU 4 dann bei Schritt 254 weiter und bestimmt, ob die Zusatzlast seit dem vorherigen Zyklus der Routine angestiegen ist. Wenn "JA" bei Schritt 254, macht die ECU 4 dann bei Schritt 256 weiter und führt dann den Anstiegskorrekturprozeß aus, bei dem der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a unter Verwendung des variablen Ventilmechanismus 54 erhöht werden. Nach diesem Schritt endet der momentane Zyklus der Routine.
Wie bereits in Verbindung mit Schritt 158 in der ersten exemplarischen Ausführungsform erläutert wurde, erhöht der Anstiegskorrekturprozeß den Betriebswinkel und den Ventilhub der Einlaßventile 2a, die basierend auf dem Steuerkennfeld gesetzt sind, das dem Laufzustand des Motors 2 zugeordnet ist. In dem Zeitdiagramm von 10 wird der Anstiegskorrekturprozeß bei t20 aktiviert.
Wenn sich die Klimaanlage im nächsten Zyklus der Routine immer noch im EIN-Zustand befindet ("NEIN" bei Schritt 252), macht die ECU 4 dann bei Schritt 260 weiter und bestimmt, ob der allmähliche Korrektursenkungsprozeß beendet worden ist. Da der Anstiegskorrekturprozeß zu diesem Zeitpunkt im letzten Zyklus ausgeführt wurde und somit der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a momentan auf spezielle erhöhte Werte gesetzt sind, bestimmt die ECU 4, daß der allmähliche Korrektursenkungsprozeß noch nicht beendet worden ist ("NEIN" bei Schritt 260), und macht bei Schritt 262 weiter, um den allmählichen Korrektursenkungsprozeß zu aktivieren.
Unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm von 10 heißt das, nachdem der erhöhte Betriebswinkel und der Ventilhub für eine bestimmte Zeitdauer (von t20 bis t21) beibehalten worden sind, daß die ECU 4 den allmählichen Korrektursenkungsprozeß aktiviert, der den Korrekturbetrag für jeweils den Betriebswinkel und den Ventilhub im Laufe der Zeit oder mit Anstieg eines kumulativen Werts der Motordrehzahl auf null verringert. Zu diesem Zeitpunkt wird jeder Korrekturbetrag für den Betriebswinkel und den Ventilhub mit einer solchen Geschwindigkeit gesenkt, um zu ermöglichen, daß jeder Korrekturbetrag schnellstmöglich genullt wird, aber nicht um eine schlagartige und abrupte Änderung der Ansaugmenge zu bewirken.
Nach Schritt 262 beendet die ECU 4 den momentanen Zyklus der Routine und wiederholt in den darauffolgenden Zyklen während der Zeitdauer von t21 bis t22 die Bestimmung "NEIN" bei Schritt 260 und setzt den allmählichen Korrektursenkungsprozeß fort.
Wenn jeder Korrekturbetrag genullt (t22) worden ist, bestimmt die ECU 4 dann "JA" bei Schritt 260 und beendet den momentanen Zyklus der Routine. Wenn die Klimaanlage später ausgeschaltet wird (d. h. der Zusatzlastzustand sich ändert), bestimmt die ECU 4 dann bei Schritt 252 "JA" und beurteilt bei Schritt 254, ob die Zusatzlast angestiegen ist. Da die Zusatzlast in diesem Fall infolge dessen, daß die Klimaanlage ausgeschaltet ist ("NEIN" bei Schritt 254), abgenommen hat, macht die ECU 4 bei Schritt 258 weiter und aktiviert den Senkungskorrekturprozeß, in dem der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a unter Verwendung des variablen Ventilmechanismus 54 verringert werden, woraufhin die ECU 4 den momentanen Zyklus der Routine beendet.
Wie bereits in der ersten exemplarischen Ausführungsform (Schritt 162) beschrieben wurde, verringert der Senkungskorrekturprozeß den Betriebswinkel und den Ventilhub der Einlaßventile 2a, die basierend auf dem vorstehenden Steuerkennfeld gesetzt wurden. Unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm von 10 wird der Senkungskorrekturprozeß bei t20 aktiviert.
Wenn sich die Klimaanlage im nächsten Zyklus der Routine noch immer im "EIN"-Zustand befindet ("NEIN" bei Schritt 252), macht die ECU 4 bei Schritt 260 weiter und bestimmt, ob der allmähliche Korrektursenkungsprozeß bereits beendet worden ist. Da zu diesem Zeitpunkt der Senkungskorrekturprozeß soeben im letzten Zyklus ausgeführt wurde, und somit der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a momentan auf spezielle verringerte Werte gesetzt sind, bestimmt die ECU 4, daß der allmähliche Korrektursenkungsprozeß noch nicht beendet worden ist ("NEIN" bei Schritt 260), und die ECU 4 macht bei Schritt 262 weiter, um den allmählichen Korrektursenkungsprozeß zu aktivieren.
Unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm von 10 heißt das, daß, nachdem der verringerte Betriebswinkel und der Ventilhub für eine bestimmte Zeitdauer beibehalten worden sind (von t23 bis t24), die ECU 4 den allmählichen Korrektursenkungsprozeß aktiviert, um den Korrekturbetrag für jeweils den Betriebswinkel und den Ventilhub im Laufe der Zeit oder mit Anstieg eines kumulativen Werts der Motordrehzahl allmählich auf null zu senken.
Nach Schritt 262 beendet die ECU 4 den momentanen Zyklus der Routine, und in den darauffolgenden Zyklen während der Zeitdauer von t21 bis t22 wiederholt die ECU 4 die Bestimmung "NEIN" bei Schritt 260 und setzt den allmählichen Korrektursenkungsprozeß fort.
Wenn jeder Korrekturbetrag genullt worden ist (t25), bestimmt die ECU 4 dann "JA" bei Schritt 260 und beendet den momentanen Zyklus der Routine.
Durch die vorstehenden Routinen wird die Ansaugmenge unmittelbar als Reaktion auf eine Änderung des Zusatzlastzustands in der im wesentlichen gleichen Weise wie bei der ersten exemplarischen Ausführungsform eingestellt.
Gemäß dem Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem der zweiten exemplarischen Ausführungsform werden der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a sowie die Drosselöffnung (Drosselöffnung TA) während des Motorleerlaufs als Reaktion auf eine Änderung des Zusatzlastzustands eingestellt, wodurch ein instabiler Motorbetrieb verhindert wird, der ansonsten bewirkt werden würde. Insbesondere wenn der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a erhöht worden sind, werden sie auf den Wert vor dem Erhöhen zurückgesetzt, wodurch der Pumpverlust im Motor 2 verringert wird, was bezüglich eines wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauchs wünschenswert ist. Speziell wenn der Betriebswinkel und der Ventilhub der Einlaßventile 2a als Reaktion darauf, daß die Zusatzlast erzeugt oder entfernt wird (d. h. als Reaktion darauf, daß die Klimaanlage eingeschaltet oder ausgeschaltet wird) geändert werden, werden der geänderte Betriebswinkel und Ventilhub später innerhalb einer speziellen Zeitdauer auf die Werte vor dem allmählichen Verändern zurückgesetzt, wodurch ein instabiler Motorbetrieb verhindert wird, der ansonsten während der gleichen Zeitdauer bewirkt würde.
Modifizierungsbeispiele

a) Obgleich der Ventilzeitsteuermechanismus auch verwendet wird, um die Ventilsteuerzeit eine jeden Einlaßventils 2a beizubehalten, wenn dessen Betriebswinkel und Ventilhub als Reaktion auf eine Änderung des Zusatzlastzustands in der ersten und zweiten exemplarischen Ausführungsform geändert werden, können der Betriebswinkel und der Ventilhub ohne Berücksichtigung der Ventilsteuerzeit geändert werden, wie in 11 gezeigt ist.
b) Obgleich der Betriebswinkel und der Ventilhub beide als Reaktion auf eine Änderung des Zusatzlastzustands in der ersten und zweiten exemplarischen Ausführungsform eingestellt werden, kann nur der Ventilhub ohne Veränderung des Betriebswinkels geändert werden, wie in 12 dargestellt ist, oder nur der Betriebswinkel ohne Änderung des Ventilhubs geändert werden, wie in 13 dargestellt ist. Um die Betriebsabläufe in 12 und 13 zu realisieren, kann ein Ventilansteuermechanismus mit einer Einlaßnockenwelle, die entlang ihrer axialen Richtung gleitbar ist und dreidimensionale Nocken aufweist, die jeweils ein Profil aufweisen, das entlang der selben axialen Richtung variiert, anstatt des Zwischen-Ventilantriebsstrangs 60 verwendet werden. Zudem können als Alternative zur Verwendung eines Zwischen-Ventilantriebsstrangs 60 elektromagnetisch angesteuerte Ventile als Einlaßventile 2a verwendet werden, und deren Betriebswinkel und Ventilhub können geändert werden, wie in einer der 11 bis 13 dargestellt ist.
c) Obgleich der variable Ventilmechanismus den Ventilzeitsteuermechanismus gemäß der ersten und zweiten exemplarischen Ausführungsform beinhaltet, kann die in 11 dargestellte Ventilsteuerung- bzw. -regelung ohne den Ventilzeitsteuermechanismus realisiert werden, so daß auf ihn bei fehlender Notwendigkeit verzichtet werden kann. Wenn der vorstehende Ventilansteuermechanismus mit einer Einlaßnockenwelle, die entlang ihrer axialen Richtung gleitbar ist und dreidimensionale Nocken aufweist, verwendet wird, kann die Ventilsteuerung- bzw. -regelung, die in 11 bis 13 dargestellt ist, durch einfaches Bewegen der Einlaßnockenwelle entlang ihrer axialen Richtung realisiert werden.
d) Obgleich das Drosselventil 26 als Ansaugmengen-Reglerventil in der ersten und zweiten exemplarischen Ausführungsform verwendet wird, kann zusätzlich ein ISCV (Idling Speed Control Valve = Leerlaufdrehzahl-Steuerventil) parallel zum Drosselventil 26 vorgesehen werden und als Ansaugmengen-Reglerventil verwendet werden.
e) Obgleich in der ersten und zweiten exemplarischen Ausführungsform auf eine Klimaanlage als Zusatzvorrichtung verwiesen wurde, kann es sich stattdessen dabei auch um eine andere Zusatzvorrichtung handeln, die als elektrische Last (z. B. Scheinwerfereinheit), als hydraulische Last (z. B. Servolenkungseinheit) oder dergleichen dient. Zudem können die Steuerroutinen der ersten und zweiten exemplarischen Ausführungsform in bezug auf eine Mehrzahl von Zusatzvorrichtungen so ausgeführt werden, daß der vorläufige Drosselkorrekturbetrag gesetzt wird und der Betriebswinkel und der Ventilhub eines jeden Einlaßventils 2a gemäß der Last einer jeweiligen Zusatzvorrichtung erhöht oder gesenkt wird.
f) Gemäß der ersten und zweiten exemplarischen Ausführungsform wird die Leerlaufdrehzahl des Motors 2 durch Steuern einer Drosselöffnung TA gesteuert, solange der Zusatzlastzustand nicht geändert wird. Alternativ kann unter der gleichen Bedingung die Leerlaufdrehzahl durch Einstellen des Ventilhubs oder des Betriebswinkels eines jeden Einlaßventils 2a gesteuert bzw. geregelt werden, während die Drosselöffnung TA bei einem bestimmten geringen Wert festgelegt ist. Wenn sich in diesem Fall der Zusatzlastzustand ändert, werden der Betriebswinkel und der Ventilhub beide wie vorstehend beschrieben eingestellt.
g) Obgleich in der ersten und zweiten exemplarischen Ausführungsform der Betriebswinkel und der Ventilhub, die infolge der erzeugten und entfernten Zusatzlast korrigiert (erhöht oder verringert) werden, durch Senken des Korrekturbetrags (d. h. des Betrags, um den jeweils der Betriebswinkel oder der Ventilhub erhöht oder verringert werden) allmählich auf die vorherigen Werte zurückgesetzt werden, kann auf einen Prozeß zum Zurücksetzen der Korrekturbeträge auf die vorherigen Werte verzichtet werden, wenn die Korrektur als Reaktion darauf, daß die Zusatzlast entfernt wird, erfolgt ist, so daß der Pumpverlust weiter abnimmt.

Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf deren bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen oder Konstruktionen beschränkt ist. Ganz im Gegenteil soll die Erfindung verschiedene andere Modifizierungen und entsprechende Anordnungen als die vorstehend beschriebenen abdecken. Obgleich die verschiedenen Elemente der bevorzugten Ausführungsformen in verschiedenen beispielhaften Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, fallen daneben weitere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr oder weniger Elemente oder einschließlich nur eines einzelnen Elements ebenfalls in den Schutzbereich der Erfindung.

Claims

Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem für einen Verbrennungsmotor (2), das ein Ansaugmengen-Reglerventil (26) aufweist, das in oder entlang einer Saugleitung (23) des Verbrennungsmotors (2) angeordnet ist, um eine Ansaugmenge zu steuern bzw. zu regeln, die dem Verbrennungsmotor (2) zugeführt wird; einen variablen Ventilmechanismus (54), der zumindest entweder einen Betriebswinkel oder einen Ventilhub eines Einlaßventils (2a) des Verbrennungsmotors (2) ändert; eine Steuerung bzw. Regelung (4), die das Ansaugmengen-Reglerventil (26) und den variablen Ventilmechanismus (54) steuert bzw. regelt; und eine Zusatzvorrichtung (53), die mit dem Verbrennungsmotor (2) mechanisch oder elektrisch verbunden ist und eine Last auf dem Verbrennungsmotor (2) während des Betriebs erzeugt; wobei das Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem dadurch gekennzeichnet ist, daß: wenn ein Lasterzeugungszustand der Zusatzvorrichtung sich ändert, während sich der Verbrennungsmotor (2) im Leerlauf befindet, die Steuerung bzw. Regelung (4) das Ansaugmengen-Reglerventil (26) steuert bzw. regelt, um dessen Öffnung zu ändern, und den variablen Ventilmechanismus (54) steuert bzw. regelt, um zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub des Einlaßventils (2a) gemäß der Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung zu ändern.
Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: der variable Ventilmechanismus (54) in der Lage ist, zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub des Einlaßventils (2a) nahtlos zu ändern; und nachdem zumindest entweder der Betriebswinkel oder der Ventilhub des Einlaßventils (2a) über den variablen Ventilmechanismus (54) als Reaktion auf die Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung geändert worden ist, die Steuerung bzw. Regelung (4) den variablen Ventilmechanismus steuert bzw. regelt, um zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub allmählich wieder auf den Wert vor dem Ändern zu ändern.
Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß: wenn es sich bei der Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung um eine Verschiebung von einem Zustand, in dem die Zusatzvorrichtung keine Last auf dem Verbrennungsmotor (2) erzeugt, in einen Zustand, in dem die Zusatzvorrichtung eine Last auf dem Verbrennungsmotor (2) erzeugt, handelt, die Steuerung bzw. Regelung (4) das Ansaugmengen-Reglerventil (26) steuert bzw. regelt, um deren Öffnung um einen Betrag zu erhöhen, der der durch die Zusatzvorrichtung erzeugten Last entspricht, und den variablen Ventilmechanismus (54) steuert bzw. regelt, um zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub des Einlaßventils (2a) um einen Betrag zu erhöhen, der der durch die Zusatzvorrichtung erzeugten Last entspricht.
Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß: wenn es sich bei der Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung um eine Verschiebung von einem Zustand, in dem die Zusatzvorrichtung eine Last auf dem Verbrennungsmotor (2) erzeugt, in einen Zustand, in dem die Zusatzvorrichtung keine Last auf dem Verbrennungsmotor (2) erzeugt, handelt, die Steuerung bzw. Regelung (4) das Ansaugmengen-Reglerventil (26) steuert bzw. regelt, um dessen Öffnung um einen Betrag zu verringern, der der infolge der Verschiebung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung entfernten Last entspricht, und den variablen Ventilmechanismus (54) steuert bzw. regelt, um zumindest entweder den Betriebswinkel oder den Ventilhub des Einlaßventils (2a) um einen Betrag zu verringern, der der infolge der Verschiebung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung entfernten Last entspricht.
Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß: der variable Ventilmechanismus (54) in der Lage ist, sowohl den Betriebswinkel als auch den Ventilhub des Einlaßventils zu ändern.
Leerlaufdrehzahlsteuerungs- bzw. -regelungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß: der variable Ventilmechanismus (54) in der Lage ist, eine Ventilöffnungs-Steuerzeit zu ändern, zu der das Einlaßventil (2a) geöffnet ist, und die Steuerung bzw. Regelung (4) den variablen Ventilmechanismus (54) steuert bzw. regelt, so daß die gleiche Ventilöffnungs-Steuerzeit beibehalten wird, nachdem zumindest entweder der Betriebswinkel oder der Ventilhub des Einlaßventils (2a) als Reaktion auf die Änderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung geändert worden ist.
Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erfassen einer Änderung eines Lasterzeugungszustands einer Zusatzvorrichtung, die während des Betriebs eine Last auf dem Verbrennungsmotor (2) erzeugt; und Ändern von zumindest entweder einem Betriebswinkel oder einem Ventilhub eines Einlaßventils (2a) des Verbrennungsmotors (2) sowie einer Menge einer An saugluft, die in den Verbrennungsmotor (2) gezogen wird, als Reaktion auf die erfaßte Veränderung des Lasterzeugungszustands der Zusatzvorrichtung.