DE102007000471A1

DE102007000471A1 - Variable Ventilsteuerung

Info

Publication number: DE102007000471A1
Application number: DE102007000471A
Authority: DE
Inventors: Toshikazu Kariya Tanaka; Masaomi Kariya Inoue; Yuuichi Kariya Takemura; Zenichiro Toyota Mashiki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2027-08-30
Also published as: US7584729B2; CN101135271A; US20080071463A1; CN100540869C; DE102007000471B4; JP4641986B2; JP2008057371A

Abstract

Ein Motorstrom (Ansteuerstrom eines Motors) wird, basierend auf einer Soll-Motorgeschwindigkeit, einer Ist-Motorgeschwindigkeit und einer Maschinengeschwindigkeit, geschätzt. Wenn der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert, der einem Hitzeerzeugungsbegrenzungsstrom äquivalent ist, überschreitet, wird der Motorstrom durch Begrenzen einer Veränderung (Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag) einer Soll-Motorgeschwindigkeit, die von einer ECU (30) an eine EDU (31) ausgegeben wird, begrenzt. Wenn es andauert, dass die Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert überschreitet, überschreitet der geschätzte Motorstrom diesen oberen Grenzwert und die Begrenzungsaktion des Motorstroms wird fortgesetzt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine variable Ventilsteuerung, welche einen elektrischen Motor als eine Antriebsquelle umfasst. Eine Drehgeschwindigkeit des elektrischen Motors wird verändert, um eine Drehphase der Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle anzupassen, wodurch eine Ventilsteuerzeit eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils einer Brennkraftmaschine angepasst wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Um eine elektronische Steuerung der variablen Ventilsteuerung durchzuführen, wurde die variable Ventilsteuerung entwickelt, welche den Motor als eine Quelle des Antriebs aufweist. Die variable Ventilsteuerung, die in der Druckschrift JP-2006-70754A ( US2006/0042578A1 ) beschrieben ist, umfasst ein erstes Rad, ein zweites Rad, ein Phasen-veränderndes Rad und einen elektrischen Motor. Das erste Rad (äußeres Rad) ist konzentrisch mit der Nockenwelle eingerichtet und wird durch die Drehantriebskraft der Kurbelwelle gedreht. Das zweite Rad (inneres Rad) dreht sich zusammen mit der Nockenwelle. Das Phasen-verändernde Rad (Planetenrad) überträgt das Drehmoment des ersten Rades an das zweite Rad und verändert die Drehphase des zweiten Rades relativ zum ersten Rad. Der Motor ist koaxial zu der Nockenwelle bereitgestellt, so dass die Drehzahl des Phasen-verändernden Rades gesteuert wird. Die Anzahl von Zähnen des ersten Rades, des zweiten Rades und des Phasen-veränderndes Rades wird derart bestimmt, dass sich die Nockenwelle mit der Hälfte der Drehgeschwindigkeit der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle drehen kann. Und wenn die Ventilsteuerzeit nicht verändert wird, stimmt die Drehgeschwindigkeit des Motors mit der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle überein, und stimmt die Drehzahl des Phasen-verändernden Rades mit der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle überein. Wenn die Ventilsteuerzeit verändert wird, wird die Motorgeschwindigkeit relativ zu der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle verändert und die Drehzahl des phasen-verändernden Rades wird relativ zu der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle verändert. Dadurch wird der Unterschied zwischen der Drehphase des ersten Rades und des zweiten Rades verändert.
Bei der vorstehenden variablen Motorantriebsventilsteuerung erhöht sich der Hitzewert des Motors und eine Spulentemperatur steigt an, wenn sich ein Ansteuerstrom des Motors („Motorstrom") während der variablen Ventilsteuerung erhöht. Der Motorstrom wird derart geregelt bzw. durch eine Rückkopplung gesteuert, dass eine Abweichung zwischen der Zielmotorgeschwindigkeit bzw. Soll-Motorgeschwindigkeit und der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit bzw. Ist-Motorgeschwindigkeit verringert wird. Wenn es andauert, dass die Abweichung für eine lange Dauer größer als ein vorbestimmter Wert ist, besteht die Möglichkeit, dass sich der Motorstrom erhöht und die Spulentemperatur des Motors eine erlaubbare Temperatur überschreiten kann, was eine Lebensdauerminderung und Fehlfunktion des Motors verursacht.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird angesichts der vorstehenden Gegenstände vorgenommen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable Ventilsteuerung bereitzustellen, welche eine Ventilsteuerzeit durch Verwendung eines elektrischen Motors anpasst und dazu in der Lage ist, einen übermäßigen Temperaturanstieg einer Motorspule zu begrenzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine variable Ventilsteuerung eine Soll-Motorgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung zum Berechnen einer Soll-Motorgeschwindigkeit basierend auf einer Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine und einer Abweichung zwischen einer Soll-Nockenwellenphase bzw. Soll-Nockenwellenphase und einer Ist-Nockenwellenphase bzw. Ist-Nockenwellenphase. Die Steuerung umfasst weiter eine Motorsteuersteuerungseinrichtung zur Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung eines Motorstroms, der einen Ansteuerstrom des Motors darstellt, auf eine solche Weise, dass eine Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und einer Ist-Motorgeschwindigkeit verringert wird. Die Steuerung umfasst weiter eine Motorstrombegrenzungseinrichtung zum Begrenzen des Motorstroms, wenn der durch die Motorstromschätzeinrichtung geschätzte Motorstrom einen oberen Grenzwert überschreitet.
Der obere Grenzwert wird auf eine solche Weise festgelegt, dass der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert überschreitet und eine Begrenzungsoperation des Motorstroms durch die Motorstrombegrenzungseinrichtung fortgesetzt wird, wenn es andauert, dass die Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit nicht weniger als ein spezifischer Wert ist.
In einem Fall, dass der Zustand, in dem die Abweichung der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit nicht klein wird, andauert, kann die Begrenzungsaktion des Motorstroms fortgesetzt werden, und kann es möglich sein, den Motorstrom zu begrenzen. Folglich kann der Hitzewert des Motors die Hitzeerzeugungsgrenze nicht überschreiten und es kann verhindert werden, dass die Spulentemperatur des Motors den erlaubbaren Temperaturbereich überschreitet. Die Lebensdauerminderung und Fehlfunktion des Motors kann verhindert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Maschinensteuerungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine variable Ventilsteuerung zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur des Steuerungssystems der variablen Ventilsteuerung zeigt.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Verarbeitung des Soll-Motorgeschwindigkeitsoperationsprogramms zeigt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Verarbeitung des Motorstromschätzprogramms zeigt.
6 ist ein Graph, der schematisch ein Kennfeld eines Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrags zeigt.
7 ist ein Graph, der schematisch ein Kennfeld eines oberen und eines unteren Schwellenwertes zeigt.
8 ist ein Graph, der schematisch ein Kennfeld eines geschätzten Motorstroms zeigt.
9 ist ein Zeitdiagramm zum Erklären einer gewöhnlichen Steuerung.
10 ist ein Zeitdiagramm zum Erklären einer Steuerung, bei der eine Ansprechempfindlichkeit verschlechtert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
1 zeigt schematisch eine Gesamtstruktur eines Maschinensteuerungssystems. Eine Brennkraftmaschine 11, welche nachstehend als eine Maschine bezeichnet wird, umfasst eine Kurbelwelle 12. Eine Antriebskraft der Kurbelwelle 12 wird über eine Zahnkette 13 (oder einen Zahnriemen) und Zahnkränze 14, 15 auf eine Einlassnockenwelle 16 und eine Auslassnockenwelle 17 übertragen. Eine variable Ventilsteuerung 18, welche einen elektrischen Motor umfasst, ist an die Einlassnockenwelle 16 gekoppelt. Die variable Ventilsteuerung 18 verändert eine Drehphase (Nockenwellenphase) der Einlassnockenwelle 16 relativ zu der Kurbelwelle 12, so dass die Ventilsteuerzeit eines (nicht gezeigten) Einlassventils angepasst wird.
Ein Nockenwinkelsensor 19 ist um die Einlassnockenwelle 16 herum bereitgestellt. Der Nockenwinkelsensor 19 gibt zu jedem vorbestimmten Nockenwinkel der Einlassnockenwelle 16 ein Nockenwinkelsignal aus. Ein Kurbelwinkelsensor 20 ist um die Kurbelwelle 12 herum bereitgestellt. Der Kurbelwinkelsensor 20 gibt zu jedem vorbestimmten Kurbelwinkel ein Kurbelwinkelsignal aus.
Bezugnehmend auf 2 wird eine Struktur der variablen Ventilsteuerung 18 beschrieben. Die variable Ventilsteuerung 18 umfasst einen Phasensteuerungsmechanismus 21. Der Phasensteuerungsmechanismus 21 umfasst ein äußeres Rad 22 (ein erstes Rad), ein inneres Rad 23 (ein zweites Rad), und ein Planetenrad 24 (ein Phasen-veränderndes Rad). Das äußere Rad 22 ist konzentrisch mit der Einlassnockenwelle 16 eingerichtet und besitzt innen liegende Zähne. Das innere Rad 23 ist konzentrisch mit dem äußeren Rad 22 eingerichtet und besitzt außen liegende Zähne. Das Planetenrad 24 ist zwischen dem äußeren Rad 22 und dem inneren Rad 23 eingerichtet, um mit beiden Rädern 22, 23 im Eingriff zu sein. Das äußere Rad 22 dreht sich einstückig mit dem Zahnkranz 14, welches sich in Synchronisation mit der Kurbelwelle 12 dreht, und das innere Rad 23 dreht sich einstückig mit der Einlassnockenwelle 16. Im Eingriff mit dem äußeren Rad 22 und dem inneren Rad 23 dreht sich das Planetenrad 24 um das innere Rad 23, um eine Drehkraft von dem äußeren Rad 22 auf das innere Rad 23 zu übertragen. Eine Drehphase des inneren Rades 23 (Nockenwellenphase) relativ zu dem äußeren Rad 22 wird durch Verändern einer Drehzahl des Planetenrades 24 relativ zu der Drehgeschwindigkeit des inneren Rades 23 angepasst.
Die Anzahl von Zähnen des äußeren Rads 22, des inneren Rads 23 und des Planetenrads 24 wird auf eine solche Weise bestimmt, dass sich die Einlassnockenwelle 16 mit der Hälfte der Geschwindigkeit der Kurbelwelle 12 dreht. (Drehgeschwindigkeit der Einlassnockenwelle 16) = (Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 12) × 1/2
Die Maschine 11 ist mit einem Motor 16 versehen, welcher die Drehzahl des Planetenrads 24 verändert. Eine Drehwelle 27 des Motors 26 ist konzentrisch mit der Einlassnockenwelle 16, dem äußeren Rad 22 und dem inneren Rad 23 eingerichtet. Eine Verbindungswelle 28 verbindet die Drehwelle 27 mit einer Stützwelle 25 des Planetenrades 24. Wenn der Motor 26 mit Energie versorgt wird, dreht sich das Planetenrad 24 auf der Stützwelle 25 und umrundet das innere Rad 23. Außerdem ist der Motor 26 mit einem Motorgeschwindigkeitssensor 29 versehen, welcher ein Motordrehgeschwindigkeitssignal ausgibt.
Wenn der Motor 26 nicht mit Energie versorgt wird, dreht sich die Drehwelle 27 in Synchronisation mit der Einlassnockenwelle 16. Das heißt, wenn die Drehgeschwindigkeit RM des Motors 26 mit der Drehgeschwindigkeit RC der Einlassnockenwelle 16 übereinstimmt und die Drehzahl des Planetenrades 24 mit der Drehgeschwindigkeit des inneren Rades 23 übereinstimmt, wird ein Unterschied zwischen einer Drehphase des äußeren Rades 22 und einer Drehphase des inneren Rades 23 als ein momentaner Unterschied beibehalten, um die Ventilsteuerzeit (Nockenwellenphase) als die momentane Ventilsteuerzeit beizubehalten.
Wenn die Drehgeschwindigkeit RM des Motors 26 höher gemacht wird als die Drehgeschwindigkeit RC der Einlassnockenwelle 16, das heißt, wenn die Drehzahl des Planetenrades 24 höher gemacht wird als die Drehgeschwindigkeit des inneren Rades 23, ist die Drehphase des inneren Rades 23 relativ zu dem äußeren Rad 22 vorgestellt, so dass die Ventilsteuerzeit des Einlassventils vorgestellt ist.
Wenn die Drehgeschwindigkeit RM des Motors 26 niedriger gemacht wird als die Drehgeschwindigkeit RC der Einlassnockenwelle 16, das heißt, wenn die Drehzahl des Planetenrades 24 niedriger gemacht wird als die Drehgeschwindigkeit des inneren Rades 23, ist die Drehphase des inneren Rades 23 relativ zu dem äußeren Rad 22 nachgestellt, so dass die Ventilsteuerzeit des Einlassventils nachgestellt ist.
Die Ausgaben der Sensoren werden in eine elektronische Steuerungseinheit 30 eingegeben, welche nachstehend als eine ECU 30 bezeichnet wird. Die ECU 30 umfasst einen Mikrocomputer, welcher Maschinensteuerungsprogramme ausführt, die auf einem ROM (Nur-Lese-Speicher) gespeichert sind, um eine Kraftstoffeinspritz- und eine Zündungszeit gemäß einer Maschinenantriebsbedingung zu steuern.
Außerdem berechnet die ECU 30 eine Drehphase (Ist-Nockenwellenphase) der Nockenwelle 16 relativ zu der Kurbelwelle 12 basierend auf der Ausgabe des Nockenwinkelsensors 19 und des Kurbelwinkelsensors 20. Die ECU 30 berechnet die Soll-Nockenwellenphase (Soll-Ventilsteuerzeit) gemäß Maschinenoperationsbedingungen. Die ECU 30 berechnet die Soll-Motorgeschwindigkeit basierend auf der Maschinengeschwindigkeit und einer Abweichung zwischen der Soll-Nockenwellenphase und der Ist-Nockenwellenphase. Wie in 3 gezeigt gibt die ECU 30 das Signal, das die Soll-Motorgeschwindigkeit angibt, an die Motoransteuerschaltung (EDU) 31 aus.
Die EDU 31 besitzt eine analoge Drehgeschwindigkeitsrückkopplungsschaltung 32, welche eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung der Einschaltdauer der Spannung durchführt, die an den Motor 26 angelegt ist, so dass die Abweichung der Soll-Motorgeschwindigkeit und einer Ist-Motorgeschwindigkeit verringert wird. Die EDU 31 führt eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung der Ist- Motorgeschwindigkeit zu der Soll-Motorgeschwindigkeit durch und führt eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung der Ist-Nockenwellenphase zu der Soll-Nockenwellenphase durch. „Rückkopplung" wird in der folgenden Beschreibung als „F/B" ausgedrückt.
Die ECU 30 schätzt einen Ansteuerstrom (Motorstrom) des Motors 26 basierend auf der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit. Wenn der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert, der einem Hitzeerzeugungsbegrenzungsstrom äquivalent ist, überschreitet, begrenzt die ECU 30 eine Veränderung der Soll-Motorgeschwindigkeit, die an die EDU 31 auszugeben ist. Diese Veränderung entspricht einem Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag.
Da es nicht verhindert wird, dass beim Schätzen des Motorstroms basierend auf der Soll-Motorgeschwindigkeit, der Ist-Motorgeschwindigkeit und der Maschinengeschwindigkeit der Schätzfehler auftritt, kann in einem Fall, in dem der tatsächliche Motorstrom bzw. Ist-Motorstrom über dem oberen Grenzwert liegt, der geschätzte Motorstrom geringer als der obere Grenzwert sein. Die EDU 31 steuert den Ansteuerstrom des Motors, um die Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit zu verringern. Wenn die Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit für eine lange Dauer groß war, besteht die Möglichkeit, dass sich der Ist-Motorstrom erhöht, um den oberen Grenzwert zu überschreiten. Wenn der geschätzte Motorstrom geringer als der obere Grenzwert mit dem Schätzfehler ist, wird die Begrenzungsaktion des Motorstroms abgebrochen. Der Ist-Motorstrom erhöht sich und die Spulentemperatur des Motors kann eine erlaubbare Temperatur überschreiten und eine Lebensdauerminderung und eine Fehlfunktion des Motors verursachen.
Als Maßnahme in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die Abweichung der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit für eine bestimmte Dauer größer als ein spezifischer Wert war, überschreitet der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert und die Begrenzungsaktion des Motorstroms wird fortgesetzt. In einem Fall, dass der Zustand, in dem die Abweichung der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit nicht klein wird, andauert, kann die Beschränkungsaktion des Motorstroms fortgesetzt werden, und es kann möglich sein, den Motorstrom zu begrenzen. Folglich kann der Hitzewert des Motors 26 die Hitzeerzeugungsgrenze nicht überschreiten und es kann verhindert werden, dass die Spulentemperatur des Motors 26 den erlaubbaren Temperaturbereich überschreitet. Die Lebensdauerminderung und Fehlfunktion des Motors 26 kann verhindert werden.
Nachstehend wird die Verarbeitung eines jeden Programms von 4 und 5, welche die ECU 30 ausführt, erklärt.
[Soll-Motorgeschwindigkeitsberechnungsprogramm]
Die ECU 30 führt das in 4 gezeigte Soll-Motorgeschwindigkeitsberechnungsprogramm während der Maschinenoperation durch.
In Schritt 101 wird eine Abweichung zwischen der Soll-Nockenwellenphase und der Ist-Nockenwellenphase berechnet. Diese Abweichung wird als die Nockenwellenphasenabweichung bezeichnet. Nockenwellenphasenabweichung (CPD) = Soll-Nockenwellenphase (TCP) – Ist-Nockenwellenphase (ACP)
Dann setzt sich die Prozedur bei Schritt 102 fort, in welchem der Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrag gemäß der momentanen Maschinengeschwindigkeit und der Nockenwellenphasenabweichung mit Bezug auf das in 6 gezeigte Kennfeld eines Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrags berechnet wird. Wie in dem Kennfeld eines Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrags von 6 gezeigt ist, erhöht sich der Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrag, wenn sich die Nockenwellenphasenabweichung (CPD) erhöht, und erhöht sich der Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrag, wenn sich die Maschinengeschwindigkeit erhöht.
Nach einem Berechnen des Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrags setzt sich die Prozedur bei Schritt 103 fort, in welchem ein in 5 gezeigtes Motorstromschätzprogramm ausgeführt wird. In Schritt 103 wird der geschätzte Motorstrom basierend auf der momentanen Soll-Motorgeschwindigkeit und der momentanen Ist-Motorgeschwindigkeit berechnet. Dann setzt sich die Prozedur bei Schritt 104 fort, in welchem bestimmt wird, ob der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert, der dem Hitzeerzeugungsbegrenzungsstromwert äquivalent ist, überschreitet. Wenn es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel andauert, dass die Abweichung den spezifischen Wert überschreitet, wird die Beschränkungsaktion des Motorstroms fortgesetzt, auch wenn der geschätzte Motorstrom diesen oberen Grenzwert überschreitet.
Wenn die Antwort in Schritt 104 Nein ist, setzt sich die Prozedur bei Schritt 107 fort, in welchem die Soll-Motorgeschwindigkeit basierend auf der folgenden Gleichung festgelegt wird, ohne den in Schritt 102 berechneten Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrag zu begrenzen. Soll-Motorgeschwindigkeit (TMS) = Basis-Soll-Motorgeschwindigkeit (BTMS) + Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrag (RSFBC)
Die Basis-Soll-Motorgeschwindigkeit ist hier die Motorgeschwindigkeit, die in Übereinstimmung mit der Nockenwellendrehgeschwindigkeit ist (Kurbelwellendrehgeschwindigkeit × 1/2).
Wenn die Antwort in Schritt 104 Ja ist, setzt sich die Prozedur bei Schritt 105 fort, in welchem basierend auf der momentanen Maschinengeschwindigkeit gemäß einem in 7 gezeigten Kennfeld eines oberen und unteren Schwellenwerts ein oberer Schwellenwert und ein unterer Schwellenwert berechnet werden. Wie in 7 gezeigt, erhöhen sich absolute Werte des oberen Schwellenwerts und des unteren Schwellenwerts, wenn sich die Maschinengeschwindigkeit erhöht. Die Schwellenwerte können gemäß der Maschinengeschwindigkeit und der Nockenwellenphasenabweichung festgelegt werden. Für eine Vereinfachung der Datenverarbeitung können die Schwellenwerte alternativ als vorbestimmte konstante Werte festgelegt werden.
Dann setzt sich die Prozedur bei Schritt 106 fort, in welchem der Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag, der in Schritt 102 berechnet wird, unter Verwendung des oberen und unteren Schwellenwerts, die in Schritt 105 berechnet werden, bezüglich des Schwellenwerts verarbeitet wird. Das heißt, wenn der Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag größer als der obere Grenzschwellenwert ist, wird der Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag mit dem oberen Grenzschwellenwert begrenzt, und der Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag stimmt mit dem oberen Grenzschwellenwert überein. Wenn der Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag niedriger als der untere Grenzschwellenwert ist, wird der Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag mit dem unteren Grenzschwellenwert begrenzt, und der Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag stimmt mit dem unteren Grenzschwellenwert überein. In einem Fall, in dem der Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrag innerhalb einem Bereich zwischen dem oberen Schwellenwert und dem unteren Schwellenwert liegt, wird der Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrag nicht geändert. In Schritten 104, 105 und 106 wird der an den Motor angelegte elektrische Strom begrenzt.
Dann setzt sich die Prozedur bei Schritt 107 fort, in welchem die Soll-Motorgeschwindigkeit unter Verwendung des mit Bezug auf den Schwellenwert verarbeiteten Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrags berechnet wird. Soll-Motorgeschwindigkeit (TMS) = Basis-Soll-Motorgeschwindigkeit (BTMS) + mit Bezug auf den Schwellenwert verarbeiteter Drehgeschwindigkeits-F/B-Korrekturbetrag (G-RSFBC)
Die ECU 30 gibt das Signal, das die durch den vorstehenden Prozess berechnete Soll-Motorgeschwindigkeit angibt, an die EDU 31 aus.
[Motorstromschätzprogramm]
Das in 5 gezeigte Motorstromschätzprogramm ist eine Unterroutine, die in Schritt 103 von 4 ausgeführt wird. In Schritt 201 wird bestimmt, ob eine Steuerung ausgeführt wird, die am meisten nachgestellt ist. Bei der Steuerung, die am meisten nachgestellt ist, wird die Nockenwellenphase bei der am meisten nachgestellten Phase (Bezugsphase) festgelegt. Wenn die Antwort in Schritt 201 Ja ist, setzt sich die Prozedur bei Schritt 202 fort, in welchem ein Hinweis- bzw. Anzeigestrom als ein geschätzter Motorstrom gesetzt wird. Der Hinweis- bzw. Anzeigestrom ist ein Motorstrom, welcher basierend auf einer Hinweis- bzw. Anzeigeeinschaltdauer bei der Steuerung, die am meisten nachgestellt ist, bestimmt wird.
Unterdessen, wenn die Antwort in Schritt 201 Nein ist, setzt sich die Prozedur bei Schritt 203 fort, in welchem die Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit mit einer F/B-Verstärkung G multipliziert wird, um den Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag zu erhalten. Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag = G × (Soll-Motorgeschwindigkeit – Ist-Motorgeschwindigkeit)
Dann setzt sich die Prozedur bei Schritt 204 fort, in welchem der Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag, der in Schritt 203 berechnet wird, zu der Soll-Motorgeschwindigkeit hinzugefügt wird, um einen Motorsteuerungsbetrag zu erhalten. Motorsteuerungsbetrag = Soll-Motorgeschwindigkeit + Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag
Dann setzt sich die Prozedur bei Schritt 205 fort, in welchem der momentane Motorsteuerungsbetrag und der geschätzte Motorstrom gemäß der Maschinengeschwindigkeit mit Bezug auf ein in 8 gezeigtes Kennfeld eines geschätzten Motorstroms berechnet werden. In dem Kennfeld eines geschätzten Motorstroms von 8 erhöht sich der geschätzte Motorstrom, wenn sich der Motorsteuerungsbetrag erhöht, und erhöht sich der geschätzte Motorstrom, wenn sich die Maschinengeschwindigkeit erhöht. Außerdem könnte der geschätzte Motorstrom nur basierend auf dem Motorsteuerungsbetrag berechnet werden.
Außerdem könnte der geschätzte Motorstrom basierend auf einem Kennfeld berechnet werden, welches die Soll-Motorgeschwindigkeit, die Ist-Motorgeschwindigkeit und die Maschinengeschwindigkeit als Parameter besitzt. Alternativ kann der geschätzte Motorstrom basierend auf einem Kennfeld berechnet werden, welches die Soll-Motorgeschwindigkeit und die Ist-Motorgeschwindigkeit als Parameter besitzt. Der geschätzte Motorstrom kann unter Berücksichtigung anderer Parameter (z.B. Batteriespannung, Nockenwellenphasenabweichung) als den vorstehenden berechnet werden.
Ein Steuerungsprozess des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nachstehend basierend auf den in 9 und 10 gezeigten Zeitdiagrammen beschrieben.
9 zeigt das Beispiel einer Steuerung, bei welcher sich die Ist-Nockenwellenphase (Ist-Motorgeschwindigkeit) gemäß einer Änderung der Soll-Nockenwellenphase (Soll-Motorgeschwindigkeit) bei einer herkömmlichen Ansprechempfindlichkeit ändert. Die Soll-Motorgeschwindigkeit ändert sich schrittweise zur Zeit t1, zu welcher sich die Soll-Nockenwellenphase schrittweise ändert. Dann beginnt die Ist-Motorgeschwindigkeit sich zu verändern und der geschätzte Motorstrom beginnt sich zu erhöhen. Dann beginnt die Ist-Nockenwellenphase, sich zu der Soll-Nockenwellenphase zu verändern.
Die Ist-Motorgeschwindigkeit erreicht die Soll-Motorgeschwindigkeit zur Zeit t2. Danach, da die Abweichung zwischen der Soll-Nockenwellenphase und der Ist-Nockenwellenphase sich verringert, verringert sich der Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag. Die Soll-Motorgeschwindigkeit verringert sich und die Ist- Motorgeschwindigkeit verringert sich. Der geschätzte Motorstrom verringert sich ebenso. Da solch eine Steuerung in einem Bereich durchgeführt wird, in welchen der geschätzte Motorstrom immer niedriger oder gleich dem oberen Grenzwert ist, wird die Begrenzungsaktion (Schwellenverarbeitung des Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrags) des Motorstroms nicht durchgeführt.
Unterdessen zeigt 10 das Beispiel, in welchem die Ansprechempfindlichkeit der Ist-Nockenwellenphase (Ist-Motorgeschwindigkeit) relativ zu einer Änderung der Soll-Nockenwellenphase (Soll-Motorgeschwindigkeit) verschlechtert ist. Die Ist-Nockenwellenphase (Ist-Motorgeschwindigkeit) kann der Soll-Nockenwellenphase (Soll-Motorgeschwindigkeit) nicht folgen und der Motor 26 dreht sich mit einer Nockenwellendrehgeschwindigkeit (Kurbelwellendrehgeschwindigkeit × 1/2).
In diesem Beispiel einer Steuerung ändert sich die Soll-Motorgeschwindigkeit nicht schrittweise, auch wenn sich die Soll-Nockenwellenphase zur Zeit t1 schrittweise ändert. Ebenso gibt es eine geringere Änderung der Ist-Nockenwellenphase (Ist-Motorgeschwindigkeit) als üblich. Dementsprechend, da der Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag größer als üblich wird, überschreitet der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert und die Begrenzungsaktion (Schwellenverarbeitung des Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrags) des Motorstroms wird zur Zeit t2 gestartet. Wenn sich der geschätzte Motorstrom vorübergehend verringert und weniger als der obere Grenzwert wird, wird die Begrenzungsaktion des Motorstroms zur Zeit t3 abgebrochen.
Deshalb steigt der geschätzte Motorstrom wieder und überschreitet den oberen Grenzwert. Die Begrenzungsaktion des Motorstroms wird zur Zeit t4 wieder gestartet. Dann kann die Ist-Nockenwellenphase (Ist-Motorgeschwindigkeit) der Soll-Nockenwellenphase (Soll-Motorgeschwindigkeit) nicht folgen, sondern der Zustand jenseits des spezifizierten Werts setzt sich in beiden Abweichungen fort. Deshalb wird der geschätzte Motorstrom auf eine solche Weise beibehalten, dass er den oberen Grenzwert überschreitet und die Begrenzungsaktion des Motorstroms wird fortgesetzt.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Motorstrom basierend auf der Soll-Motorgeschwindigkeit, der Ist-Motorgeschwindigkeit und der Maschinengeschwindigkeit geschätzt. Wenn der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert überschreitet, wird die Veränderung (Motorgeschwindigkeits-F/B-Betrag) der Soll-Motorgeschwindigkeit, die an die EDU 31 ausgegeben wird, begrenzt und der Motorstrom wird begrenzt. Deshalb ist es möglich, den Motorstrom derart zu begrenzen, dass der Hitzewert des Motors 26 die Hitzeerzeugungsgrenze nicht überschreitet.
Die EDU 31 steuert den Ansteuerstrom des Motors, um die Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit zu verringern. Wenn es andauert, dass die Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit für eine lange Dauer größer als der vorbestimmte Wert ist, besteht die Möglichkeit, dass sich der Ist-Motorstrom erhöht, um den oberen Grenzwert zu überschreiten. Wenn der geschätzte Motorstrom weniger als der obere Grenzwert mit dem geschätzten Fehler ist, wird die Begrenzungsaktion des Motorstroms abgebrochen. Der Ist-Motorstrom steigt und die Spulentemperatur des Motors kann eine erlaubbare Temperatur überschreiten und eine Lebensdauerminderung und eine Fehlfunktion des Motors verursachen.
Wenn in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Abweichung der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit für eine bestimmte Dauer größer als ein spezifischer Wert ist, überschreitet der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert und die Begrenzungsaktion des Motorstroms wird fortgesetzt. In einem Fall, in dem der Zustand, in dem die Abweichung der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit nicht klein wird, andauert, kann die Begrenzungsaktion des Motorstroms fortgesetzt werden und es kann möglich sein, den Motorstrom zu begrenzen. Folglich könnte der Hitzewert des Motors 26 die Hitzeerzeugungsgrenze nicht überschreiten und es kann verhindert werden, dass die Spulentemperatur des Motors 26 den erlaubbaren Temperaturbereich überschreitet. Die Lebensdauerminderung und ein Ausfall des Motors 26 kann verhindert werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Einschaltdauer der an den Motor 26 angelegten Spannung als die Information des Motorstroms geschätzt und wenn die geschätzte Einschaltdauer den oberen Grenzwert überschreitet kann der Motorstrom begrenzt werden. Die Einschaltdauerschätzung kann unter Verwendung des gleichen Kennfelds wie von 8 durchgeführt werden.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf die variable Ventilsteuerung des Einlassventils begrenzt sondern kann ebenso auf die variable Ventilsteuerung des Auslassventils angewendet werden. Des Weiteren ist der phasenvariable Mechanismus der variablen Ventilsteuerungseinheit 18 nicht auf den Planetengetriebemechanismus begrenzt. Andere Mechanismen sind einsetzbar, wenn die Ventilsteuerzeit durch Variieren der Drehgeschwindigkeit des Motors relativ zu der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle geändert wird.

Claims

Variable Ventilsteuerung, die eine Ventilsteuerzeit eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils durch Verändern einer Geschwindigkeit eines elektrischen Motors (26) relativ zu einer Drehgeschwindigkeit einer Nockenwelle (16, 17) auf eine solche Weise anpasst, dass eine Nockenwellenphase, die eine Drehphase der Nockenwelle darstellt, relativ zu einer Kurbelwelle (12) einer Brennkraftmaschine verändert wird, wobei die variable Ventilsteuerung aufweist: eine Soll-Motorgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung (30) zum Berechnen einer Soll-Motorgeschwindigkeit basierend auf einer Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine (11) und einer Abweichung zwischen einer Soll-Nockenwellenphase und einer Ist-Nockenwellenphase; eine Motoransteuersteuerungseinrichtung (31) zum Regeln eines Motorstroms, der einen Ansteuerstrom des Motors (26) darstellt, auf eine solche Weise, dass eine Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und einer Ist-Motorgeschwindigkeit verringert wird; eine Motorstromschätzeinrichtung (30) zum Schätzen des Motorstroms; und eine Motorstrombegrenzungseinrichtung (30) zum Begrenzen des Motorstroms, wenn der Motorstrom, der durch die Motorstromschätzeinrichtung geschätzt wird, einen oberen Grenzwert überschreitet, wobei der obere Grenzwert auf eine solche Weise festgelegt wird, dass der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert überschreitet und eine Begrenzungsoperation des Motorstroms durch die Motorstrombegrenzungseinrichtung (30) fortgesetzt wird, wenn es andauert, dass die Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit nicht weniger als ein spezifischer Wert ist.
Variable Ventilsteuerung gemäß Anspruch 1, wobei der obere Grenzwert gemäß einer Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine (11) festgelegt wird.
Variable Ventilsteuerung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Motorstromschätzeinrichtung (30) den Motorstrom basierend auf zumindest der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit schätzt.
Variable Ventilsteuerung gemäß Anspruch 3, wobei die Motorstromschätzeinrichtung (30) den Motorstrom basierend auf zumindest der Soll-Motorgeschwindigkeit, der Ist-Motorgeschwindigkeit und der Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine (11) schätzt.
Variable Ventilsteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Motorstrombegrenzungseinrichtung (30) den Motorstrom durch Begrenzen einer Veränderung der Soll-Motorgeschwindigkeit begrenzt, wenn der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert überschreitet.
Variable Ventilsteuerung gemäß Anspruch 5, wobei die Soll-Motorgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung (30) einen Motorgeschwindigkeitskorrekturbetrag basierend auf der Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine (11) und der Abweichung zwischen der Soll-Nockenwellenphase und der Ist-Nockenwellenphase berechnet, und die Soll-Motorgeschwindigkeit durch Korrigieren einer Basis-Soll-Motorgeschwindigkeit berechnet, welche einer Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle (16, 17) entspricht, und die Motorstrombegrenzungseinrichtung (30) die Veränderung einer Soll-Motorgeschwindigkeit durch Begrenzen des Motorgeschwindigkeitskorrekturbetrags begrenzt, wenn der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert überschreitet.
Variable Ventilsteuerung gemäß Anspruch 6, wobei die Motorstrombegrenzungseinrichtung (30) einen Begrenzungsbereich des Motorgeschwindigkeitskorrekturbetrags gemäß der Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine (11) verändert.
Variable Ventilsteuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Motoransteuersteuerungseinrichtung (31) eine relative Einschaltdauer einer Spannung, die an den Motor (26) angelegt wird, anpasst, um den Motorstrom zu steuern, die Motorstromschätzeinrichtung (30) die relative Einschaltdauer der Spannung, die an den Motor (26) angelegt wird, als eine Information des Motorstroms schätzt, und die Motorstrombegrenzungseinrichtung (30) den Motorstrom begrenzt, wenn die relative Einschaltdauer, die durch die Motorstromschätzeinrichtung geschätzt wird, den oberen Grenzwert überschreitet.
Variable Ventilsteuerung, die eine Ventilsteuerzeit eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils durch Verändern einer Geschwindigkeit eines elektrischen Motors (26) relativ zu einer Drehgeschwindigkeit einer Nockenwelle (16, 17) auf eine solche Weise anpasst, dass eine Nockenwellenphase, die eine Drehphase der Nockenwelle darstellt, relativ zu einer Kurbelwelle (12) einer Brennkraftmaschine verändert wird, wobei die variable Ventilsteuerung aufweist: einen Soll-Motorgeschwindigkeitsberechner (30), welcher basierend auf einer Drehgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine (11) und einer Abweichung zwischen einer Soll-Nockenwellenphase und einer Ist-Nockenwellenphase eine Soll-Motorgeschwindigkeit berechnet; eine Motoransteuersteuerung (31), welche einen Motorstrom, der einen Ansteuerstrom des Motors (26) darstellt, auf eine solche Weise regelt, dass eine Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und einer Ist-Motorgeschwindigkeit verringert wird; einen Motorstromschätzer (30), welcher den Motorstrom schätzt; und eine Motorstrombegrenzer (30), welcher den Motorstrom begrenzt, wenn der Motorstrom, der durch den Motorstromschätzer geschätzt wird, einen oberen Grenzwert überschreitet, wobei der obere Grenzwert auf eine solche Weise festgelegt wird, dass der geschätzte Motorstrom den oberen Grenzwert überschreitet und eine Begrenzungsoperation des Motorstroms durch den Motorstrombegrenzer (30) fortgesetzt wird, wenn es andauert, dass die Abweichung zwischen der Soll-Motorgeschwindigkeit und der Ist-Motorgeschwindigkeit nicht weniger als ein spezifischer Wert ist.