DE102006000526A1

DE102006000526A1 - Steuerungsgerät und -verfahren

Info

Publication number: DE102006000526A1
Application number: DE102006000526A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kariya Hamada
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: CN100491713C; CN1982677A; DE102006000526B4; US20070137629A1; JP4532399B2; US7520254B2; JP2007162615A

Abstract

Eine ECU (200) führt ein Programm mit einem Schritt (S110) durch, indem ein Motor eines VVL-Mechanismus so gesteuert wird, dass Einlassventile (118) von jedem der Zylinder (106) bei dem unteren Totpunkt schließen, mit einem Schritt (S120), in dem die Drehzahl einer Kurbelwelle (116), ausgehend von einem von einem Kurbelwinkelsensor (302) gesendeten Signal, erfasst wird, und einem Schritt (S120), in dem das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder (106), ausgehend von der Drehzahl der Kurbelwelle (116), bei einem Kurbelwinkel berechnet wird, der dem Arbeitstakt von jedem der Zylinder (106) entspricht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine und ein Steuerungsverfahren von dieser, und genauer ein Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine, die eine Vielzahl von Zylindern und einen Änderungsmechanismus hat, der die Zeit zum Schließen der für jeden der Zylinder bereitgestellten Einlassventile ändern kann, und ein Steuerungsverfahren dazu.

Stand der Technik

In einer Maschine, die eine Vielzahl von Zylindern aufweist, ist es bekannt, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis zwischen den Zylindern sich wegen einer Variation der Betriebscharakteristiken (Ventildauer, -phase, usw.) der Einlassventile zwischen den Zylindern unterscheiden kann usw. Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis sich zwischen den Zylindern unterscheidet, wird eine Schwankung des Abgabemoments groß, da die Brennzustände des Luft-Kraftstoffgemischs, das aus Luft und Kraftstoff besteht, sich unterscheiden. In diesem Fall wird die Schwankung der Drehung der Kurbelwelle (Schwankung der Drehzahl, während die Kurbelwelle eine Umdrehung macht) groß, so dass die Vibration und ein Geräusch der Maschine groß wird. Deshalb ist es wünschenswert, eine derartige Variation eines Luft-Kraftstoffverhältnisses zu reduzieren.

Die Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung JP 2002-303187 A offenbart ein Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern (eine Vielzylinder-Brennkraftmaschine), das die Variation des Luft-Kraftstoffverhältnisses und Moments zwischen den Zylindern unterdrückt. Dieses Steuerungsgerät berechnet das Luft-Kraftstoffverhältnis von Abgas (Abgas-Luft-Kraftstoffverhältnis) des Zylinders, für den die Ventildauer der Einlassventile auf ein Maximum eingestellt ist, und ausgehend von dem berechneten Luft-Kraftstoffverhältnis reduziert es die Variation der Kraftstoffeinspritzmenge zwischen den Zylindern.

Gemäß dem Steuerungsgerät für die Vielzylinder-Brennkraftmaschine, die in der Veröffentlichung offenbart ist, wird die Reduktion der Variation der Kraftstoffeinspritzmenge zwischen den Zylindern ausgehend auf dem Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases durchgeführt, das berechnet wird, wenn die Menge der Einlassluft nicht während der Ventildauer der Einlassventile gesteuert wird, d. h., wenn die gleiche Menge von Einlassluft in jeden Zylinder gesaugt wird. Die Menge von dem in jeden Zylinder einzuspritzenden Kraftstoff wird nämlich derart korrigiert, dass alle Zylinder das gleiche Luft-Kraftstoffverhältnis aufweisen. Dies ermöglicht es, die Variation der Kraftstoffeinspritzmenge zwischen den Zylindern zu unterdrücken. Somit kann die Variation des Luft-Kraftstoffverhältnisses und des Moments zwischen den Zylindern unterdrückt werden.

Wie in dem Fall des Steuerungsgeräts für die Vielzylinder-Brennkraftmaschine, die in der Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung JP 2002-303187 A offenbart ist, kann jedoch eine derartige Ventildauer das Luft-Kraftstoffverhältnis beeinträchtigen, falls das Luft-Kraftstoffverhältnis berechnet wird, wenn die maximale Ventildauer der Einlassventile eingestellt ist. Wenn z. B. die Einlassventile eines bestimmten Zylinders wegen ihrer Charakteristiken später schließen, dass die tatsächliche Ventildauer dazu tendiert, größer zu sein, als in der Steuerung eingestellt ist, wird eine größere Luftmenge zurück in die Einlassöffnungen geschoben, wenn der Kolben sich nach oben bewegt. Als Ergebnis sinkt die Menge der Einlassluft in dem Zylinder, und macht das Luft-Kraftstoffverhältnis niedriger. Wenn die Einlassventile eines anderen Zylinders wegen ihrer Charakteristiken früher schließen, dass die tatsächliche Ventildauer dazu tendiert, kleiner zu sein als in der Steuerung eingestellt ist, wird in der Zwischenzeit eine kleinere Luftmenge zurück zu den Einlassöffnungen geschoben, wenn der Kolben sich nach oben bewegt, und als Ergebnis steigt die Menge der Einlassluft in dem Zylinder, wodurch das Luft-Kraftstoffverhältnis höher gemacht wird. Um das Luft-Kraftstoffverhältnis zu berechnen, ohne durch die Variation der Betriebscharakteristiken (z. B. Ventildauer) der Einlassventile für jeden der Zylinder beeinträchtigt zu sein, sind weitere Verbesserungen immer noch erforderlich.

Darstellung der Erfindung

Technische Aufgabe

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, das ein nicht durch die Betriebscharakteristiken der Einlassventile beeinträchtigtes Luft-Kraftstoffverhältnis oder einen einem solchen Luft-Kraftstoffverhältnis entsprechenden Wert erreichen kann.

Technische Lösung

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bzw. ein Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind gemäß der abhängigen Ansprüche ausgeführt.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Ein Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung steuert die Brennkraftmaschine, die eine Vielzahl von Zylindern und einen Änderungsmechanismus hat, der eine Zeit ändert, bei der Einlassventile sich schließen, die für jeden der Zylinder bereitgestellt sind. Das Steuerungsgerät hat eine Steuerungseinrichtung zum Steuern des Änderungsmechanismus derart, dass die Einlassventile sich zu einer Zeit innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließen, und eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen von zumindest einem Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder und einen Wert entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis, wenn der Änderungsmechanismus so gesteuert ist, dass die Einlassventile sich zu der Zeit innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließen.

Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Änderungsmechanismus so gesteuert, dass die Einlassventile sich zu der Zeit innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließen. Wenn die Einlassventile sich um den unteren Totpunkt schließen, wird Einlassluft in dem Zylinder, in dem die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile später kommt, als die Zeit in der Steuerung eingestellt ist, zurück zu den Einlassöffnungen geschoben, wenn der Kolben sich nach oben bewegt. Deswegen sinkt die Menge von in den Zylinder gesaugter Luft verglichen damit, wenn die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile mit der in der Steuerung eingestellte Zeit zusammenfällt. Andererseits schließen die Einlassventile des Zylinders, in dem die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile früher kommt, als die in der Steuerung eingestellte Zeit, bevor der Kolben den unteren Totpunkt erreicht. Deswegen ist die Menge von in den Zylinder gesaugter Luft kleiner, als wenn die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile mit der Steuerungszeit zusammenfällt. Als solches tendiert die Luftmenge in jedem der obigen Fälle dazu, sich zu verringern, und der Unterschied in der Luftmenge, der durch die Variation der Betriebscharakteristiken zwischen den Einlassventilen verursacht wird, die für jeden der Zylinder bereitgestellt sind, ist klein. Wenn der Änderungsmechanismus so gesteuert wird, die Einlassventile innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt zu schließen, wird zumindest eines der Luft-Kraftstoffverhältnisse von jedem der Zylinder oder der Wert entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis erfasst. Dies ermöglicht es, ein Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, das ein Luft-Kraftstoffverhältnis erreichen kann, das nicht durch die Betriebscharakteristiken der Einlassventile beeinträchtigt ist, und einen Wert entsprechend einem solchen Luft-Kraftstoffverhältnis bereitzustellen.

Das Steuerungsgerät für die Brennkraftmaschine nach einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung hat außerdem eine Einrichtung zum Steuern des Änderungsmechanismus derart, dass die Einlassventile zu einer Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließen; eine Einrichtung zum Erfassen von zumindest einem aus Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder und dem Wert entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis, wenn der Änderungsmechanismus so gesteuert ist, dass die Einlassventile zu der Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließen; und einer Einrichtung zum Berechnen eines Unterschieds zwischen dem erfassten Wert, wenn der Änderungsmechanismus so gesteuert ist, dass die Einlassventile bei der Zeit innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließen, und dem Wert, der erfasst wird, wenn der Änderungsmechanismus so gesteuert ist, dass die Einlassventile zu der Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließen.

Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt ist der Änderungsmechanismus so gesteuert, jedes der Einlassventile zu der Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt zu schließen. Wenn die Einlassventile gesteuert werden, zu einer Zeit hinter dem vorbestimmten Bereich von dem unteren Totpunkt zu schließen, steigt die Luftmenge, die von dem Zylinder zu den Einlassöffnungen zurückgeschoben wird, wenn der Kolben sich nach oben bewegt, in dem Zylinder, in dem die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile später kommt als die in der Steuerung eingestellte Zeit. In diesem Fall ist deswegen die in den Zylinder gesaugte Luftmenge kleiner, als in dem Fall, bei dem die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile mit der in der Steuerung eingestellten Zeit zusammenfällt. Andererseits sinkt die Luftmenge in dem Zylinder, in dem die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile früher kommt, als die in der Steuerung eingestellte Zeit, die von dem Zylinder zu den Einlassöffnungen zurückgeschoben wird, wenn der Kolben sich nach oben bewegt. In diesem Fall ist deswegen die in den Zylinder gesaugte Luftmenge größer, als wenn die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile mit der in der Steuerung eingestellten Zeit zusammenfällt. Wenn die Einlassventile gesteuert werden, zu der Zeit zu schließen, die dem vorbestimmten Bereich von dem unteren Totpunkt vorläuft, wird eine größere Luftmenge in den Zylinder gesaugt, wenn der Kolben sich in dem Zylinder nach unten bewegt, in dem die aktuelle Zeit zum Schließen der Einlassventile später kommt, als die in der Steuerung eingestellte Zeit. Deswegen ist die in den Zylinder gesaugte Luftmenge größer, als wenn die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile mit der in der Steuerung eingestellten Zeit zusammenfällt. In dem Zylinder, in dem die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile früher kommt, als die in der Steuerung eingestellte Zeit, schließen die Einlassventile früher. Somit ist die in den Zylinder gesaugte Luftmenge kleiner, als wenn die tatsächliche Zeit zum Schließen der Einlassventile mit der in der Steuerung eingestellten Zeit zusammenfällt. Entsprechend wird in jedem der obigen Fälle der Unterschied in der Luftmenge, der durch die Variation der Betriebscharakteristiken zwischen den Einlassventilen verursacht wird, die für jeden der Zylinder bereitgestellt sind, groß. Wenn der Änderungsmechanismus so gesteuert wird, die Einlassventile außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt zu schließen, ist davon ausgehend die Variation des Luft-Kraftstoffverhältnisses, das bei den entsprechenden Zylindern erfasst wird, oder die Variation eines Werts entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis, durch sowohl die Betriebscharakteristiken der Einlassventile als auch durch andere Faktoren als die Betriebscharakteristiken verursacht. In der Zwischenzeit ist die Variation des Luft-Kraftstoffverhältnisses, wenn die Einlassventile gesteuert werden, zu der Zeit innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt zu schließen, nur durch die anderen Faktoren als die Betriebscharakteristiken der Einlassventile verursacht. Deswegen ist berücksichtigt, dass der Unterschied zwischen dem erfassten Wert, wenn der Änderungsmechanismus so gesteuert wird, die Einlassventile bei der Zeit innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt zu schließen, und dem Wert, der erfasst wird, wenn der Änderungsmechanismus so gesteuert wird, die Einlassventile zu der Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt zu schließen, der Einfluss der anderen Faktoren als die Betriebscharakteristiken der Einlassventile nicht reflektiert. Deswegen wird der Unterschied zwischen dem erfassten Wert berechnet, wenn der Änderungsmechanismus so gesteuert wird, die Einlassventile zu der Zeit innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt zu schließen, und dem erfassten Wert, wenn der Änderungsmechanismus so gesteuert wird, die Einlassventile außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt zu schließen, und durch das Verwenden des berechneten Unterschieds wird die Variation der Betriebscharakteristiken zwischen den Einlassventilen, nämlich der Unterschied der in die Zylinder gesaugten Luftmenge genau bestimmt.

Kurze Beschreibung der Abbildungen der Zeichnungen
Die vorangehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen deutlich werden, in denen gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente darzustellen, und in denen:
1 eine Ansicht ist, die die Maschine des Fahrzeugs schematisch zeigt, an der das Steuerungsgerät gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung angewendet ist.
2 eine Vorderansicht des VVL-Mechanismus ist.
3 eine perspektivische Ansicht des VVL-Mechanismus ist.
4 eine Querschnittsansicht ist, die das Stellglied des VVL-Mechanismus darstellt.
5 ein Flussdiagramm ist, das die Steuerungsstruktur des Programms zeigt, das durch die ECU ausgeführt wird, das dem Steuerungsgerät gemäß der Ausführungsform der Erfindung entspricht.
6 ein Diagramm ist, das das Verhältnis zwischen dem Luft-Kraftstoffverhältnis und der Ventildauer zeigt.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Beschreibungen werden dieselben Bauteile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Namen und Funktionen der gleichen Bauteile sind also die gleichen. Deswegen werden detaillierte Beschreibungen nicht wiederholt.
Mit Bezug auf 1 wird eine Maschine eines Fahrzeugs beschrieben, die mit einem Steuerungsgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist. Das Steuerungsgerät wird z. B. durch ein Programm realisiert, das durch eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 200 ausgeführt wird, wie aus 1 ersichtlich ist.
Luft wird von einem Luftfilter 102 zu einer Maschine 100 gesaugt. Die Menge der Einlassluft wird durch ein Drosselventil 104 eingestellt. Das Drosselventil 104 ist ein elektrisches Drosselventil, das mittels eines Motors angetrieben wird.
Luft wird mit dem Kraftstoff in einem Zylinder 106 (Brennkammer) vermischt. In der Ausführungsform ist eine Vielzahl Zylinder 106 bereitgestellt. Kraftstoff wird direkt aus einem entsprechenden Einspritzer 108 in jeden der Zylinder 106 eingespritzt. Eine Einspritzdüse des Einspritzers 108 ist nämlich innerhalb des Zylinders 106 bereitgestellt. Kraftstoff wird von einer Lufteinlass-Seite (einer Seite, von der Luft eingebracht wird) innerhalb des Zylinders 106 einspritzt.
Kraftstoff wird während einem Einlasstakt eingespritzt. Jedoch sollte angemerkt werden, dass die Zeit der Kraftstoffeinspritzung nicht auf die Zeit während des Einlasstakts beschränkt ist. In der Ausführungsform ist die Maschine 100 als Maschine einer Direkteinspritz-Bauart beschrieben, in der die Einspritzdüse des Einspritzers 108 innerhalb von dem Zylinder 106 bereitgestellt ist. Jedoch können zusätzlich zu den Einspritzern 108 für die direkte Einspritzung Einspritzer für eine Einspritzung in einer Öffnung (Port Injection) bereitgestellt sein, oder lediglich Einspritzer für eine Einspritzung in einer Öffnung können bereitgestellt sein.
Ein Luft-Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 106 wird mittels einer Zündkerze 110 gezündet und brennt dann. Das Luft-Kraftstoffgemisch nach der Verbrennung, nämlich das Abgas wird durch Drei-Wege-Katalysatoren 112 gereinigt und dann zu dem Äußeren des Fahrzeugs abgegeben. Die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs schiebt einen Kolben 114 nach unten, wodurch eine Kurbelwelle 116 dreht.
Einlassventile 118 und Abgasventile 120 sind in dem oberen Bereich von jedem der Zylinder 106 bereitgestellt. Die Einlassventile 118 steuern die Menge der in jeden der Zylinder 106 gesaugten Luft und die Zeit der Luftansaugung. Die Auslassventile 120 steuern die Menge der von dem Zylinder 106 abgegebenen Luft und die Zeit der Abgabe. Die Einlassventile 118 werden mittels eines Nockens 122 angetrieben, und die Auslassventile 120 werden mittels eines Nockens 124 angegeben.
Die Hub- und Ventildauer der Einlassventile 118 werden durch einen variablen Ventilhubmechanismus (VVL-Mechanismus) 400 gesteuert. Die Hub- und Ventildauer der Auslassventile 120 kann ebenfalls wie die der Einlassventile 118 gesteuert werden. Außerdem kann ein variabler Ventilzeitmechanismus (VVT-Mechanismus) anstelle oder zusätzlich zu dem VVL-Mechanismus 400 bereitgestellt sein, um die Öffnungs- und Schließzeit der Einlassventile 118 zu steuern.
Die ECU 200 steuert den Grad der Drosselöffnung, die Zündzeit, die Kraftstoffeinspritzzeit, den Betriebszustand der Einlassventile (mit der Hub- und Ventildauer), usw., um so den gewünschten Betriebszustand der Maschine 100 zu realisieren. Signale von einem Nockenwinkelsensor 300, einem Kurbelwinkelsensor 302, einem Klopfsensor 304, einem Drosselöffnungssensor 306 und einem Beschleunigersensor 308 werden in die ECU 200 eingegeben.
Der Nockenwinkelsensor 300 gibt ein Signal aus, das die Positionen der Nocken anzeigt. Der Kurbelwinkelsensor 302 gibt ein Signal aus, das die Drehzahl der Kurbelwelle 116 (Maschinendrehzahl) und den Drehwinkel der Kurbelwelle 116 anzeigt. Der Klopfsensor 304 gibt ein Signal aus, das die Stärke einer Vibration der Maschine 100 anzeigt. Der Drosselöffnungssensor 306 gibt ein Signal aus, das den Grad der Drosselöffnung anzeigt. Der Beschleunigersensor 308 gibt ein Signal aus, das das Betriebsausmaß eines Beschleunigerpedals (Ausmaß, das das Beschleunigerpedal niedergedrückt ist) anzeigt.
Die ECU 200 steuert die Maschine 100 ausgehend von den Signalen, die von den obigen Sensoren eingegeben werden, unter Verwendung eines in einem Speicher (nicht dargestellt) gespeicherten Kennfelds und eines Programms.
Mit Bezug auf 2 wird der VVL-Mechanismus 400 genauer beschrieben, der die Hub- und Ventildauer der Einlassventile 118 steuert. Der VVL-Mechanismus 400 hat eine Antriebswelle 410, eine Stützleitung 420, Eingabearme 430 und Kippnocken 440. Die Antriebswelle 410 erstreckt sich in eine Richtung und die Stützleitung 420 deckt eine äußere Umfangsfläche der Antriebswelle 410 ab. Die Eingabearme 430 und die Kippnocken 440 sind in Linie auf der äußeren Umfangsfläche der Stützleitung 420 entlang der Axialrichtung der Antriebswelle 410 angeordnet. Das Stellglied, das die Antriebswelle 410 axial bewegt, ist mit einem Ende der Antriebswelle 410 verbunden.
In dem VVL-Mechanismus 400 entspricht jede Eingangswelle 430 einem Nocken 122, der für jeden der Zylinder 106 bereitgestellt ist. Zwei Kippnocken 440 sind bei beiden Seiten des Eingabearms 430 bereitgestellt, um einem Paar der Einlassventile 118 zu entsprechen, die bei jedem der Zylinder 106 bereitgestellt sind.
Die Stützleitung 420 ist wie ein hohler Zylinder geformt und parallel zu einer Nockenwelle 130 angeordnet. Die Stützleitung 420 ist fest an einem Zylinderkopf so befestigt, dass die Stützleitung 420 sich nicht in die axiale Richtung bewegt und nicht dreht.
Die Antriebswelle 410 wird in die Stützleitung 420 so eingefügt, dass die Antriebswelle in der Axialrichtung der Stützleitung 420 gleiten kann. Der Eingabearm 430 und die zwei Kippnocken 440 sind auf einer äußeren Umfangsfläche der Stützleitung 420 derart angeordnet, dass sie um den axialen Mittelpunkt der Antriebswelle 410 kippen können, sich aber nicht in die axiale Richtung der Stützleitung 420 bewegen können.
Der Eingabearm 430 hat Armabschnitte 432 und einen Rollenabschnitt 434. Die Armabschnitte 432 springen von der äußeren Umfangsfläche der Stützleitung 420 vor und der Rollenabschnitt 434 ist drehbar mit den Enden der Armabschnitte 432 verbunden. Der Eingabearm 430 ist derart angeordnet, dass der Rollenabschnitt 434 bei der Position angeordnet ist, bei der der Rollenabschnitt 434 mit dem Nocken 122 in Anlage ist.
Jeder der Kippnocken 440 hat einen Nasenabschnitt 442, der im Wesentlichen von dreieckiger Form ist, und von der äußeren Umfangsfläche der Stützleitung 420 vorspringt. Eine Nockenfläche 444, die konkav gekrümmt ist, ist auf einer Seite des Nasenabschnitts 442 (in 1 die untere Seite) ausgebildet. Eine Rolle ist drehbar an einem Kipparm 128 angebracht, und ist durch eine Zwangskraft einer für jedes der Einlassventile 118 bereitgestellten Ventilfeder gegen die Nockenfläche 444 gedrückt.
Der Eingabearm 430 und die Kippnocken 440 kippen zusammen um die axiale Mitte der Antriebswelle 410. Deswegen kippt der Eingabearm 430, der in Anlage mit dem Nocken 122 ist, wenn die Nockenwelle 130 dreht, und die Kippnocken 440 kippen ebenfalls wegen des Kippens des Eingabearms 430. Die Bewegung der Kippnocken 444 wird zu den Einlassventilen 118 durch den Kipparm 128 übertragen, um so die Einlassventile 118 zu öffnen und zu schließen.
Der VVL-Mechanismus 400 hat außerdem einen Mechanismus, der den relativen Phasenunterschied zwischen dem Eingabearm 430 und den Kippnocken 440 um die axiale Mitte der Stützleitung 420 ändert. Durch das Ändern des relativen Phasenunterschieds ändert der Mechanismus geeignet den Hub und die Ventildauer der Einlassventile 118.
Mit anderen Worten, wenn der relative Phasenunterschied des Eingabearms 430 und der Kippnocken 440 ausgedehnt wird, wird der Kippwinkel des Kipparms 128 relativ zu dem Kippwinkel des Eingabearms 430 und den Kippnocken 440 entsprechend ausgedehnt. Als Ergebnis steigen der Hub und die Ventildauer der Einlassventile 118.
Wenn außerdem der relative Phasenunterschied reduziert wird, wird entsprechend der Kippwinkel des Kipparms 128 relativ zu dem Kippwinkel des Eingabearms 430 und den Kippnocken 440 reduziert. Als Ergebnis sinken der Hub und die Ventildauer des Einlassventils 118.
Mit Bezug auf 3 wird der VVL-Mechanismus 400 in genauerem Detail beschrieben. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die teilweise den VVL-Mechanismus aus 2 darstellt. In 3 ist ein Teil der Konstruktion als weggeschnittene Ansicht dargestellt, um die innere Konstruktion ausdrücklich zu zeigen.
Eine Rutsch-Zahnradbaugruppe 450 ist in einem Raum aufgenommen, der durch den Eingabearm 430, die zwei Kippnocken 440 und die äußeren Umfangsfläche der Stützleitung 420 definiert ist. Die Rutsch-Zahnradbaugruppe 450 ist drehbar und gleitbar auf der Stützleitung 420 gelagert. Die Rutsch-Zahnradbaugruppe 450 ist so angeordnet, dass sie auf der Stützleitung 420 in ihre axiale Richtung gleitet.
Die Rutsch-Zahnradbaugruppe 450 hat ein schräg verzahntes Zahnrad 452, das bei der Mitte in der Achsenrichtung bereitgestellt ist. Eine rechts steigende Schrägverzahnung ist auf dem schräg verzahnten Zahnrad 452 ausgebildet. Die Rutsch-Zahnradbaugruppe 450 hat ebenfalls schräg verzahnte Zahnräder 454, die bei beiden Seiten des schräg verzahnten Zahnrads 452 bereitgestellt sind. Eine links steigende Schrägverzahnung ist auf jedem der schräg verzahnten Zahnräder 454 entgegengesetzt zu der Schrägverzahnung ausgebildet, die auf dem schräg verzahnten Zahnrad 452 ausgebildet ist.
Dem schräg verzahnten Zahnrad 452 und den schräg verzahnten Zahnrädern 454 entsprechende Schrägverzahnungen sind entsprechend auf den inneren Umfangsflächen des Eingabearms 430 und den zwei Kippnocken 440 ausgebildet, die den Raum definieren, in dem die Rutsch-Zahnradbaugruppe 450 aufgenommen ist. Insbesondere ist eine rechts steigende Schrägverzahnung auf der inneren Umfangsfläche des Eingabearms 430 ausgebildet und mit dem schräg verzahnten Zahnrad 454 in keinem Eingriff. Ähnlich sind links steigende Schrägverzahnungen auf den inneren Umfangsflächen der Kippnocken 440 ausgebildet und mit den schräg verzahnten Zahnrädern 454 entsprechend in Eingriff.
Ein Langloch 456, das sich in der Umfangsrichtung erstreckt, ist in der Rutsch-Zahnradbaugruppe 450 zwischen einem der schräg verzahnten Zahnräder 454 und dem schräg verzahnten Zahnrad 452 ausgebildet. Außerdem ist ein Langloch 458 (nicht dargestellt), das sich in der axialen Richtung erstreckt, in der Stützleitung 420 bereitgestellt, um einen Teil des Langlochs 456 zu überlappen. Ein Sperrbolzen 412 ist einstückig in der Antriebswelle 410 bereitgestellt sind, die in die Stützleitung 420 eingefügt ist. Der Sperrbolzen 412 sprengt durch die überlappenden Abschnitte der zwei Langlöcher 456, 458 vor.
Wenn die Antriebswelle 410 sich in die axiale Richtung bewegt, wird die Rutsch-Zahnradbaugruppe 450 durch den Sperrbolzen 412 geschoben, und die schräg verzahnten Zahnräder 452 und 454 bewegen sich gleichzeitig in die axiale Richtung der Antriebswelle 410. Im Gegensatz zu einer derartigen Bewegung der schräg verzahnten Zahnräder 452 und 454, drehen der Eingabearm 430 und die Kippnocken 440, die mit den schräg verzahnten Zahnrädern 452 und 454 über die Schrägverzahnungen in Eingriff sind, da sie sich nicht in die axiale Richtung bewegen können, durch den Kämmeingriff zwischen den Schrägverzahnungen um die axiale Mitte der Antriebswelle 410.
Wie oben erwähnt wurde, liegt die Richtung der Schrägverzahnung des Eingabearms 430 entgegengesetzt zu der der Schrägverzahnungen der Kippnocken 440. Deswegen drehen der Eingabearm 430 und die Kippnocken 440 in entgegengesetzte Richtungen, und ändern den relativen Phasenunterschied zwischen dem Eingabearm 430 und den Kippnocken 440, und somit den Hub und die Ventildauer der Einlassventile 118, wie voranstehend beschrieben wurde. Es ist jedoch anzumerken, dass der VVL-Mechanismus 400 nicht auf diese Struktur beschränkt ist.
Mit Bezug auf 4 wird ein Stellglied 500 beschrieben, das die Antriebswelle 410 des VVL-Mechanismus 400 linear in die axiale Richtung bewegt. Das Stellglied 500 hat ein Gehäuse 510, ein Differenzialwälzgetriebe 600 und einen Motor 700. Das Gehäuse 510 definiert einen Freiraum 512 und das Differenzialwälzgetriebe 600 ist in dem Raum 512 bereitgestellt und überträgt eine drehende Bewegung in eine lineare Bewegung. Der Motor 700 übergibt eine drehende Bewegung zu dem Differenzialwälzgetriebe 600. Eine Öffnung 514 ist in dem Gehäuse 510 ausgebildet, die zu dem Zylinderkopf hin öffnet, auf dem der VVL-Mechanismus 400 bereitgestellt ist.
Das Differenzialwälzgetriebe 600 hat eine Sonnenwelle 610, die sich entlang einer Achse 800 erstreckt, eine Vielzahl von Planetenwellen 620 und eine Schraube 630. Die Planetenwellen 620 erstrecken sich parallel zu der Achse 800 auf einer äußeren Umfangsfläche 612 der Sonnenwelle 610 und sind mit Bezug aufeinander in der Umfangsrichtung um die Achse 800 angeordnet. Die Schraube 630 ist ein zylindrisches Teil, das sich koaxial mit der Achse 800 so erstreckt, dass sie die Planetenwellen 620 umgibt.
Die Sonnenwelle 610 ist in Serie mit der Antriebswelle 410 entlang der Achse 800 angeordnet. Die Sonnenwelle 610 springt zu dem äußeren des Gehäuses 510 von dem Raum 512 durch die Öffnung 514 vor. Die Sonnenwelle 510 ist mit der Antriebswelle 410 mittels z. B. einer Kopplung (nicht gezeigt) verbunden.
Die Sonnenwelle 810 hat einen schräg verzahnten Abschnitt 614, auf dem eine Schrägverzahnung ausgebildet ist, und einen Gewindeabschnitt 616 auf dem ein Außengewinde ausgebildet ist. Ein ringförmiges Sonnenrad 640 ist auf das ende der Sonnenwelle 610 in dem Raum 512 gepasst. Auf der äußeren Umfangsfläche des Sonnenrads 640 ist ein Spornrad mit Zahnradzähnen ausgebildet, die in der Umfangsrichtung um die Achse 800 angeordnet sind.
Ein Kragen 516 zum Verhindern einer Drehung ist bei einer Stelle befestigt, die den schräg verzahnten Abschnitt 614 umgibt. Eine Schrägverzahnung ist auf einer inneren Umfangsfläche des Kragens 516 zum Verhindern einer Drehung ausgebildet. Der Kragen 516 zum Verhindern einer Drehung und der schräg verzahnte Abschnitt 614 sind miteinander im Kämmeingriff, und verhindern dabei die drehende Bewegung der Sonnenwelle 610 um die Achse 800.
Zurückhalteeinrichtungen 900 und 910, die sich ringförmig mit Bezug auf die Achse 800 erstrecken, sind bei beiden Seiten der Planetenwellen 620 so bereitgestellt, um die Enden von jeder Planetenwelle 620 drehbar zu stützen. Die Zurückhalteeinrichtungen 900 und 910 sind bei bestimmten Abständen in der Umfangsrichtung um die Achse 800 bereitgestellt und miteinander durch Pole verbunden, die sich parallel zu den Planetenwellen 620 erstrecken.
Jede der Planetenwellen 620 hat einen Gewindeabschnitt 622 und Zahnradabschnitte 624 und 626, die bei beiden Seiten des Gewindeabschnitts 622 entsprechend bereitgestellt sind.
Auf dem Gewindeabschnitt 622 von jeder Planetenwelle 620 ist ein Außengewinde ausgebildet, das mit einem auf dem Gewindeabschnitt 616 der Sonnenwelle 610 ausgebildeten Außengewinde in Eingriff ist, und mit einem auf der inneren Umfangsfläche 630 ausgebildeten Innengewinde. Das auf dem Gewindeabschnitt 62 der Planetenwelle 620 ausgebildete Außengewinde ist in die entgegengesetzte Richtung zu der Richtung geschnitten, in der das Außengewinde des Gewindeabschnitts 616 der Sonnenwelle 610 geschnitten ist, aber in die gleiche Richtung, in der das Innengewinde der inneren Umfangsfläche der Schraube 630 geschnitten ist.
Ein Spornzahnrad ist auf dem Getriebeabschnitt 624 von jeder Planetenwelle 620 ausgebildet. Das Spornzahnrad ist mit dem auf der äußeren Umfangsfläche des Sonnenrads 640 und dem auf der inneren Umfangsfläche von einem der Ringräder 650 ausgebildeten Spornrad im Kämmeingriff, das später beschrieben wird. Ähnlich ist ein Spornrad auf dem Zahnradabschnitt 626 der Planetenwelle 620 ausgebildet und mit dem auf dem anderen Ringrad 650 ausgebildeten Spornrad im Kämmeingriff.
Die Schraube 630 ist durch ein an dem Gehäuse 510 befestigtes Lager so gestützt, dass sie um die Achse 800 drehbar ist. Das Innengewinde ist auf der inneren Umfangsfläche der Schraube 630 ausgebildet. Das Innengewinde ist in die entgegengesetzte Richtung zu der Richtung geschnitten, in der das Außengewinde des Gewindeabschnitts 616 der Sonnenwelle 610 geschnitten ist.
Die Ringräder 615 sind bei beiden Seiten der inneren Umfangsfläche der Schraube 630 angeordnet und befestigt, auf der das Innengewinde ausgebildet ist. Ein Spornrad, das Zähne in seiner Umfangsrichtung mit Bezug auf die Achse 800 angeordnet aufweist, ist auf der inneren Umfangsfläche von jedem der Ringräder 650 ausgebildet.
Das auf dem Gewindeabschnitt 616 der Sonnenwelle 610 ausgebildete Außengewinde, das auf dem Gewindeabschnitt 622 der Planetenwelle 620 ausgebildete Außengewinde und das auf dem inneren Umfangsabschnitt der Schraube 630 ausgebildete Innengewinde sind alle mehrgängige Gewinde, die die gleiche Gewindesteigung aufweisen. Die Wälzkreisdurchmesser der Außengewinde der Sonnenwelle 610 und der Planetenwelle 620 und des Innengewindes der Schraube 630 werden entsprechend als Ds, Dp und Dn bezeichnet und ihre Anfangsnummer von jedem der Gewinde z. B. bestimmt wird, das Verhältnis von Ns:Np:Nn = (Ds + 1):Dp:Dn zu erfüllen. Es ist anzumerken, dass der Wälzkreisdurchmesser und die Anfangsnummer von jedem der Gewinde ein anderes Verhältnis haben kann, als hierin beschrieben ist.
Der Motor 700 hat einen Rotor 720 und einen Stator 730. Der Rotor 720 ist an der äußeren Umfangsfläche der Schraube 630 mittels Schrumpfpassung, Presspassung, Klebstoffbefestigung usw. befestigt. Der Stator 730, um den eine Spule 740 gewickelt ist, ist auf gleiche Weise an dem Gehäuse 510 befestigt.
Der Stator 730 erstreckt sich ringförmig mit Bezug auf die Achse 800 so, dass er den Rotor 720 umgibt. Der Rotor 720 ist so positioniert, dass er eine vorbestimmte Freiraumgröße zwischen dem Rotor 720 und dem Stator 730 entlang der Umfangsrichtung um die Achse 800 schafft. Permanentmagnete 750 sind in dem Abschnitt des Rotors 720 bereitgestellt, der dem Stator 730 um den Freiraum gegenüberliegt, und bei jedem vorbestimmen Winkel mit Bezug auf die Achse 800 angeordnet. Ein Magnetfeld ist zwischen dem Rotor 720 und dem Stator 730 durch das Zuführen von Strom zu der Spule 740 erzeugt, was dafür sorgt, dass der Rotor 720 und die Schraube 630 um die Achse drehen.
Wenn die Schraube 630 dreht, wird die drehende Bewegung der Schraube 630 zu den Planetenwellen 620 durch den Kämmeingriff zwischen den auf der Schraube 630 und den Planetenwellen 620 ausgebildeten Gewinden übertragen. Zu dieser Zeit sind die auf den Zahnradabschnitten 624 der Planetenwellen 620 ausgebildeten Spornzahnräder in Kämmeingriff mit den auf der äußeren Umfangsfläche des Sonnenrads 640 ausgebildeten Spornrädern und dem entsprechenden Ringrad 650, und die auf den Zahnradabschnitten 626 der Planetenwellen 620 ausgebildeten Spornräder sind in Kämmeingriff mit dem auf der inneren Umfangsfläche des anderen Ringrads 650 ausgebildeten Spornrad.
Deswegen bleibt jede Planetenwelle 620 in der Richtung der Achse 800 stationär und läuft um die Achse 800 um, während sie dreht. Da die Planetenwellen 620 ebenfalls mit den Spornzahnrädern in Kämmeingrift sind, werden diese parallel zu der Achse 800 gehalten.
Die drehende Bewegung der Planetenwellen 620 wird durch den Kämmeingriff zwischen den auf den Planetenwellen 620 und der Sonnenwelle 610 ausgebildeten Gewinden zu der Sonnenwelle 610 übertragen. Die drehende Bewegung der Sonnenwelle 610 ist durch den Kragen 516 zum Verhindern einer Drehung beschränkt, und deswegen kann die Sonnenwelle 610 sich nur in Richtung der Achse 800 bewegen. Somit bewegt sich die Antriebswelle 410 linear so, dass der Hub und die Ventildauer der Einlassventile 118 geändert werden, wie oben beschrieben wurde.
Das Betätigungsausmaß (Drehzahl oder Drehwinkel) des Motors 700 (des Motors 720) wird durch einen Sensor 1000 erfasst. Ein das Erfassungsergebnis anzeigendes Signal wird zu der ECU 200 gesendet. In der Ausführungsform erfasst die ECU 200 indirekt den Hub und die Ventildauer der Einlassventile 118 ausgehend von dem Betätigungsausmaß des Motors 700 unter Verwendung eines Kennfelds, in dem das Betätigungsausmaß des Motors 700 insbesondere dem Hub und der Ventildauer der Einlassventile 118 zugeordnet ist.
Mit Bezug auf 5 wird die Steuerung durch ein Programm beschrieben, das durch die ECU 200 ausgeführt wird, die das Steuerungsgerät der Ausführungsform der Erfindung ist.
Im Schritt (im Folgenden als „S" abgekürzt) 100 bestimmt die ECU 200, ob ein Berechnungszustand für das Luft-Kraftstoffverhältnis für jeden der Zylinder 106 hergestellt ist. Falls z. B. nach dem Anfahren der Maschine 100 sich die Maschine 100 in dem Leerlaufzustand befindet, bei dem die Ventildauer (Hub) der Einlassventile 118 vorübergehend erhöht wird, um die Katalysatoren 112 aufzuwärmen, und dann zu dem normalen Wert zurückgeführt wird, wird bestimmt, dass der Berechnungszustand für das Luft-Kraftstoffverhältnis hergestellt ist. Wenn der Berechnungszustand für das Luft-Kraftstoffverhältnis hergestellt ist (JA in S100), schreitet der Vorgang zu S110 voran. Falls nicht (NEIN in S100), wird der Vorgang beendet.
In S110 steuert die ECU 200 den Motor 700 so, dass die Einlassventile 118 bei dem unteren Totpunkt schließen. Die ECU 200 steuert den Motor 700 nämlich so, dass eine Ventildauer eingestellt wird, bei der die Einlassventile 118 nahe bei dem unteren Totpunkt schließen.
In S120 erfasst die ECU 200 die Drehzahl der Kurbelwelle 116 ausgehend von dem von dem Kurbelwinkelsensor 302 gesendeten Signal. Die Drehzahl der Kurbelwelle 116 wird von dem Kurbelwinkel erfasst.
In S130 berechnet die ECU 200 (erfasst) das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder 106 ausgehend von der Drehzahl der Kurbelwelle 116 bei dem Kurbelwinkel entsprechend einem Arbeitstakt von jedem der Zylinder 106. Das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder 106 wird indirekt unter Verwendung der Drehzahl der Kurbelwelle 116 erfasst. Das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem Zylinder 106 wird durch Hinzuzählen oder Abziehen des Werts entsprechend der Drehzahl der Kurbelwelle 116 zu/von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis berechnet. Das Verhältnis zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle 116 und dem Wert, der zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis hinzugezählt bzw. abgezogen wird, wird mittels einem Experiment oder einer Simulation bestimmt und in einem Speicher (nicht dargestellt) der ECU 200 gespeichert.
In S140 steuert die ECU 200 den Motor 700 so, dass die Ventildauer der Einlassventile 118 minimiert ist. Es ist anzumerken, dass die in diesem Schritt eingestellte Ventildauer nicht auf die minimalisierte Dauer beschränkt ist sondern eine andere Dauer sein kann, wie z. B. die maximale Dauer solange die Einlassventile 18 bei einer Zeit geschlossen sind, die von dem unteren Totpunkt unterschiedlich ist.
In S150 erfasst die ECU 200 die Drehzahl der Kurbelwelle 116 ausgehend von dem durch den Kurbelwinkelsensor 302 gesendeten Signal. Die Drehzahl der Kurbelwelle 116 wird von dem Kurbelwinkel erfasst.
In S160 berechnet die ECU 200 (erfasst) das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder 106 ausgehend von der Drehzahl der Kurbelwelle 116 bei dem Kurbelwinkel entsprechend dem Arbeitstakt von jedem der Zylinder 106.
In S170 berechnet die ECU 200 den Unterschied zwischen dem Luft-Kraftstoffverhältnis, das berechnet wird, wenn die Einlassventile 118 gesteuert werden, nahe bei dem unteren Totpunkt zu schließen, und dem Luft-Kraftstoffverhältnis, das berechnet wird, wenn die Ventildauer minimiert ist (wenn die Einlassventile 118 gesteuert werden, bei einer Zeit zu schließen, wie von dem unteren Totpunkt unterschiedlich ist).
Der in dem durch die ECU 200 ausgeführten Programm der Ausführungsform eingesetzte Steuerungsalgorhythmus, der die zuvor erläuterte Struktur aufweist und dessen Steuerfluss werden im Folgenden beschrieben.
In der eine Vielzahl von Zylindern 106 aufweisenden Maschine 100 kann die in jeden der Zylinder 106 eingesaugte Luftmenge wegen der Variation der Betriebscharakteristiken zwischen dem Einlassventil 118 ungleichmäßig werden, und als Ergebnis kann das Luft-Kraftstoffverhältnis ebenfalls ungleichmäßig werden.
In diesem Fall ist es wünschenswert, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder 106 erfasst wird, und die Menge von dem in jeden der Zylinder 106 eingespritzten Kraftstoff so korrigiert wird, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis zwischen den Zylindern gleich ist. Jedoch wird das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder 106 durch den Kraftstoff selbst beeinträchtigt, der aus dem in jedem der Zylinder 106 bereit gestellten Einspritzer 108 eingespritzt wird. Wenn zusätzlich eine Fehlzündung der Zündkerze 110 auftritt, die in jedem der Zylinder 106 bereit gestellt ist, kann das Luft-Kraftstoffverhältnis (durch die Sensoren und Ähnliches erfasste Luft-Kraftstoffverhältnis) variieren.
Deswegen ist es notwendig, vorübergehend die Variation des Luft-Kraftstoffverhältnisses zu erfassen, die durch andere Faktoren verursacht wird, als die Betriebscharakteristiken der Einlassventile 118, um eine solche Variation des Luft-Kraftstoffverhältnisses während der Variation von Betriebscharakteristiken (Ventildauer) zwischen den Einlassventilen 118 genau zu erfassen.
Der Einfluss der Betriebscharakteristiken der Einlassventile 118 auf das Luft-Kraftstoffverhältnis wird nun beschrieben. Wenn die Ventildauer der Einlassventile 118 in dem Zylinder 106, in dem die tatsächliche Ventildauer der Einlassventile 118 dazu tendiert, größer als eine in der Steuerung eingestellte Ventildauer zu sein, so gesteuert wird, dass sie kleiner als A(1) ist, wie mittels einer strich-punktierten Linie in 6 dargestellt ist, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis magerer als es ist, wenn die tatsächliche Ventildauer der in der Steuerung eingestellten Ventildauer gleicht. Da die tatsächliche Ventildauer nämlich größer als die in der Steuerung eingestellte Ventildauer ist, kommt die Zeit, bei der die Einlassventile 118 tatsächlich schließen, später als die in der Steuerung eingestellte Zeit. Als Ergebnis wird eine größere Luftmenge in den entsprechenden Zylinder 106 gesaugt, wodurch das Luft-Kraftstoffverhältnis magerer wird.
Wenn andererseits die Ventildauer der Einlassventile 118 gesteuert ist, größer als A (1) zu sein, und der Kraftstoff während eines Verdichtungstakts eingespritzt wird, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis reicher als es ist, wenn die tatsächliche Ventildauer der in der Steuerung eingestellten Ventildauer gleicht. Da nämlich die tatsächliche Ventildauer größer als die in der Steuerung eingestellte Ventildauer ist, kommt die Zeit, in der die Einlassventile 118 tatsächlich schließen, später als die in der Steuerung eingestellte Zeit. Als Ergebnis wird die in den entsprechenden Zylinder 106 gesaugte Luft in die Einlassöffnungen zurückgeschoben, wenn der Kolben 114 sich nach oben bewegt, und deswegen sinkt die Luftmenge in dem Zylinder 106, was das Luft-Kraftstoffverhältnis fetter macht.
In der Zwischenzeit wird in dem Zylinder 106, in dem die tatsächliche Ventildauer der Einlassventile 118 dazu tendiert, kleiner zu werden als eine in der Steuerung eingestellte Ventildauer, wenn die Ventildauer der Einlassventile 118 so gesteuert wird, dass sie kleiner als A (2) wird, wie durch eine Zweipunkt-Linie in 6 ersichtlich ist, das Luft-Kraftstoffverhältnis fetter als es ist, wenn die tatsächliche Ventildauer der in der Steuerung eingestellten Ventildauer gleicht. Da die tatsächliche Ventildauer kleiner ist als die in der Steuerung eingestellte Ventildauer, kommt die Zeit, bei der die Einlassventile 118 tatsächlich früher als zu der in der Steuerung eingestellten Zeit schließen. Als Ergebnis sinkt die Menge der in den entsprechenden Zylinder 106 gesaugten Luft, was das Luft-Kraftstoffverhältnis fetter macht.
Wenn andererseits die Ventildauer der Einlassventile 118 gesteuert wird, größer als A (2) zu sein und Kraftstoff während eines Verdichtungstakts eingespritzt wird, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis magerer als es ist, wenn die tatsächliche Ventildauer der in der Steuerung eingestellten Ventildauer gleicht. Da die tatsächliche Ventildauer nämlich kleiner als die in der Steuerung eingestellte Ventildauer ist, kommt die Zeit, bei der die Einlassventile 118 tatsächlich schließen, früher als die in der Steuerung eingestellte Zeit. Als Ergebnis sinkt die Luftmenge, die zurück in die Einlassöffnungen geschoben wird, wenn der Kolben 114 sich nach oben bewegt, so dass die Luftmenge in dem Zylinder 106 steigt. Dies macht das Luft-Kraftstoffverhältnis magerer.
Wegen eines derartigen Verhältnisses tendiert das Luft-Kraftstoffverhältnis sowohl in dem Zylinder 106, in dem die tatsächliche Ventildauer dazu tendiert, größer zu sein, als in der Steuerung eingestellt wurde, als auch in dem Zylinder 106, in dem die tatsächliche Ventildauer dazu tendiert, kleiner zu sein, als in der Steuerung eingestellt wurde, dazu mit der Ventildauer A (3) fett zu sein, bei der die Einlassventile 118 gesteuert werden, bei dem unteren Totpunkt zu schließen. Deswegen ist das unter diesem Zustand erfasste Luft-Kraftstoffverhältnis wegen der Variation der Betriebscharakteristiken (Ventildauer) nicht bemerkenswert durch die Variation einer Luft-Menge zwischen den Einlassventilen 118 beeinträchtigt.
Wenn dann der Berechnungszustand für das Luft-Kraftstoffverhältnis hergestellt ist (in S100 JA), wird die Ventildauer der Einlassventile 118 auf die Ventildauer A (3) eingestellt, bei der die Einlassventile 118 gesteuert werden, bei dem unteren Totpunkt zu schließen. Dann wird die Drehzahl der Kurbelwelle 116 erfasst (S120) und das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder 106 wird ausgehend von der Drehzahl der Kurbelwelle 116 bei dem Kurbelwinkel entsprechend dem Arbeitstakt von jedem der Zylinder 106 berechnet (S130).
Auf diese Weise kann ein Luft-Kraftstoffverhältnis erhalten werden, das nicht bemerkenswert durch die Variation der Betriebscharakteristiken zwischen den Einlassventilen 118 beeinträchtigt ist. Mit anderen Worten, kann ein Luft-Kraftstoffverhältnis erhalten werden, das nur durch andere Faktoren als die Betriebscharakteristiken der Einlassventile 118 variiert. Dann wird die Ventildauer der Einlassventile 118 minimiert (S140). Außerdem wird die Drehzahl der Kurbelwelle 116 erfasst (S150), und das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem Zylinder wird ausgehend von der Drehzahl der Kurbelwelle 116 (S160) berechnet. Der Unterschied zwischen diesem berechneten Luft-Kraftstoffverhältnis und dem mit der Ventildauer A (3) erhaltenen Luft-Kraftstoffverhältnis, bei dem die Einlassventile 118 bei dem unteren Totpunkt schließen, wird berechnet (S170).
Wie oben beschrieben wurde, wird die Variation des Luft-Kraftstoffverhältnisses, das mit der Ventildauer A (3) erhalten wird, bei der die Einlassventile 118 jeweils bei dem unteren Totpunkt schließen, nur durch andere Faktoren alte Betriebscharakteristiken der Einlassventile 118 verursacht. Andererseits wird die Variation des Luft-Kraftstoffverhältnisses, das mit der minimalisierten Ventildauer erhalten wird, durch die Betriebscharakteristiken der Einlassventile 118 als auch die anderen Faktoren verursacht.
Somit ist berücksichtigt, dass der Unterschied zwischen den Luft-Kraftstoffverhältnisvariationen, die unter verschiedenen Zuständen vorhanden sind, nicht den Einfluss der Faktoren reflektiert, die nicht die Variation der Betriebscharakteristiken zwischen den Einlassventilen 118 sind. Der Unterschied zwischen dem mit der minimalisierten Ventildauer der Einlassventile 118 erhaltenen Luft-Kraftstoffverhältnis und dem mit der Ventildauer A (3) erhaltenen Luft-Kraftstoffverhältnis, bei dem die Einlassventile 118 bei dem unteren Totpunkt schließen, variiert nur wegen der Variation der Betriebscharakteristiken zwischen den Einlassventilen. Auf diese Weise kann die Variation der Betriebscharakteristiken zwischen den Einlassventilen 118, nämlich die Variation zwischen dem Luft-Kraftstoffverhältnisses wegen verschiedener Ventildauern genau erfasst werden.
Wie oben beschrieben wurde, berechnet die ECU, die das Steuerungsgerät in der Ausführungsform der Erfindung ist, das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem Zylinder ausgehend von der Drehzahl der Kurbelwelle, die erfasst wird, wenn die Einlassventile gesteuert werden, bei dem unteren Totpunkt zu schließen. Somit erhält die ECU das Luft-Kraftstoffverhältnis, das nicht bemerkenswert durch die Variation der Betriebscharakteristiken zwischen den Einlassventilen beeinträchtigt ist. Deswegen kann die Variation des Luft-Kraftstoffverhältnisses wegen anderer Faktoren als die Variation der Betriebscharakteristiken zwischen den Einlassventilen genau erfasst werden.
In der Ausführungsform der Erfindung werden die Einlassventile 118 gesteuert, bei dem unteren Totpunkt zu schließen. Alternativ können die Einlassventile 118 gesteuert werden, bei dem Punkt innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt zu schließen, vorausgesetzt, dass die Variation der Betriebscharakteristiken zwischen den Einlassventilen das Luft-Kraftstoffverhältnis nicht bemerkenswert beeinträchtigen.
Mit der Ausführungsform wurde ein von der Drehzahl der Kurbelwelle 116 berechnetes Luft-Kraftstoffverhältnis verwendet, aber andere Werte, wie z. B. die Drehzahl der Kurbelwelle 116 und das Ausgabemoment oder andere Parameter, die von der Drehzahl erhalten werden, können alternativ verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie dem Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem Zylinder entsprechen.
Während die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen von dieser beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf beispielhafte Ausführungsformen oder Konstruktionen beschränkt ist. Im Gegensatz ist beabsichtigt, dass die Erfindung verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen abdeckt, die oben noch nicht beschrieben wurden. Während verschiedene Elemente der beispielhaften Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen und Anordnungen gezeigt werden, die beispielhaft sind, sind außerdem andere Kombinationen und Anordnungen, die mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element aufweisen, ebenfalls innerhalb des Bereichs der Erfindung, der durch die anhängenden Ansprüche definiert ist.
Eine ECU führt ein Programm mit einem Schritt durch, indem ein Motor eines VVL-Mechanismus so gesteuert wird, dass Einlassventile von jedem von Zylindern bei dem unteren Totpunkt schließen, und mit einem Schritt, in dem die Drehzahl einer Kurbelwelle ausgehend von einem von einem Kurbelwinkelsensor gesendeten Signale erfasst wird, und mit einem Schritt, in dem das Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder ausgehend von der Drehzahl der Kurbelwelle bei einem Kurbelwinkel berechnet wird, der dem Arbeitstakt von jedem der Zylinder entspricht.

Claims

Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern (106) und einem Änderungsmechanismus (400), der eine Zeit ändert, bei der ein Einlassventil (118), das für jeden der Zylinder (106) bereit gestellt ist, schließt, gekennzeichnet durch Umfassen von: einer Steuerungseinrichtung (S110) zum Steuern des Änderungsmechanismus (400) so, dass das Einlassventil (118) zu einer Zeit innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von einem unteren Totpunkt schließt; und einer Erfassungseinrichtung (S120, S130) zum Erfassen zumindest von einem aus einem Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder und einem Wert entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis, wenn der Änderungsmechanismus (400) so gesteuert wird, dass das Einlassventil (118) bei der Zeit innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließt.
Steuerungsgerät für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch außerdem Umfassen von: einer ersten Einrichtung (S140) zum Steuern des Änderungsmechanismus (400) so, dass das Einlassventil (118) bei einer Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließt: einer zweiten Einrichtung (S150, S160) zum Erfassen von zumindest einem aus Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder und dem Wert entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis, wenn der Änderungsmechanismus (400) so gesteuert ist, dass das Einlassventil (118) bei der Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließt; und einer dritten Einrichtung (S170) zum Berechnen eines Unterschieds zwischen einem Wert, der durch die Erfassungseinrichtung (S120, S130) erfasst wird, wenn der Änderungsmechanismus (400) so gesteuert ist, dass das Einlassventil (118) bei der Zeit innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließt, und dem Wert, der durch die zweite Einrichtung (S150, S160) erfasst wird, wenn der Änderungsmechanismus (400) so gesteuert ist, dass das Einlassventil (118) bei der Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließt.
Steuerungsgerät für die Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungsabschnitt (S110) den Änderungsmechanismus (400) so steuert, dass das Einlassventil (118) bei dem unteren Totpunkt schließt.
Steuerungsgerät für die Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung (S140) den Änderungsmechanismus (400) so steuert, dass eine Ventildauer des Einlassventils (118) minimiert ist.
Steuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern (106) und einem Änderungsmechanismus (400) der eine Zeit ändert, bei der ein Einlassventil (118), das für jeden der Zylinder bereit gestellt ist, schließt, gekennzeichnet durch Umfassen von: Steuern des Änderungsmechanismus (400) so, dass das Einlassventil (118) bei einer Zeit innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von einem unteren Totpunkt schließt; und Erfassen von zumindest einem aus einem Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder und einem Wert entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis, wenn der Änderungsmechanismus (400) so gesteuert wird, dass das Einlassventil (118) bei der Zeit innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließt.
Steuerungsverfahren für die Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, außerdem mit Steuern des Änderungsmechanismus (400) so, dass das Einlassventil (118) bei einer Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließt; Erfassen von zumindest einem aus Luft-Kraftstoffverhältnis von jedem der Zylinder und dem Wert entsprechend dem Luft-Kraftstoffverhältnis, wenn der Änderungsmechanismus (400) so gesteuert wird, dass das Einlassventil (118) bei der Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließt; und Berechnen eines Unterschieds zwischen dem Wert, der erfasst wird, wenn der Änderungsmechanismus (400) so gesteuert wird, dass das Einlassventil bei der Zeit innerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließt, und dem Wert, der erfasst wird, wenn der Änderungsmechanismus (400) so gesteuert ist, dass das Einlassventil (118) bei der Zeit außerhalb des vorbestimmten Bereichs von dem unteren Totpunkt schließt.