DE102005058994B4

DE102005058994B4 - Ventilkennlinien-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor und Verfahren für dieselbe

Info

Publication number: DE102005058994B4
Application number: DE102005058994.4A
Authority: DE
Inventors: Naohide Fuwa; Hisayo Yoshikawa
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2025-12-10
Also published as: US20060124092A1; JP2006170009A; DE102005058994A1; US7441522B2; JP4324086B2

Abstract

Ventilkennlinien-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (11), die einen variablen Ventilmechanismus (31) aufweist, der eine Ventilkennlinie eines Einlaßventils (19) variiert, wobei die Ventilkennlinie auf einen Hubzeitbereich des Einlaßventils (19) bezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Steuerungseinrichtung zum Ausführen einer Rückkopplungsregelung des variablen Ventilmechanismus (31) basierend auf einer Differenz zwischen einem Sollwert und einem vorliegenden Wert der Ventilkennlinie, eine Luftempfindlichkeits-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Luftempfindlichkeit eines vorliegenden Werts des Hubzeitbereichs; und eine Steuerungsverstärkungs-Einstellungseinrichtung (41) zum Einstellen einer Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung gemäß der berechneten Luftempfindlichkeit.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Ventilkennlinien-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor einschließlich eines variablen Ventilmechanismus, der einen Hubzeitbereich eines Einlaßventils variiert und ein Verfahren für dasselbe.
2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Verbrennungsmotoren, die einen variablen Ventilmechanismus umfassen, der eine Ventilkennlinie eines Einlaßventils variiert etc. werden in der Praxis bereits verwendet. Es sind verschiedene Arten von variablen Ventilmechanismen sind bekannt, wie z. B. variable Ventilzeitsteuerungsmechanismen, die eine Ventilsteuerzeit variieren, ein variabler Hubmechanismus, der einen Ventilhubbetrag variiert, und ein Mechanismus, der in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2001-263015 A beschrieben ist, der eine Öffnungszeitdauer und einen Hubbetrag eines Ventils variiert.
Insbesondere bei einem variablen Ventilmechanismus, der einen Ventilhubbetrag und eine Öffnungssteuerzeit eines Einlaßventils kontinuierlich variieren kann, wie in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2001-263015 A beschrieben ist, kann eine Antriebssteuerung des variablen Ventilmechanismus ausgeführt werden, um eine Ansaugluftmenge anzupassen. Die Ansaugluftmenge, die sich zusammen mit einer Variation der Ventilkennlinien ändert, weist eine Beziehung zu einem Integral des Ventilhubbetrags während einer Zeitdauer vom Öffnen des Einlaßventils bis zu dem Zeitpunkt, wenn es geschlossen wird, auf Nachstehend wird diese Art von Zeitintegral als „Hubzeitbereich” bezeichnet. Der in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2001-263015 A beschriebene, variable Ventilmechanismus ist in der Lage, eine Ventilkennlinie, die auf diesen Hubzeitbereich bezogen ist, zu variieren und somit eine Ventilkennlinie zu variieren, die auf eine Anpassung der Ansaugluftmenge bezogen ist.
Die Antriebssteuerung des vorstehenden Mechanismus, nämlich der variable Ventilmechanismus, der die Ventilkennlinie variiert, die auf den Hubzeitbereich des Einlaßventils bezogen ist, kann ausgeführt werden, um die Ansaugluftmenge des Verbrennungsmotors anzupassen. In diesem Fall wird der Antrieb des variablen Ventilmechanismus durch Rückmeldung gesteuert, um dafür zu sorgen, daß ein vorliegender Wert der Ventilkennlinie einem Sollwert entspricht, der basierend auf einem Motorbetriebszustand berechnet wird. Insbesondere wird eine Differenz zwischen dem Sollwert der Ventilkennlinie und dem vorliegenden Wert als eine Basis zum Ausführen einer Rückkopplungsregelung eines Ansteuerungsbetrags eines Stellglieds etc. verwendet, das den variable Ventilmechanismus ansteuert. Bei dieser Art von Rückkopplungs-Regelungssystem wird eine Steuerungsverstärkung eingestellt, um ein entsprechendes Ansprechvermögen und eine entsprechende Stabilität zu erreichen. Die Steuerungsverstärkung ist ein Wert, der den Ansteuerungsbetrag des Stellglieds etc. entsprechend der Differenz anpaßt. Während der Wert der Steuerungsverstärkung ansteigt, steigt der Ansteuerungsbetrag, wodurch das Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems zunimmt. Während hingegen der Wert der Steuerungsverstärkung abnimmt, nimmt auch der Ansteuerungsbetrag ab, wodurch die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems erhöht wird.
Wenn die Ansaugluftmenge des Motors gering ist, steigt ein Verhältnis der Veränderung der Ansaugluftmenge in bezug auf einen Veränderungsbetrag der Ventilkennlinie an. Wenn die Ansaugluftmenge groß ist, weist das Veränderungsverhältnis eine Tendenz zum Abnehmen auf. Dieses Verhältnis der Veränderung der Ansaugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag der Ventilkennlinie wird nachstehend als „Luftempfindlichkeit” bezeichnet. Wenn das Verhältnis der Veränderung der Ansaugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag der Ventilkennlinie groß ist, spricht man dann davon, daß die Luftempfindlichkeit „hoch” ist. Wenn das Verhältnis der Veränderung der Ansaugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag der Ventilkennlinie hingegen gering ist, spricht man dann davon, daß die Luftempfindlichkeit „niedrig” ist.
Die Luftempfindlichkeit ändert sich gemäß der Ansaugluftmenge wie vorstehend beschrieben. Wenn dementsprechend die Steuerungsverstärkung auf einen konstanten Wert eingestellt ist, besteht die Möglichkeit, daß folgende Probleme auftreten. Wenn die Luftempfindlichkeit sich in einem niedrigen Bereich befindet (einem Bereich, wo es schwierig ist, daß sich die Ansaugluftmenge ändert), weist der Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus in bezug auf den Änderungsbetrag der Soll-Ansaugluft eine Tendenz dazu auf, unausreichend zu werden. Folglich besteht eine Möglichkeit, daß das Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems sich verschlechtert und daß Probleme auftreten, wie z. B. eine Veränderung der Ansaugluftmenge langsam abläuft. Wenn die Luftempfindlichkeit sich hingegen in einem hohen Bereich befindet (einem Bereich, wo es für die Ansaugluftmenge einfach ist, sich zu ändern), erreicht der Ansteuerungsbetrag des variable Ventilmechanismus in bezug auf den Veränderungsbetrag der Soll-Ansaugluft einen übermäßigen Wert. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, daß sich die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems verschlechtert und daß Probleme auftreten, wie z. B. ein Überschwingen der Ansaugluftmenge, wodurch bewirkt wird, daß der Motor abstirbt.
Die DE 103 57 741 A1 offenbart ferner einen Verbrennungsmotor, welcher versehen ist mit einer variablen Ventilvorrichtung, die einen Hubbetrag eines Einlassventils ändert, wenn ein Zielhubbetrag des Einlassventils ein vorbestimmter Wert oder kleiner ist, wird der Zielhubbetrag des Einlassventils begrenzt auf den vorbestimmten Wert oder größer, wenn die Verbrennungsänderung einen zulässigen Wert oder größer erreicht.
Aus der DE 103 32 083 B4 ist überdies ein Verbrennungsmotor bekannt, der mit einem variablen Ventilmechanismus ausgestattet ist, der mindestens eine Ventilbetriebscharakteristik (Ventilhubgröße und dergleichen) eines Einlassventils ändert, wird eine Soll-Ansaugluftmenge entsprechend zu einem Soll-Drehmoment, basierend auf den Betriebszuständen des Motors, festgesetzt, um ein Soll-Volumendurchflussverhältnis durch Dividieren der Soll-Ansaugluftmenge durch eine Motordrehzahl und das Gesamtzylindervolumen zu berechnen. Das Soll-Volumendurchflussverhältnis wird entsprechend dem Schließzeitpunkt des Einlassventils korrigiert. Wenn die Ventilhubgröße des Einlassventils in einem Niedrigventilhubbereich ist, wird das Soll-Volumendurchflussverhältnis entsprechend der Ventilhubgröße weiter korrigiert, und das nachkorrigierte Soll-Volumendurchflussverhältnis wird in einer Ventilöffnungsfläche des Einlassventils umgewandelt, um als eine Soll-Ventilöffnungsfläche festgesetzt zu werden. Dann wird, basierend auf der Soll-Ventilöffnungsfläche, eine Soll-Ventilbetriebscharikteristik des Einlassventils festgesetzt. Danach wird der variable Ventilmechanismus so gesteuert, dass die Ventilbetriebscharakteristik des Einlassventils die Soll-Ventilbetriebscharakteristik erreicht.
Die DE 10 2004 026 006 A1 offenbart schließlich ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, die mit einem Kraftstoffzuführmechanismus versehen ist, der in der Lage ist, eine Kraftstoffzuführmenge einzustellen, hat einen Strömungsratensensor, der eine Einlassluftströmungsrate erfasst, eine Strömungsrate von in eine Brennkammer der Brennkraftmaschine eingelassenen Luft wiedergibt, einen Drucksensor, der einen Druck der in die Brennkammer der Brennkraftmaschine eingelassenen Luft erfasst, eine Charakteristikänderungsabschätzeinheit, die eine Charakteristikänderung der Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit der durch den Strömungsratensensor erfassten Einlassluftströmungsrate und dem durch den Drucksensor erfassten Einlassluftdruck abschätzt, und eine Kraftstoffzuführmechanismussteuereinheit, die den Kraftstoffzuführmechanismus steuert. Die Kraftstoffzuführmechanismussteuereinheit steuert den Kraftstoffzuführmechanismus so, dass die Charakteristikänderung in der Brennkraftmaschine in Übereinstimmung mit einer durch die Charakteristikänderungsabschätzeinheit durchgeführten Abschätzung kompensiert wird.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Ventilkennlinien-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, die eine Steuerungsverstärkung einer Rückkoppelungsregelung entsprechend einstellt, wenn ein variable Ventilmechanismus durch Rückkopplung gesteuert wird, um ein Ansprechvermögen und die Stabilität eines Rückkopplungs-Regelungssystems in vorteilhafter Weise sicherzustellen. Die Erfindung sieht zudem ein Verfahren für diese Vorrichtung vor.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die auf einen Verbrennungsmotor angewendet wird, der einen variablen Ventilmechanismus umfaßt, der eine Ventilkennlinie eines Einlaßventils variiert, wobei die Ventilkennlinie auf einen Hubzeitbereich des Einlaßventils bezogen ist. Die Vorrichtung führt eine Rückkopplungsregelung des variablen Ventilmechanismus basierend auf einer Differenz zwischen einem Sollwert und einem vorliegenden Wert der Ventilkennlinie aus und weist folgende Merkmale auf: eine Luftempfindlichkeits-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Luftempfindlichkeit eines vorliegenden Werts des Hubzeitbereichs; und eine Steuerungsverstärkungs-Einstellungseinrichtung zum Einstellen einer Steuerungsverstärkung der Rückkopplungssteuerung gemäß der berechneten Luftempfindlichkeit.
Die Erfinder haben erkannt, daß die Luftempfindlichkeit, also ein Begriff, der für ein Verhältnis einer Veränderung einer Ansaugluftmenge in bezug auf einen Veränderungsbetrag einer Ventilkennlinie steht, grundsätzlich abgeleitet werden kann basierend auf einem Hubzeitbereich des Einlaßventils (einem Zeitintegral eines Ventilhubbetrags während einer Zeitdauer zwischen dem Öffnen des Einlaßventils und wenn dem Schließen des Einlaßventils). Dementsprechend berechnet die Luftempfindlichkeits-Berechnungseinrichtung gemäß dem ersten Aspekt die Luftempfindlichkeit des vorliegenden Werts des Hubzeitbereichs, und die Steuerungsverstärkungs-Einstellungseinrichtung stellt die Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung gemäß der berechneten Luftempfindlichkeit ein. Insbesondere die Luftempfindlichkeit wird basierend auf dem Hubzeitbereich berechnet, und die Steuerungsverstärkung wird gemäß der berechneten Luftempfindlichkeit variabel eingestellt. Wenn dabei die Rückkopplungsregelung des variable Ventilmechanismus ausgeführt wird, kann die Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung entsprechend eingestellt werden, wodurch Ansprechvermögen und Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems in vorteilhafter Weise sichergestellt werden können. Es ist zu beachten, daß die Ventilkennlinie des Einlaßventils, die auf den Hubzeitbereich des Einlaßventils bezogen ist, beispielsweise ein Ventilhubbetrag des Einlaßventils, eine Öffnungszeitdauer des Einlaßventils oder dergleichen sein kann.
Beim Einstellen der Steuerungsverstärkung gemäß der Luftempfindlichkeit kann die Steuerungsverstärkung so eingestellt werden, daß sie ansteigt, während die Luftempfindlichkeit abnimmt. In diesem Fall steigt ein Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus an, während das Verhältnis der Veränderung der Ansaugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag des Hubzeitbereichs abnimmt. Selbst wenn sich die Luftempfindlichkeit in einem niedrigen Bereich befindet, ist es möglich, den Veränderungsbetrag der Ansaugluft zu erhöhen, wodurch ein Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems zuverlässig verbessert werden kann.
Ferner kann in dem ersten Aspekt die Verstärkungssteuerung so eingestellt werden, daß sie ansteigt, während die Luftempfindlichkeit niedriger wird. In anderen Worten kann die Steuerungsverstärkung so eingestellt werden, daß sie abnimmt, während die Luftempfindlichkeit ansteigt. Der Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus nimmt folglich ab, während das Verhältnis der Veränderung der Ansaugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag des Hubzeitbereichs ansteigt. Wenn sich die Luftempfindlichkeit somit in einem hohen Bereich befindet, besteht die Möglichkeit, zu unterdrücken, daß eine übermäßige Veränderung der Ansaugluftmenge eintritt, so z. B. wenn ein Überschwingen der Ansaugluftmenge eintritt. Folglich kann die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems zuverlässig verbessert werden.
Wenn außerdem die Verstärkungssteuerung entsprechend der Luftempfindlichkeit eingestellt wird, kann die Verstärkungssteuerung so eingestellt werden, daß sie eine inverse Beziehung zur Luftempfindlichkeit aufweist. Auch in diesem Fall steigt die Steuerungsverstärkung an, während die Luftempfindlichkeit abnimmt, und nimmt ab, während die Luftempfindlichkeit ansteigt. Dementsprechend kann der gleich Betriebseffekt wie jener bei dem ersten Aspekt erhalten werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die auf einen Verbrennungsmotor angewendet wird, der einen variable Ventilmechanismus aufweist, der eine Ventilkennlinie eines Einlaßventils variiert, wobei die Ventilkennlinie auf einen Hubzeitbereich des Einlaßventils bezogen ist. Die Vorrichtung führt eine Rückkopplungsregelung des variablen Ventilmechanismus basierend auf einer Differenz zwischen einem Sollwert und einem vorliegenden Wert der Ventilkennlinie aus und weist folgende Merkmale auf: eine Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung gemäß einem vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs, so daß die Steuerungsverstärkung abnimmt, während der vorliegende Wert des Hubzeitbereichs abnimmt.
Wie vorstehend beschrieben kann die Luftempfindlichkeit basierend auf dem Hubzeitbereich des Einlaßventils alleine abgeleitet werden. Insbesondere haben die Erfinder erkannt, daß die Luftempfindlichkeit höher wird, während der Hubzeitbereich abnimmt. Angesichts dieser Tatsache wird bei dem zweiten Aspekt die Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung gemäß dem vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs eingestellt, so daß die Steuerungsverstärkung abnimmt, während der vorliegende Wert des Hubzeitbereichs abnimmt. Somit wird die Steuerungsverstärkung variabel eingestellt, um abzunehmen, während der Hubzeitbereich zurückgeht, nämlich während die Luftempfindlichkeit höher wird (das Verhältnis der Veränderung der Ansaugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag des Hubzeitbereichs ansteigt). Der Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus nimmt dabei ab. Wenn sich somit die Luftempfindlichkeit in einem hohen Bereich findet, besteht die Möglichkeit, zu unterdrücken, daß eine übermäßige Veränderung der Ansaugluftmenge eintritt, so z. B. wenn ein Überschwingen der Ansaugluftmenge eintritt. Folglich kann die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems zuverlässig verbessert werden.
Bei dem zweiten Aspekt kann außerdem die Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung gemäß dem vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs eingestellt werden, so daß die Steuerungsverstärkung abnimmt, während der vorliegende Wert des Hubzeitbereichs abnimmt. In anderen Worten kann die Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung gemäß dem vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs eingestellt werden, so daß die Steuerungsverstärkung zunimmt, während der vorliegende Wert des Hubzeitbereichs ansteigt. Dementsprechend wird die Steuerungsverstärkung variabel eingestellt, um anzusteigen, während der Hubzeitbereich ansteigt, nämlich während die Luftempfindlichkeit abnimmt (das Verhältnis der Veränderung der Ansaugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag des Hubzeitbereichs abnimmt). Dabei nimmt der Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus ab. Selbst wenn sich die Luftempfindlichkeit in einem niedrigen Bereich befindet, besteht somit die Möglichkeit, den Veränderungsbetrag der Ansaugluftmenge zu erhöhen, wodurch das Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems zuverlässig verbessert werden kann.
Auch gemäß dem zweiten Aspekt, kann die Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung entsprechend eingestellt werden, wenn die Rückkopplungsregelung des variablen Ventilmechanismus ausgeführt wird, wodurch Ansprechvermögen und Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems vorteilhaft sichergestellt werden kann. Ferner basiert die Einstellung der Verstärkungssteuerung direkt auf dem Hubzeitbereich. Die Verstärkungssteuerung kann folglich unter Verwendung einer Konfiguration eingestellt werden, die im Vergleich zu derjenigen, die in dem vorstehend beschriebenen ersten Aspekt verwendet wird, wo die Luftempfindlichkeit berechnet wird und dann als Grundlage zum Einstellen der Steuerungsverstärkung verwendet wird, einfach ist. Es ist zu beachten, daß auch gemäß dem zweiten Aspekt die Ventilkennlinie des Einlaßventils, die auf den Hubzeitbereich des Einlaßventils bezogen ist, beispielsweise ein Ventilhubbetrag des Einlaßventils, eine Öffnungszeitdauer des Einlaßventils oder dergleichen sein kann.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Ventilkennlinien-Steuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor, der einen variablen Ventilmechanismus umfaßt, der eine Ventilkennlinie für ein Einlaßventil variiert, wobei die Ventilkennlinie auf einen Hubzeitbereich des Einlaßventils bezogen ist. Dieses Verfahren weist den Schritt des Ausführens einer Rückkopplungsregelung des variablen Ventilmechanismus basierend auf einer Differenz zwischen einem Sollwert und einem vorliegenden Wert der Ventilkennlinie; des Berechnen eines vorliegenden Werts des Hubzeitbereichs; und des Einstellens einer Verstärkungssteuerung der Rückkopplungsregelung basierend auf dem berechneten vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs auf.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Merkmale, Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung der Erfindung werden nach Durchsicht der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine skizzierte Ansicht, die eine Konfiguration eines Motors darstellt, auf den eine konkrete Ausführungsform einer Ventilkennlinien-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung angewendet wird;
2 einen Graphen, der jeweilige Veränderungen eines maximalen Hubbetrags und eines Ventilarbeitswinkels eines Einlaßventils resultierend aus einer Ansteuerung eines variablen Ventilmechanismus darstellt;
3 ein Flußdiagramm, das einen Ablauf eines Steuerungsvestärkungs-Einstellverfahrens der Ausführungsform darstellt;
4 ein konzeptionelles Diagramm, das ein Beispiel eines eingestellten Zustands eines Hubdauerbereichs-Berechnungskennfelds darstellt;
5 ein konzeptionelles Diagramm, das ein Beispiel für einen eingestellten Zustand eines Luftempfindlichkeits-Berechnungskennfelds darstellt; und
6 ein konzeptionelles Diagramm, das ein Beispiel eines eingestellten Zustands eines Steuerungsverstärkungs-Einstellungskennfelds darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Motor 11 mit einem Verbrennungsraum 12 versehen. Über eine Saugleitung 13 und einen Ansaugkanal 13a wird Luft in den Verbrennungsraum 12 eingelassen. Ein Kraftstoffeinspritzventil 14, das in der Saugleitung 13 vorgesehen ist, spritzt eine Kraftstoffmenge ein, die mit der Ansaugluftmenge übereinstimmt. Das Kraftstoff-Luftgemisch, das aus dem Kraftstoff und der Luft gebildet wird, wird durch einen Funken von einer Zündkerze 15 gezündet, wodurch das Kraftstoff-Luftgemisch verbrennt und bewirkt, daß ein Kolben 16 hin- und herbewegt wird. Dabei wird eine Motorabtriebswelle, nämlich eine Kurbelwelle 17, gedreht. Außerdem wird im Anschluß an eine Verbrennung das Kraftstoff-Luftgemisch als Abgas von dem Verbrennungsraum 12 über den Abgaßkanal 18a zu einer Abgasleitung 18 geleitet.
Ein Drosselventil 27 zum Anpassen der Saugluftmenge ist in der Saugleitung 13 vorgesehen. Ein Öffnungsgrad des Drosselventils 27 wird unter Verwendung einer Ansteuerung eines Elektromotors 28 angepaßt. Ein Einlaßventil 19 wird geöffnet und geschlossen, um eine Verbindung und Trennung des Ansaugkanals 13a und des Verbrennungsraums 12 zu ermöglichen. Ein Auslaßventil 20 wird geöffnet und geschlossen, um eine Verbindung und Trennung eines Abgaskanals 18a und des Verbrennungsraums 12 zu ermöglichen. Die Drehung der Kurbelwelle 17 wird an eine Einlaßnockenwelle 21 und an eine Auslaßnockenwelle 22 übertragen. Das Einlaßventil 19 und das Auslaßventil 20 werden angesteuert, um sich während der Drehung einer Einlaßnockenwelle 21 und einer Auslaßnockenwelle 22 zu öffnen und zu schließen.
Ein variabler Ventilmechanismus 31 ist zwischen der Einlaßnockenwelle 21 und dem Einlaßventil 19 vorgesehen. Dieser variable Ventilmechanismus 31 variiert einen Hubbetrag (insbesondere einen maximalen Hubbetrag) des Einlaßventils 19 und eine Öffnungssteuerzeit des Einlaßventils 19. Ein Drehwinkel der Kurbelwelle 17, die sich dreht, während das Einlaßventil 19 offen ist, wird nachstehend als „Ventilarbeitswinkel” bezeichnet. Es ist zu beachten, daß, da der Ventilarbeitswinkel der Öffnungszeitdauer des Einlaßventils 19 entspricht, der Ventilarbeitswinkel durch den variablen Ventilmechanismus 31 geändert werden kann.
Der maximale Hubbetrag und der Ventilarbeitswinkel werden durch Ansteuern des variablen Ventilmechanismus 31 unter Verwendung eines Elektromotors 41 variabel gesteuert und werden beispielsweise eingestellt, um Sollwerte einzustellen, die basierend auf einem Verstellweg eines Fahrpedals oder dergleichen berechnet werden. Ein Ist-Ventilarbeitswinkel VR, bei dem es sich um den Ist-Ventilarbeitswinkel des Einlaßventils 19 handelt, wird basierend auf einem Erfassungssignal von einem Ansteuerungsbetrag-Erfassungssensor 42 ermittelt, der einen Ansteuerungsbetrag des Elektromotors 41 erfaßt.
2 ist ein Graph, der jeweilige Veränderungen des maximalen Hubbetrags und des Ventilarbeitswinkels, die aus der Ansteuerung des variablen Ventilmechanismus 31 resultieren, darstellt. Wie aus den Kennlinienkurven, die in 2 gezeigt sind, ersichtlich ist, ändern sich der maximale Hubbetrag und der Ventilarbeitswinkel synchron miteinander, so daß z. B. der maximale Hubbetrag ansteigt, während der Ventilarbeitswinkel zunimmt. Die Tatsache, daß der Ventilarbeitswinkel ansteigt, ist Hinweis darauf, daß die Öffnungssteuerzeit des Einlaßventils 19 auf die Frühverstellungsseite geändert worden ist, und daß seine Schließsteuerzeit auf die Spätverstellungsseite geändert worden ist. In anderen Worten zeigt ein Anstieg des Arbeitswinkels an, daß die Öffnungs- und Schließsteuerzeit geändert worden sind, daß sie weiter voneinander entfernt sind, und daß die Öffnungszeitdauer des Einlaßventils 19 verlängert worden ist. Zusätzlich wird ein Anstieg des maximalen Hubbetrags und des Ventilarbeitswinkels synchron von einem Anstieg eines Zeitintegrals eines Ventilhubbetrags VL begleitet, ab dem das Einlaßventil 19 sich öffnet, bis zu dem Zeitpunkt, wenn es sich schließt, nämlich eines Hubzeitbereichs TS (einem Bereich des Abschnitts, der in 2 mit diagonalen Linien gekennzeichnet ist). Ferner wird ein Anstieg des Hubzeitbereichs TS durch einen Anstieg der Saugluftmenge begleitet.
Außerdem können bei dieser Ausführungsform der maximale Hubbetrag und der Ventilarbeitswinkel kontinuierlich zwischen den unterschiedlichen Kennlinienkurven, die in 2 gezeigt sind, geändert werden, indem der variable Ventilmechanismus 31 unter Verwendung des Elektromotors 41 angesteuert wird. Eine Anpassung der Saugluftmenge gemäß dem Motorbetriebszustand kann durch Ändern des Hubzeitbereichs TS durch eine variable Steuerung des Ventilarbeitswinkels des Einlaßventils 19 geändert werden, und indem eine Öffnungsgradsteuerung des Drosselventils 27 ausgeführt wird.
Es ist zu beachten, daß, wenn die Saugluftmenge, die in den Verbrennungsraum 12 eingelassen wird, verringert wird, indem der maximale Hubbetrag reduziert wird, die Möglichkeit besteht, einen Pumpverlust im Vergleich dazu zu verringern, wenn die Saugluftmenge durch Reduzieren des Öffnungsgrads des Drosselventils 27 reduziert wird. Dementsprechend kann ein Leistungsverlust des Motors 11 unterdrückt werden, und ein Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs gefördert werden.
In dem Motor 11 sind verschiedene Sensoren zum Erfassen des Motorbetriebszustands vorgesehen. Ein Kurbelwinkelsensor 35 erfaßt beispielsweise eine Drehphase, nämlich einen Kurbelwinkel der Kurbelwelle 17. Ein Erfassungssignal des Kurbelwinkelsensors 35 wird verwendet, um eine Motordrehzahl NE zu berechnen. Ein Fahrpedalsensor 36 erfaßt einen Verstellweg des Fahrpedals (einen Fahrpedalbetriebsweg ACCP), und der Drosselsensor 37 erfaßt den Öffnungsgrad des Drosselventils 27 (einen Drosselöffnungsgrad TA). Ein Saugluftmengensensor 38 erfaßt eine Saugluftmenge GA, die in den Verbrennungsraum 12 eingeführt wird.
Die verschiedenen Arten der Steuerung des Motors 11 werden durch eine elektronische Steuerungseinheit 51 ausgeführt. Diese elektronische Steuerungseinheit 51 ist aus einem Mikrocomputer als Hauptbauelement aufgebaut, und die jeweiligen Erfassungssignale von den verschiedenen, vorstehend beschriebenen Sensoren werden in sie eingegeben. Eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) der elektronischen Steuerungseinheit 51 verwendet diese Erfassungssignale als eine Grundlage zum Ausführen einer Berechnungsverarbeitung gemäß den verschiedenen Steuerungsprogrammen, ursprünglichen bzw. initialen Daten und Steuerkennfeldern etc., die in einem Nur-Lese-Speicher (ROM) gespeichert sind. Die CPU führt verschiedene Steuerungen basierend auf den erhaltenen Berechnungsergebnissen aus. Insbesondere führt die CPU eine Zündverstellungssteuerung der Zündkerze 15, eine Kraftstoffeinspritzungssteuerung des Kraftstoffeinspritzventils 14 und eine Öffnungsgradsteuerung des Drosselventils 27 aus, die ausgeführt wird, in dem der Elektromotor 28 gesteuert wird. Die CPU 28 führt auch eine Steuerung des Ventilarbeitswinkels des Einlaßventils 19 aus, indem der Elektromotor 41 und dergleichen gesteuert wird.
Wie vorstehend beschrieben, variiert bei dieser Ausführungsform der variable Ventilmechanismus 31 die Ventilkennlinie (den maximalen Hubbetrag oder die Ventilöffnungszeitdauer) bezogen auf den Hubzeitbereich TS des Einlaßventils 19. Die Ansteuerung dieses variablen Ventilmechanismus 31 wird ausgeführt, um die Saugluftmenge des Motors 11 anzupassen. Beim Anpassen der Saugluftmenge wird eine Rückkopplungsregelung der Ansteuerung des variablen Ventilmechanismus 31 ausgeführt, um den vorliegenden Wert der Ventilkennlinie gleich dem Sollwert zu machen, der basierend auf dem Motorbetriebszustand berechnet wird.
Insbesondere wird eine Differenz ΔVR zwischen (i) dem Ist-Ventilarbeitswinkel VR, bei dem es sich um den vorliegenden Wert des Ventilarbeitswinkels bezogen auf den Hubzeitbereichs TS handelt, und (ii) einem Soll-Ventilarbeitswinkel VP, der basierend auf dem Fahrpedalverstellweg ACCP, der Motordrehzahl NE etc. berechnet wird, erhalten. Diese Differenz ΔVR wird als eine Grundlage zum Ausführen einer Rückkoppelungsregelung des Ansteuerungsbetrags des Elektromotors 41 verwendet, der den variable Ventilmechanismus 31 ansteuert. Bei dieser Art von Rückkopplungs-Regelungssystems wird eine Steuerungsverstärkung G eingestellt, um ein angemessenes Ansprechvermögen und eine angemessene Stabilität des Systems zu erreichen. Diese Steuerungsverstärkung G ist ein Wert, der den Ansteuerungsbetrag des Elektromotors 41 gemäß der Differenz ΔVR einstellt. Während der Wert der Steuerungsverstärkung G ansteigt, steigt auch der Ansteuerungsbetrag an, wodurch das Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems erhöht wird. Während der Wert der Steuerungsverstärkung G abnimmt, nimmt hingegen auch der Ansteuerungsbetrag ab, wodurch die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems erhöht wird. Der Ansteuerungsbetrag des Elektromotors 41 kann unter Verwendung des nachstehenden Ausdrucks (1) erhalten werden, der auf der Steuerungsverstärkung G und der Differenz ΔVR basiert. Ansteuerungsbetrag = Differenz ΔVR × Steuerungsverstärkung G (1)
Wenn die Saugluftmenge des Motors 11 gering ist, steigt ein Verhältnis der Veränderung der Saugluftmenge in bezug auf einen Veränderungsbetrag der Ventilkennlinie des Einlaßventils 19 an. Wenn die Saugluftmenge hingegen groß ist, weist das Veränderungsverhältnis die Tendenz abzunehmen auf. Dieses Verhältnis der Veränderung der Saugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag der Ventilkennlinie wird nachstehend als „Luftempfindlichkeit” bezeichnet. Wenn das Verhältnis der Veränderung der Saugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag der Ventilkennlinie groß ist, wird die Luftempfindlichkeit anschließend als „hoch” bezeichnet. Wenn das Verhältnis der Veränderung der Saugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag der Ventilkennlinie hingegen klein ist, wird die Luftempfindlichkeit anschließend als „niedrig” bezeichnet.
Die Luftempfindlichkeit ändert sich entsprechend der Saugluftmenge wie vorstehend beschrieben. Wenn dementsprechend die Steuerungsverstärkung G auf einen konstanten Wert eingestellt wird, besteht die Möglichkeit, daß nachstehend genannte Probleme auftreten. Wenn die Luftempfindlichkeit sich in einem niedrigen Bereich befindet (einem Bereich, wo es schwierig, daß sich die Lufteinlaßmenge ändert), weist der Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus 31 in bezug auf den Veränderungsbetrag der Soll-Saugluft eine Tendenz auf, unzureichend zu werden. Folglich besteht die Möglichkeit, daß sich das Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems verschlechtert, und daß Probleme eintreten, so z. B., daß eine Veränderung der Saugluftmenge langsam abläuft. Wenn sich hingegen die Luftempfindlichkeit in einem hohen Bereich befindet (einem Bereich, wo sich die Saugluftmenge leicht ändern kann), erreicht der Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus 31 in bezug auf den Veränderungswert der Soll-Saugluft einen übermäßigen Wert. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, daß sich die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems verschlechtert und daß Probleme eintreten, so z. B. ein Überschwingen der Saugluftmenge, die bewirkt, daß der Motor 11 abstirbt.
Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, daß die Luftempfindlichkeit basierend auf dem Hubzeitbereich TS des Einlaßventils 19 alleine abgeleitet werden kann, und insbesondere daß eine Verringerung des Hubzeitbereichs TS durch einen Anstieg der Luftempfindlichkeit begleitet wird. Dementsprechend wird bei dieser Ausführungsform eine Luftempfindlichkeit AS basierend dem Hubzeitbereich TS berechnet und ein Steuerungsverstärkungs-Einstellungsablauf zum variablen Einstellen der Steuerungsverstärkung G gemäß der berechneten Luftempfindlichkeit AS ausgeführt. Infolge des Ausführens dieser Einstellungsverarbeitung ist es möglich, die Steuerungsverstärkung G entsprechend einzustellen, wenn die Ansteuerung des variablen Ventilmechanismus 41 durch Rückkopplung gesteuert wird. Somit können Ansprechvermögen und Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems in vorteilhafter Weise sichergestellt werden.
3 zeigt einen Ablauf des Einstellungsverfahrens für die Steuerungsverstärkung G der Ausführungsform. Dieser Ablauf wird durch die elektronische Steuerungseinheit 51 wiederholt zu einem vorbestimmten Zeitintervall ausgeführt. Wenn der Vorgang beginnt, werden zunächst die vorliegende Motordrehzahl NE und der Ist-Ventilarbeitswinkel VR gelesen (S100).
Anschließend wird der vorliegende Wert des Hubzeitbereichs TS in dem momentanen Verarbeitungszyklus basierend auf der Motordrehzahl NE und dem Ist-Ventilarbeitswinkel VR berechnet (Schritt S110). Die Berechnung des Hubzeitbereichs TS wird wie folgt ausgeführt.
Wie vorstehend beschrieben, entspricht der Ist-Ventilarbeitswinkel VR der Öffnungszeitdauer des Einlaßventils 19, und der maximale Hubbetrag und der Hubzeitbereich TS ändern sich synchron mit der Veränderung des Ist-Ventilarbeitswinkels VR. Dementsprechend kann ein Integral des Ventilhubbetrags VL (der nachstehend als „Hubzeitbereich CS” bezeichnet wird) während der Öffnungszeitdauer des Einlaßventils 19, das aus dem Kurbelwinkel ersichtlich wird, basierend auf dem Ist-Ventilarbeitswinkel VR alleine abgeleitet werden. Dementsprechend wird zunächst Bezug auf ein Hubzeitbereichs-Berechnungskennfeld genommen, das in dem ROM in der elektronischen Speichereinheit 51 gespeichert ist, und der Hubzeitbereich CS wird entsprechend dem Ist-Ventilarbeitswinkel VR abgeleitet. Es ist zu beachten, daß, wie vorstehend beschrieben, mit dem Ansteigen des Ventilarbeitswinkels, die Öffnungszeitdauer und der maximale Hubbetrag des Einlaßventils 19 ansteigt. Dementsprechend wird in dem Hubzeitbereichs-Berechnungskennfeld, das in dem Beispiel von 4 gezeigt ist, der abgeleitete Hubzeitbereich CS so eingestellt, um anzusteigen, während der Ist-Ventilarbeitswinkel VR zunimmt. Anschließend wird der Hubzeitbereich CS, bei dem es sich um das Integral des Kurbelwinkels und des Ventilhubbetrags VL handelt, unter Verwendung der Motordrehzahl NE in eine Hubzeit umgewandelt, und der Hubzeitbereich TS wird berechnet, bei dem es sich um das Integral der Öffnungssteuerzeit des Einlaßventils 19 und des Ventilhubbetrags VL handelt.
Sobald der Hubzeitbereich TS in der vorstehend beschriebenen Weise berechnet worden ist, wird auf ein Luftempfindlichkeit-Berechnungskennfeld, das in dem ROM der elektronischen Speichereinheit 51 gespeichert ist, Bezug genommen, und die Luftempfindlichkeit AS, die dem vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs TS entspricht, wird abgeleitet (Schritt S120). Wie vorstehend beschrieben, kann die Luftempfindlichkeit AS basierend auf dem Hubzeitbereich TS alleine abgeleitet werden. Insbesondere haben die Erfinder erkannt, daß die Luftempfindlichkeit AS höher wird, während der Hubzeitbereich TS abnimmt. Dementsprechend wird das Luftempfindlichkeits-Berechnungskennfeld, wie aus dem in 5 gezeigten Beispiel zu erkennen ist, so eingestellt, daß die abgeleitete Luftempfindlichkeit AS höher wird, während der Hubzeitbereich TS abnimmt. In anderen Worten wird das Kennfeld so eingestellt, daß die abgeleitete Luftempfindlichkeit AS niedriger wird, während der Hubzeitbereich TS ansteigt. Es ist zu beachten, daß Schritt S120 der Luftempfindlichkeits-Berechnungseinrichtung der Erfindung entspricht. Ferner wird bei dieser Ausführungsform die Luftempfindlichkeit als ein Wert angenommen, der durch den Ausdruck (2) unten definiert ist. Solange jedoch ein Wert für die Luftempfindlichkeit AS verwendet wird, der das Verhältnis der Veränderung der Saugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag der Ventil-Kennlinie ausdrückt, kann die Luftempfindlichkeit AS auf geeignete Weise definiert werden. Luftempfindlichkeit AS = (ΔGA/GA)/ΔTS (2)

ΔGA:: Der Veränderungsbetrag der Saugluftmenge, der zusammen mit der Veränderung des Hubzeitbereichs TS vorliegt
GA:: Die Saugluftmenge vor der Veränderung des Hubzeitbereichs TS
ΔTS:: Der Veränderungsbetrag des Hubzeitbereichs TS

Anschließend wird auf ein in dem ROM der elektronischen Steuerungseinheit 51 gespeichertes Steuerungsverstärkungs-Einstellungskennfeld Bezug genommen, und die Steuerungsverstärkung G, die der Luftempfindlichkeit AS entspricht, wird berechnet (Schritt S130). Dann wird die Verarbeitung beendet. Das Steuerungsverstärkungs-Einstellungskennfeld, das dem Beispiel von 6 zu entnehmen ist, wird so eingestellt, daß die abgeleitete Steuerungsverstärkung G ansteigt, während die Luftempfindlichkeit AS niedriger wird. Aus anderer Sicht wird das Kennfeld so eingestellt, daß die abgeleitete Verstärkungssteuerung G abnimmt, während die Luftempfindlichkeit As höher wird. Es ist zu beachten, daß S130 der Steuerungsverstärkungs-Einstellungseinrichtung entspricht.
Der Steuerungsverstärkungs-Einstellungsvorgang wird wiederholt zu einem vorbestimmten Zeitintervall ausgeführt. Dementsprechend wird die Steuerungsverstärkung G gemäß der Luftempfindlichkeit AS eingestellt, jedesmal wenn der Verarbeitungszyklus ausgeführt wird. Diese eingestellte Steuerungsverstärkung G wird dann bei der Rückkopplungsregelung des variable Ventilmechanismus 31 verwendet.
Bei dieser Ausführungsform wird die Steuerungsverstärkung G so eingestellt, daß die Luftempfindlichkeit AS niedriger wird. Wenn die Luftempfindlichkeit AS niedrig ist, z. B. wenn der Motorbetriebszustand sich in einem hohen Dreh-/hohen Lastbereich befindet, in dem die Lufteinlaßmenge groß ist, steigt der Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus 31 an, während der Veränderungsbetrag der Saugluft in bezug auf den Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus 31 abnimmt. In anderen Worten nimmt der Ansteuerungsbetrag des variable Ventilmechanismus 31 zu, während das Verhältnis der Veränderung der Saugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag des Hubzeitbereichs TS abnimmt. Somit kann der Veränderungsbetrag der Saugluft größer eingestellt werden, selbst wenn die Luftempfindlichkeit AS sich im unteren Bereich befindet, nämlich in einem Bereich, wo das Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems dazu neigt, sich zu verschlechtern. Folglich kann das Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems zuverlässig verbessert werden.
Zusätzlich wird die Steuerungsverstärkung G so eingestellt, daß sie abnimmt, während die Luftempfindlichkeit AS höher wird. Dementsprechend nimmt der Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus 31 ab, während der Veränderungsbetrag der Saugluft in bezug auf den Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus 31 ansteigt, wenn die Luftempfindlichkeit AS hoch ist, beispielsweise wenn der Motorbetriebszustand sich in einem niedrigen Dreh-/niedrigen Lastbereich befindet, wo die Saugluftmenge gering ist. In anderen Worten nimmt der Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus 31 ab, während das Verhältnis der Veränderung der Saugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag des Hubzeitbereichs TS ansteigt. Wenn dementsprechend die Luftempfindlichkeit AS sich in einem hohen Bereich befindet, nämlich in einem Bereich, wo die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems dazu neigt, sich zu verschlechtern, besteht die Möglichkeit, zu unterdrücken, daß eine übermäßige Veränderung der Saugluftmenge eintritt, so z. B. wenn ein Überschwingen der Saugluftmenge vorliegt. Folglich kann eine Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems zuverlässig verbessert werden.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, können gemäß der Ausführungsform die folgende Effekte erzielt werden.

(1) Die Erfinder haben herausgefunden, daß die Luftempfindlichkeit AS basierend auf dem Hubzeitbereich TS des Einlaßventils 19 alleine abgeleitet werden kann. Somit wird die Luftempfindlichkeit AS basierend auf dem Hubzeitbereich TS berechnet, und dann wird die Steuerungsverstärkung G gemäß der berechneten Luftempfindlichkeit AS variabel eingestellt. Dementsprechend kann, wenn die Rückkopplungsregelung des variablen Ventilmechanismus 31 ausgeführt wird, die Steuerungsverstärkung G des Rückkopplungs-Regelungssystems entsprechend eingestellt werden, wodurch Ansprechvermögen und Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems in vorteilhafter Weise sichergestellt werden können.
(2) Wenn die Steuerungsverstärkung G gemäß der Luftempfindlichkeit AS eingestellt wird, wird die Steuerungsverstärkung G so eingestellt, daß sie ansteigt, während die Luftempfindlichkeit niedriger wird. Selbst wenn sich dementsprechend die Luftempfindlichkeit AS in dem niedrigen Bereich befindet, nämlich, selbst in dem Bereich, wo ein Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems dazu neigt, sich zu verschlechtern, kann der Veränderungsbetrag der Saugluftmenge größer eingestellt werden. Folglich kann ein Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems zuverlässig verbessert werden.

Zusätzlich wird die Steuerungsverstärkung G so eingestellt, daß sie ansteigt, während die Luftempfindlichkeit AS niedriger wird, oder in anderen Worten, die Steuerungsverstärkung S wird so eingestellt, daß sie abnimmt, während die Luftempfindlichkeit AS höher wird. Wenn sich die Luftempfindlichkeit AS somit im hohen Bereich befindet, nämlich in dem Bereich, wo die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems dazu neigt, sich zu verschlechtern, besteht somit die Möglichkeit zu unterdrücken, daß eine übermäßige Veränderung der Saugluftmenge eintritt, so z. B. wenn ein Überschwingen der Saugluftmenge vorliegt. Dabei kann die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems zuverlässig verbessert werden.
Die vorstehend Ausführungsform kann auf folgende Arten modifiziert werden. Wie vorstehend beschrieben, ändern sich der Ventilarbeitswinkel und der maximale Hubbetrag synchron. Dementsprechend wird bei der Ausführungsform die Ansteuerung des variable Ventilmechanismus basierend auf dem Ventilarbeitswinkel gesteuert. Der variable Ventilmechanismus kann jedoch basierend auf dem maximalen Hubbetrag gesteuert werden.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird außerdem der Hubzeitbereich CS basierend auf dem Ist-Ventilarbeitswinkel VR abgeleitet. Der Hubzeitbereich CS kann jedoch basierend auf dem maximalen Hubbetrag abgeleitet werden. Bei der vorstehenden Ausführungsform werden ferner der Hubzeitbereich CS, die Luftempfindlichkeit AS und die Steuerungsverstärkung G durch Hinzuziehung der jeweiligen Kennfelder abgeleitet. Statt dessen können jedoch Funktionsausdrücke oder dergleichen verwendet werden.
Das Hubzeitbereichs-Berechnungskennfeld der vorstehenden Ausführungsform kann so konfiguriert sein, daß der Hubzeitbereich TS in eine Mehrzahl von Bereichen aufgeteilt ist, wobei eine unterschiedliche Luftempfindlichkeit AS für jeden Bereich berechnet wird. Ferner kann das Steuerungsverstärkungs-Berechnungskennfeld der vorstehenden Ausführungsform derart konfiguriert sein, daß die Luftempfindlichkeit AS in eine Mehrzahl von Bereichen aufgeteilt wird, wobei eine andere Steuerungsverstärkung G für jeden Bereich eingestellt wird.
Bei der vorstehenden Ausführungsform kann die Steuerungsverstärkung G so eingestellt werden, daß sie umgekehrt proportional zur Luftempfindlichkeit AS ist. In diesem Fall steigt die Steuerungsverstärkung G an, während die Luftempfindlichkeit AS niedriger wird, und die Steuerungsverstärkung G nimmt ab, während die Luftempfindlichkeit AS höher wird. Dementsprechend können dieselben Effekte wie bei der vorstehenden Ausführungsform erzielt werden.
Die Erfindung kann in ähnlicher Weise wie oben auf einen Motor angewendet werden, bei dem eine sogenannte Leerlaufdrehzahl-Steuerung ausgeführt wird, indem der variable Ventilmechanismus 31 in der Art einer Rückkopplung gesteuert wird. Bei dieser Leerlaufdrehzahl-Steuerung wird eine Drehzahl bei einer konstanten Motordrehzahl beibehalten, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet. Wenn die Rückkopplungsregelung des variablen Ventilmechanismus 31 ausgeführt wird, kann in diesem Fall die Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung entsprechend eingestellt werden. Folglich besteht die Möglichkeit, Ansprechvermögen und Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems in vorteilhafter Weise sicherzustellen, wenn eine Steuerung der Leerlaufdrehzahl ausgeführt wird.
Bei der vorstehenden Ausführungsform wird die Luftempfindlichkeit AS basierend auf dem Hubzeitbereich TS berechnet, und die Steuerungsverstärkung G wird basierend auf der Luftempfindlichkeit AS eingestellt. Wie vorstehend beschrieben haben die Erfinder jedoch festgestellt, daß der Hubzeitbereich TS und die Luftempfindlichkeit AS grundlegend verwandt sind, und daß der Hubzeitbereich TS abnimmt, während die Luftempfindlichkeit AS höher wird. Angesichts dieser Tatsache kann die Steuerungsverstärkung G in der folgenden Weise eingestellt werden. Die Steuerungsverstärkung G des Rückkopplungs-Regelungssystems kann entsprechend dem vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs TS eingestellt werden, so daß die Steuerungsverstärkung G abnimmt, während der momentane Wert des Hubzeitbereichs TS abnimmt. In anderen Worten kann die Steuerungsverstärkung G basierend auf dem Hubzeitbereich TS direkt eingestellt werden.
Bei dieser Konfiguration wird die Steuerungsverstärkung G variabel eingestellt, so daß sie abnimmt, während der Hubzeitbereich TS abnimmt, nämlich während die Luftempfindlichkeit AS höher wird (nämlich während das Verhältnis der Veränderung der Saugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag des Hubzeitbereichs TS größer wird), wodurch der Ansteuerungsbetrag des variable Ventilmechanismus 31 abnimmt. Wenn sich die Luftempfindlichkeit AS dabei im hohen Bereich befindet, ist es folglich möglich zu unterdrücken, daß eine übermäßige Veränderung der Saugluftmenge eintritt, so z. B. wenn ein Überschwingen der Saugluftmenge vorliegt. Daher kann die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems zuverlässig verbessert werden.
Bei diesem modifizierten Beispiel wird die Steuerungsverstärkung G gemäß dem vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs TS eingestellt, so daß die Steuerungsverstärkung G der Rückkopplungsregelung abnimmt, während der vorliegende Wert des Hubzeitbereichs TS abnimmt. In anderen Worten wird die Steuerungsverstärkung G gemäß dem vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs TS so eingestellt, daß die Steuerungsverstärkung G der Rückkopplungssteuerung ansteigt, während der momentane Wert des Hubzeitbereichs TS ansteigt. Dementsprechend wird die Steuerungsverstärkung G Variabel eingestellt, um anzusteigen, während der Hubzeitbereich TS ansteigt, nämlich während die Luftempfindlichkeit AS geringer wird (nämlich während das Verhältnis der Veränderung der Saugluftmenge in bezug auf den Veränderungsbetrag des Hubzeitbereichs TS geringer wird), wodurch der Ansteuerungsbetrag des variable Ventilmechanismus 31 ansteigt. Selbst wenn sich die Luftempfindlichkeit AS folglich in dem niedrigen Bereich befindet, kann der Veränderungsbetrag der Saugluft größer eingestellt werden, und somit kann das Ansprechvermögen des Rückkopplungs-Regelungssystems zuverlässig verbessert werden.
Auch bei den vorstehenden modifizierten Beispielen kann dementsprechend die Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung entsprechend eingestellt werden, wenn der variable Ventilmechanismus durch Rückkopplung geregelt wird. Somit kann auf vorteilhafte Weise das Ansprechvermögen und die Stabilität des Rückkopplungs-Regelungssystems sichergestellt werden. Zusätzlich basiert bei den modifizierten Beispielen das Einstellen der Steuerungsverstärkung direkt auf dem Hubzeitbereich. Folglich kann die Steuerungsverstärkung unter Verwendung einer Konfiguration eingestellt werden, die im Vergleich zu der einfach ist, die bei der vorstehenden Ausführungsform verwendet wird, wo die Luftempfindlichkeit berechnet wird und als Basis zum Einstellen der Steuerungsverstärkung verwendet wird.
Der variable Ventilmechanismus 31 der Ausführungsform ist ein Mechanismus, der den maximalen Hubbetrag und den Ventilarbeitswinkel des Einlaßventils 19 variabel ändert. Die Erfindung kann jedoch auf ähnliche Weise angewendet werden, solange ein variabler Ventilmechanismus vorgesehen ist, der zumindest entweder den maximalen Hubbetrag oder den Ventilarbeitswinkel des Einlaßventils 19 variieren kann.

Claims

Ventilkennlinien-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (11), die einen variablen Ventilmechanismus (31) aufweist, der eine Ventilkennlinie eines Einlaßventils (19) variiert, wobei die Ventilkennlinie auf einen Hubzeitbereich des Einlaßventils (19) bezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Steuerungseinrichtung zum Ausführen einer Rückkopplungsregelung des variablen Ventilmechanismus (31) basierend auf einer Differenz zwischen einem Sollwert und einem vorliegenden Wert der Ventilkennlinie, eine Luftempfindlichkeits-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Luftempfindlichkeit eines vorliegenden Werts des Hubzeitbereichs; und eine Steuerungsverstärkungs-Einstellungseinrichtung (41) zum Einstellen einer Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung gemäß der berechneten Luftempfindlichkeit.
Ventilkennlinien-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsverstärkungs-Einstellungseinrichtung (41) die Steuerungsverstärkung einstellt, um anzusteigen, während die Luftempfindlichkeit niedriger wird.
Ventilkennlinien-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsverstärkungs-Einstellungseinrichtung (41) die Steuerungsverstärkung einstellt, um umgekehrt proportional zur Luftempfindlichkeit zu sein.
Ventilkennlinien-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung (41) die Luftempfindlichkeit basierend auf dem vorliegenden Wert der Ventilkennlinie berechnet.
Ventilkennlinien-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (11), die einen variablen Ventilmechanismus (31) aufweist, der eine Ventilkennlinie eines Einlaßventils (19) variiert, wobei die Ventilkennlinie auf einen Hubzeitbereich des Einlaßventils (19) bezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Steuereinrichtung (51) zum Ausführen einer Rückkopplungsregelung des variable Ventilmechanismus (31) basierend auf einer Differenz zwischen einem Sollwert und einem vorliegenden Wert der Ventilkennlinie, eine Steuerungsverstärkungs-Einstellungseinrichtung (41), die eine Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung gemäß einem vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs einstellt, so daß die Steuerungsverstärkung abnimmt, während der vorliegende Wert des Hubzeitbereichs niedriger wird.
Ventilkennlinien-Steuervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (51) einen Ansteuerungsbetrag des variablen Ventilmechanismus gemäß der Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung und der Differenz zwischen dem Sollwert und dem vorliegenden Wert der Ventilkennlinie einstellt.
Ventilkennlinien-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ventilkennlinie zumindest entweder ein maximaler Hubbetrags oder ein Ventilarbeitswinkel ist.
Ventilkennlinien-Steuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor (11), der einen variablen Ventilmechanismus (31) aufweist, der eine Ventilkennlinie eines Einlaßventils (19) variiert, wobei die Ventilkennlinie auf einen Hubzeitbereich des Einlaßventils (19) bezogen ist, wobei das Ventilkennlinien-Steuerungsverfahren eine Rückkopplungsregelung des variablen Ventilmechanismus (31) basierend auf einer Differenz zwischen einem Sollwert und einem vorliegenden Wert der Ventilkennlinie ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist: Berechnen eines vorliegenden Werts des Hubzeitbereichs (S110); und Einstellen einer Steuerungsverstärkung der Rückkopplungsregelung basierend auf einem berechneten vorliegenden Wert des Hubzeitbereichs (S130).
Ventilkennlinien-Steuerungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der vorliegende Wert der Ventilkennlinie verwendet wird, um eine Luftempfindlichkeit zu berechnen (S120), und das Einstellen der Steuerungsverstärkung auf der berechneten Luftempfindlichkeit basiert (S130).
Ventilkennlinien-Steuerungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Steuerverstärkung größer eingestellt ist, während die Luftempfindlichkeit niedriger wird.
Ventilkennlinien-Steuerungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Steuerungsverstärkung eingestellt ist, um umgekehrt proportional zur Luftempfindlichkeit zu sein.
Ventilkennlinien-Steuerungsverfahren nach Anspruch 8, wobei die Steuerungsverstärkung kleiner eingestellt ist, während der berechnete vorliegende Wert des Hubzeitbereichs abnimmt.
Ventilkennlinien-Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Ventilkennlinie entweder ein maximaler Hubbetrag oder ein Ventilarbeitswinkel ist.