DE102007016122B4 - Zündzeitsteuerungssystem und -verfahren für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Zündzeitsteuerungssystem zum Steuern/Regeln einer Zündzeit (Iglog) eines Verbrennungsmotors (3), umfassend:
ein Drehzahlerfassungsmittel (2, 20) zum Erfassen einer Drehzahl (NE) des Motors (3);
ein Ausgangsdrehmomentparameter-Berechnungsmittel (2) zum Berechnen eines Ausgangsdrehmomentparameters (Pme), der ein vom Motor (3) aktuell ausgegebenes Ausgangsdrehmoment angibt; und
ein Zündzeitbestimmungsmittel (2) zum Bestimmen der Zündzeit (Iglog) gemäß der Drehzahl (NE) des Motors (3),
gekennzeichnet durch
ein Maximalwirkdruckparameter-Berechnungsmittel (2) zum Berechnen eines maximalen mittleren Nettowirkdrucks (Pme_max), den der Motor (3) erzeugen kann, wenn der Motor (3) mit der erfassten Drehzahl (NE) läuft; und
ein Verhältnisberechnungsmittel (2) zum Berechnen eines Verhältnisses (Kpme) zwischen dem berechneten maximalen mittleren Nettowirkdruck (Pme_max) und dem Ausgangsdrehmomentparameter (Pme);
wobei das Zündzeitbestimmungsmittel (2) die Zündzeit (Iglog) gemäß der Drehzahl (NE) des Motors (3) und dem berechneten Verhältnis (Kpme) bestimmt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Zündzeitsteuerungssystem zum Steuern/Regeln der Zündzeit eines Verbrennungsmotors sowie ein Verfahren dafür.
  • Ein herkömmliches Zündzeitsteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor ist zum Beispiel in der JP 2005-315161 offenbart. Der Motor ist mit einem variablen Ventilbetätigungsmechanismus versehen, der Einlassventile öffnet und schließt und den maximalen Hub der Einlassventile verändert. Bei diesem Motor wird durch Regelung des Maximalhubs der Einlassventile mittels des variablen Ventilbetätigungsmechanismus die Ansaugluftmenge gesteuert. Ferner bestimmt das herkömmliche Steuerungssystem Zündzeit in der folgenden Weise: Die Motordrehzahl und die Ansaugluftmenge werden erfasst, und auf der Basis der erfassten Motordrehzahl wird der Maximalwert der Ansaugluftmenge berechnet, die angesaugt werden kann, wenn der Motor in der festgestellten Motordrehzahl läuft (nachfolgend als ”maximale Ansaugluftmenge” bezeichnet). Ferner wird das Verhältnis zwischen der erfassten Ansaugluftmenge und der berechneten maximalen Ansaugluftmenge berechnet, und die Zündzeit wird gemäß diesem Verhältnis und der erfassten Motordrehzahl bestimmt.
  • Ein weiterer variabler Ventilbetätigungsmechanismus ist gemäß 7 so konfiguriert, dass die Öffnungszeit der Einlassventile vorverlagert wird und die Schließzeit derselben verzögert wird, wenn der Maximalhub Liftin größer wird. 35 zeigt z. B. der Steuerung der Zündzeit für den Fall, dass diese Art von variablem Ventilbetätigungsmechanismus verwendet wird. Gemäß 35 wird, wenn der Maximalhub Liftin größer wird, die Ansaugluftmenge vergrößert, um dementsprechend das Ausgangsdrehmoment zu vergrößern, mit der Tendenz, dass mit größerer Wahrscheinlichkeit ein Klopfen auftritt, und, um dieses Problem wiederum zu vermeiden, die Zündzeit verzögert wird.
  • Wenn ferner der Maximalhub einen ersten vorbestimmten Wert La hat, wird aus der Zündzeit eine erste vorbestimmte Zündzeit La bestimmt, wohingegen dann, wenn der Maximalwert größer als der erste vorbestimmte Wert La ist, sie mit zunehmendem Maximalhub Liftin vorverlagert wird, und wenn derselbe größer ist als ein zweiter vorbestimmter Wert Lb, der größer als der erste vorbestimmte Wert La ist, wird sie auf eine zweite vorbestimmte Zündzeit Lb gelegt, die noch weiter vorverlagert ist als die erste vorbestimmte Zündzeit La. Der Grund hierfür ist wie folgt: Wenn der Maximalhub Liftin größer wird, wird die Öffnungszeit der Einlassventile vorverlagert, wodurch die in jedem Zylinder zurückbleibende Abgasmenge (nachfolgend als ”interne AGR Gasmenge” bezeichnet) zunimmt, und die Schließzeit derselben weiter verzögert wird, wodurch die Luftmenge, die aus jedem Zylinder in das Ansaugrohr rückströmt, zunimmt. Somit sinkt, wenn die interne AGR-Gasmenge zunimmt, die Verbrennungstemperatur unter die Temperatur der Zylinderwand, wodurch die Temperatur des Gemisches abnimmt und das Verdichtungsverhältnis des Motors aufgrund der Zunahme der Luftrückstrommenge absinkt. Die verringerte Temperatur des Gemischs und das reduzierte Verdichtungsverhältnis des Motors erschweren das Auftreten von Klopfen.
  • Wenn, wie oben beschrieben, der Maximalwert Liftin ≥ der erste vorbestimmte Wert La ist, wird die Luftrückstrommenge größer, wenn der Maximalhub Liftin größer wird. Wenn jedoch die Zündzeit weiter vorverlagert wird, wird das Verdichtungsverhältnis des Motors höher, was das Ausgangsdrehmoment des Motors erhöht. Ferner wird, wegen der erhöhten Luftrückstrommenge die tatsächliche Ansaugluftmenge, die man annimmt, wenn der Maximalhub Liftin gleich dem zweiten vorbestimmten Wert Lb ist, gleich einem vorbestimmten Wert GREF, der gleich der Ansaugluftmenge ist, die anzunehmen ist, wenn der maximale Ventilhub Liftin gleich dem ersten vorbestimmten Wert La ist. In Folge dessen gibt es, wie in 36 gezeigt, wenn die Ansaugluftmenge gleich dem vorbestimmten Wert GREF ist, zwei hierfür geeignete Zündzeiten: Die erste Zündzeit La und die zweite Zündzeit Lb.
  • Jedoch wird in dem oben beschriebenen herkömmlichen Zündzeitsteuerungssystem die Zündzeit gemäß der Ansaugluftmenge bestimmt. Wenn man nun annimmt, dass dann, wenn die Ansaugluftmenge gleich dem vorbestimmten Wert GREF ist, die erste Zündzeit La auf der verzögerten Seite als jene Zündzeit bestimmt wird, die das Auftreten von Klopfen vermeiden soll, dann würde, wenn der tatsächliche Ventilhub Liftin gleich dem zweiten vorbestimmten Wert Lb ist, auch dann kein Klopfen auftreten, wenn die Zündzeit als die zweite Zündzeit Lb bestimmt wird. Trotzdem ist es, da die Zündzeit als die erste Zündzeit La bestimmt wird, unmöglich, einen hohen Verbrennungswirkungsgrad zu erhalten, was das Ausgangsdrehmoment des Motors reduziert.
  • Um dieses Problem zu vermeiden, könnte man daran denken, die Zündzeit gemäß dem Maximalhub Liftin und der Motordrehzahl zu regeln. Jedoch entstehen in diesem Fall die folgenden Probleme. Wenn man die Zündzeit durch Absuchen eines Kennfelds gemäß dem Maximalwert Liftin bestimmt, dann ist es in einem Bereich des Maximalhubs Liftin (nachfolgend als ”Klopfhubbereich” bezeichnet), wo die Last an dem Motor 1 hoch ist und das Klopfen leicht auftritt, zum Verhindern dieses Klopfens notwendig, die Anzahl von Gitterpunkten zu vergrößern, auf die die Kennfeldwerte der Zündzeit gesetzt sind. Selbst wenn andererseits der Maximalhub Liftin der gleiche ist, verändert sich die Ansaugluftmenge mit der Motordrehzahl, und daher gibt es, wie in 37 gezeigt, wenn sich die Motordrehzahl zwischen niedrig und hoch verändert, unterschiedliche Klopfhubbereiche (mit den unterbrochenen Linien umschlossene Flächen), was insgesamt einen sehr weiten Bereich bildet. Im Ergebnis ist es notwendig, Kennfeldwerte für den sehr weiten Klopfhubbereich zu setzen, wie oben beschrieben, so dass die Anzahl der Einstellungen von Kennfeldwerten (Anzahl von Gitterpunkten, mit schwarzen Punkten bezeichnet) zu groß wird und daher die Speicherkapazität, die für das Zündzeitsteuerungssystem benötigt wird, zu groß wird, was in einer Zunahme der Herstellungskosten des Zündzeitsteuerungssystems resultiert.
  • In der US 2003/0209224 A1 , auf der der Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 beruht, werden die aktuelle Motordrehzahl und die aktuelle Motorlast erfasst, und wird ein Solldrehmomentverhältnis zwischen ausgegebenem Drehmoment und maximalem Drehmoment basierend auf der erfassten Motordrehzahl und der aktuellen Motorlast anhand einer vorbestimmten Beziehung zwischen Zündzeit und Drehmomentverhältnis berechnet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Zündzeitsteuerungssystem zum Steuern/Regeln der Zündzeit eines Verbrennungsmotors sowie ein Verfahren dafür anzugeben, womit sich die Kapazität eines Speichers, der die zur Zündzeitsteuerung verwendeten Daten speichert, reduzieren lässt, um hierdurch eine Reduktion der Herstellungskosten zu ermöglichen.
  • Zur Lösung der obigen Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Zündzeitsteuerungssystem zum Steuern/Regeln der Zündzeit eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 angegeben.
  • Mit der Konfiguration des Zündzeitsteuerungssystems gemäß diesem ersten Aspekt der Erfindung wird der Parameter des maximalen mittleren Nettowirkdrucks, der das maximale Drehmoment angibt, das der Motor ausgeben kann, wenn der Motor die festgestellte Drehzahl hat, durch das Maximalwirkdruck-Parameterberechnungsmittel berechnet. Ferner wird der Ausgangsdrehmomentparameter, der das Ausgangsdrehmoment des Motors angibt, durch das Ausgangsdrehmomentparameterberechnungsmittel berechnet, und das Drehmomentverhältnis als das Verhältnis zwischen dem Parameter des maximalen mittleren Nettowirkdrucks und dem Ausgangsdrehmomentparameter wird durch das Drehmomentverhältnisberechnungsmittel berechnet. Ferner wird die Zündzeit gemäß dem so berechneten Drehmomentverhältnis und der Drehzahl durch das Zündzeitbestimmungsmittel bestimmt.
  • Da wie oben beschrieben, das Drehmomentverhältnis als das Verhältnis zwischen dem Parameter des maximalen mittleren Nettowirkdrucks, das der Motor bei der festgestellten Drehzahl ausgeben kann, und dem Ausgangsdrehmoment berechnet wird, wird im Hochlastbereich, wo relativ leicht das Klopfen auftritt, das Verhältnis nahezu 1, unabhängig von der Drehzahl des Motors. Daher ist ein Bereich des Drehmomentverhältnisses, wo das Klopfen leicht auftritt, dort, wo sich das Verhältnis in einem Wertebereich befindet, der gleich oder nahezu 1 ist. Daher wird es z. B. bei der Bestimmung der Zündzeit mittels eines Kennfelds, das unter Verwendung des Drehmomentverhältnisses und der Drehzahl als Parameter gesetzt ist, im Vergleich zu dem Fall, wo der vorgenannte Maximalhub als Parameter verwendet wird, möglich, den Bereich des Drehmomentverhältnisses zu reduzieren, wo Kennfeldwerte besonders detailliert gesetzt werden müssen. Im Ergebnis lässt sich die Anzahl der zu setzenden Kennfeldwerte reduzieren, und daher wird es möglich, die Speicherkapazität, die von dem Zündzeitsteuerungssystem benötigt wird, zu reduzieren, und die Mann-Stunden zum Vorbereiten der Kennfelder zu reduzieren, wodurch eine Reduktion der Herstellungskosten des Zündzeitsteuerungssystems möglich wird.
  • Bevorzugt ist der Motor mit einem variablen Ventilbetätigungsmechanismus versehen, der in der Lage ist, einen maximalen Ventilhub eines Einlassventils und/oder eine Öffnungszeit des Einlassventils und/oder eine Schließzeit des Einlassventils zu verändern, wobei das Zündzeitsteuerungssystem ferner ein Betriebszustandparametererfassungsmittel zum Erfassen eines Betriebszustandparameters, der einen Betriebszustand des variablen Ventilbetätigungsmechanismus angibt, aufweist, worin der Parameter des maximalen mittleren Nettowirkdrucks und/oder der Ausgangsdrehmomentparameter gemäß dem erfassten Betriebszustandparameter berechnet wird.
  • Der variable Ventilbetätigungsmechanismus verändert den Maximalhub eines Einlassventils und/oder die Schließzeit desselben, und daher verändert sich die Ansaugluftmenge, wenn sich der Betriebszustand des variablen Ventilbetätigungsmechanismus verändert, um das Ausgangsdrehmoment und das maximale Drehmoment zu verändern. Mit der Konfiguration dieser bevorzugten Ausführung wird/werden der Parameter des maximalen mittleren Nettowirkdrucks und/oder der Ausgangsdrehmomentparameter gemäß dem erfassten Betriebszustandparameter berechnet, der den Betriebszustand des variablen Ventilbetätigungsmechanismus angibt. Daher ist es möglich, die Zündzeit gemäß dem tatsächlichen Betriebszustand des variablen Ventilbetätigungsmechanismus geeignet zu bestimmen.
  • Wenn ferner der variable Ventilbetätigungsmechanismus vom oben erwähnten Typ ist, der die Öffnungszeit der Einlassventile vorverlagert und die Schließzeit derselben verzögert, wenn der Maximalhub größer wird, dann tritt, anders als beim herkömmlichen System, das die Ansaugluftmenge verwendet, das oben beschriebene Phänomen nicht auf, worin zwei geeignete Zündzeiten für das gleiche Ausgangsdrehmoment vorliegen, wie aus 35 ersichtlich wird. Daher ist es durch die Bestimmung der Zündzeit gemäß dem Drehmomentverhältnis und der Drehzahl des Motors möglich, immer die geeignete Zündzeit zu erhalten, und daher den optimalen Verbrennungswirkungsgrad zu erhalten, um hierdurch ein ausreichendes Ausgangsdrehmoment mit Stabilität zu gewährleisten.
  • Bevorzugt ist der Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus versehen, der in der Lage ist, das Verdichtungsverhältnis des Motors zu verhindern, wobei das Zündzeitsteuerungssystem ferner ein Verdichtungsparametererfassungsmittel zum Erfassen eines das Verdichtungsverhältnis angebenden Verdichtungsverhältnisparameters umfasst, wobei der Parameter des maximalen mittleren Nettowirkdrucks und/oder der Ausgangsdrehmomentparameter gemäß dem erfassten Verdichtungsverhältnisparameter berechnet wird.
  • Wenn mit der Konfiguration der bevorzugten Ausführung sich das Ausgangsdrehmoment und der Maximalhub verändern, wenn sich das Verdichtungsverhältnis verändert, wird es möglich, die Zündzeit gemäß dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis zu bestimmen.
  • Zur Lösung der obigen Aufgabe wird ferner ein Verfahren zum Steuern/Regeln der Zündzeit eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 4 angegeben.
  • Bevorzugt ist der Motor mit einem variablen Ventilbetätigungsmechanismus versehen, der in der Lage ist, einen maximalen Ventilhub eines Einlassventils und/oder eine Öffnungszeit des Einlassventils und/oder eine Schließzeit des Einlassventils zu verändern, wobei das Verfahren ferner den Schritt umfasst, einen Betriebszustandparameter, der einen Betriebszustand des variablen Ventilbetätigungsmechanismus angibt, zu erfassen, worin der Parameter des maximalen mittleren Nettowirkdrucks und/oder der Ausgangsdrehmomentparameter gemäß dem erfassten Betriebszustandparameter berechnet wird.
  • Bevorzugt ist der Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus versehen, der in der Lage ist, das Verdichtungsverhältnis des Motors zu verhindern, wobei das Verfahren ferner den Schritt umfasst, einen das Verdichtungsverhältnis angebenden Verdichtungsverhältnisparameter zu erfassen, wobei der Parameter des maximalen mittleren Nettowirkdrucks und/oder der Ausgangsdrehmomentparameter gemäß dem erfassten Verdichtungsverhältnisparameter berechnet wird.
  • Mit den Konfigurationen dieser bevorzugten Ausführungen ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkungen zu erreichen, wie sie durch die entsprechenden bevorzugten Ausführungen des ersten Aspekts der Erfindung erzielt werden.
  • Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Verbrennungsmotors, auf den ein Zündzeitsteuerungssystem gemäß einer Ausführung der Erfindung anzuwenden ist;
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Zündzeitsteuerungssystems gemäß der Ausführung;
  • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines variablen Anlassventilbetätigungsmechanismus und eines Auslassventilbetätigungsmechanismus;
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines variablen Ventilhubmechanismus des variablen Einlassventilbetätigungsmechanismus;
  • 5A ist ein Diagramm, das einen Hubaktuator in einem Zustand zeigt, in dem sein kurzer Arm in der maximalen Hubstellung ist;
  • 5B ist ein Diagramm, das den Hubaktuator in einem Zustand zeigt, in dem sein kurzer Arm in der minimalen Hubstellung ist;
  • 6A ist ein Diagramm, das ein im offenen Zustand angeordnetes Einlassventil zeigt, wenn ein unterer Lenker des variablen Ventilhubmechanismus in der maximalen Hubstellung ist;
  • 6B ist ein Diagramm, das das im offenen Zustand angeordnete Einlassventil zeigt, wenn der untere Lenker des variablen Ventilhubmechanismus in der minimalen Hubstellung ist;
  • 7 ist ein Diagramm, das eine Ventilhubkurve (durchgehende Linie) zeigt, die man erhält, wenn der untere Lenker des variablen Ventilhubmechanismus in der maximalen Hubstellung ist, und eine Ventilhubkurve (Doppelpunktkettenlinien), die man erhält, wenn der untere Lenker des variablen Ventilhubmechanismus in der minimalen Hubstellung ist;
  • 8 ist ein schematisches Diagramm eines variablen Nockenphasenmechanismus;
  • 9 ist ein Diagramm, das eine Ventilhubkurve (durchgehende Linie) zeigt, die man erhält, wenn durch den variablen Nockenphasenmechanismus die Nockenphase auf den spätesten Wert gestellt ist, und eine Ventilhubkurve (Doppelpunktkettenlinie) die man erhält, wenn durch den variablen Nockenphasenmechanismus die Nockenphase auf den frühesten Wert gestellt ist;
  • 10A ist ein schematisches Diagramm eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus und zugeordneter Bauteile in einem Zustand, wo das Verdichtungsverhältnis auf ein niedriges Verdichtungsverhältnis gestellt ist;
  • 10B ist ein schematisches Diagramm eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus und der zugeordneten Bauteile in einem Zustand, wo das Verdichtungsverhältnis auf ein hohes Verdichtungsverhältnis gestellt ist;
  • 11 ist ein Flussdiagramm eines Variabler-Mechanismus-Steuerungsprozesses;
  • 12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Tabelle zur Berechnung eines Sollmaximalhubs Liftin_cmd während des Starts des Motors zeigt;
  • 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Tabelle zur Berechnung einer Sollnockenphase Cain_cmd während des Startens des Motors zeigt;
  • 14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung eines Sollmaximalhubs Liftin_cmd während der Katalysatoraufwärmsteuerung zeigt;
  • 15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung einer Sollnockenphase Cain_cmd während der Katalysatoraufwärmsteuerung zeigt;
  • 16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung eines Sollmaximalhubs Liftin_cmb während Normalbetriebs des Motors zeigt;
  • 17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung einer Solinockenphase Cain_cmb während Normalbetriebs des Motors zeigt;
  • 18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung eines Sollverdichtungsverhältnisses Cr_cmd während Normalbetriebs des Motors zeigt;
  • 19 ist ein Flussdiagramm eines Zündzeitsteuerungsprozesses;
  • 20 ist ein Flussdiagramm einer Unterroutine für einen normalen Zündzeitsteuerungsprozess, der im in 19 gezeigten Prozess ausgeführt wird;
  • 21 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Pme_max Kennfelds für Cr = Crmin zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 22 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Pme_max Kennfelds für Cr = Crmax zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 23 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Pme Kennfelds für Cain = Cainrt&Cr = Crmin zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 24 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Pme Kennfelds für Cain = Cainrt&Cr = Crmax zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 25 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Pme Kennfelds für Cain = Cainref&Cr = Crmin zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 26 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Pme Kennfelds für Cain = Cainref&Cr = Crmax zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 27 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Pme Kennfelds für Cain = Cainad&Cr = Crmin zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 28 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Pme Kennfelds für Cain = Cainad&Cr = Crmax zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 29 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Iglog Kennfelds für Cain_Cainrt&Cr = Crmin zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 30 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Iglog Kennfelds für Cain_Cainrt&Cr = Crmax zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 31 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Iglog Kennfelds für Cain_Cainref&Cr = Crmin zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 32 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Iglog Kennfelds für Cain_Cainref&Cr = Crmax zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 33 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Iglog Kennfelds für Cain_Cainad&Cr = Crmin zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 34 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Iglog Kennfelds für Cain_Cainad&Cr = Crmax zur Verwendung im Prozess in 20;
  • 35 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Beispiels der herkömmlichen Zündzeitsteuerung;
  • 36 ist ein Diagramm einer Beziehung zwischen einer Ansaugluftmenge und der Zündzeit; und
  • 37 ist ein Diagramm eines Beispiels eines Kennfelds, das durch Auftragen der Zündzeit gemäß dem Maximalhub Liftin und der Motordrehzahl gebildet ist.
  • Nachfolgend wird ein Zündzeitsteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 und 3 zeigen einen Verbrennungsmotor (nachfolgend einfach als ”der Motor”) bezeichnet), auf den das Zündzeitsteuerungssystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführung anzuwenden ist.
  • Der Motor 3 ist ein Reihenvierzylinderbenzinmotor mit vier Paaren von Zylindern 3a und Kolben 3b (hier ist nur ein Paar gezeigt) und der an einem nicht gezeigten Fahrzeug angebracht ist. Der Motor 3 enthält ein Einlassventil 4 und ein Auslassventil 7, die für jeden Zylinder 3a vorgesehen sind, um dessen Einlasskanal und Auslasskanal jeweils zu öffnen und zu schließen, einen variablen Einlassventilbetätigungsmechanismus 40 (variablen Ventilbetätigungsmechanismus) zum Betätigen der Einlassventile 4, mit der eine Einlassnockenwelle 5 und einen Einlassnocken 6 enthält, einen Auslassventilbetätigungsmechanismus 30 zum Betätigen der Auslassventile 7, der eine Auslassnockenwelle 8 und Auslassnocken 9 enthält, einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 80 zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses Cr sowie Zündkerzen 10 (siehe 2).
  • Ein Schaft 4a des Einlassventils 4 ist in eine Führung 4b verschiebbar eingesetzt. Die Führung 4b ist an einem Zylinderkopf 3c starr befestigt. Wie in 4 gezeigt, enthält das Einlassventil 4 obere und untere Federscheiben 4c und 4d, sowie eine dazwischen angeordnete Ventilfeder 4e, und wird durch die Ventilfeder 4e in der Ventilschließrichtung vorgespannt.
  • Die Einlassnockenwelle 5 und die Auslassnockenwelle 8 sind über Halter (nicht gezeigt) am Zylinderkopf 3c drehbar gelagert. Am einen Ende der Einlassnockenwelle 5 ist ein Einlassritzel (nicht gezeigt) koaxial und drehbar angebracht. Das Einlassritzel ist mit einer Kurbelwelle 3d über eine Steuerkette (nicht gezeigt) verbunden und ist mit der Einlassnockenwelle 5 über einen variablen Nockenphasenmechanismus 70 verbunden, der später beschrieben wird. Mit der obigen Anordnung macht die Einlassnockenwelle 5 eine Umdrehung pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 3d. Ferner sind die Einlassnocken 6 einstückig mit der Einlassnockenwelle 5 auf zylinderweiser Basis ausgebildet.
  • Der variable Einlassventilbetätigungsmechanismus 40 ist zum Betätigen des Einlassventils 4 jedes Zylinders 3 vorgesehen, um dieses einhergehend mit der Drehung der Einlassnockenwelle 5 zu öffnen und zu schließen und um den Hub und die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 4 stufenlos zu verändern, was nachfolgend im Detail beschrieben wird. In der vorliegenden Ausführung entspricht der Maximalhub Liftin einem Betriebszustandparameter.
  • Andererseits ist ein Schaft 7a des Auslassventils 7 in eine Führung 7b verschiebbar eingesetzt. Die Führung 7b ist am Zylinderkopf 3c starr befestigt. Ferner enthält das Auslassventil 7 obere und untere Federscheiben 7c und 7d und eine dazwischen angeordnete Ventilfeder 7e und wird durch die Ventilfeder 7e in der Ventilschließrichtung 7 vorgespannt.
  • Mit der Auslassnockenwelle 8 ist integral ein Auslassritzel (nicht gezeigt) ausgebildet und ist mit der Kurbelwelle 3d durch das Auslassritzel und die Steuerkette (nicht gezeigt) verbunden, wodurch die Auslassnockenwelle 8 eine Umdrehung pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 3d macht. Ferner sind die Auslassnocken 9 einschließlich mit der Auslassnockenwelle 8 auf zylinderweiser Basis ausgebildet.
  • Der Auslassventilbetätigungsmechanismus 30 enthält Kipphebel 31. Jeder Kipphebel 31 wird einhergehend mit der Drehung des zugeordneten Auslassnockens 9 verschwenkt, um hierdurch das Auslassventil 7 zu betätigen und hierdurch dieses entgegen der Vorspannkraft der Ventilfeder 7e zu öffnen und zu schließen.
  • Für jeden Zylinder 3a ist ein Zündkerze 10 vorgesehen und durchsetzt den Zylinderkopf 3c. Der Zündkerze 10 wird durch ein Treibersignal von einer ECU 2, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, eine Hochspannung in einer der Zündzeit Iglog entsprechenden Steuerzeit zugeführt, und unterliegt dann durch eine Unterbrechung einer elektrischen Entladung, die eine Zündung eines Gemischs in jedem Zylinder 3a hervorruft.
  • Andererseits ist der Motor 3 mit einem Kurbelwinkelsensor 20 (Drehzahlerfassungsmittel) sowie einem Motorkühlmitteltemperatursensor 21 versehen. Der Kurbelwinkelsensor 20 ist aus einem Magnetrotor und einem MRE Aufnehmer (einem magnetischen Widerstandselement) aufgebaut und liefert ein CRK Signal, das ein Pulssignal ist, der ECU 2 einhergehend mit der Drehung der Kurbelwelle 3d. Immer dann wird jeweils ein Puls des CRK Signals erzeugt, wenn sich die Kurbelwelle 3d um einen vorbestimmten Winkel (z. B. 10°) dreht. Die ECU 2 berechnet die Drehzahl NE des Motors 3 (nachfolgend als ”Motordrehzahl NE” bezeichnet) basierend auf dem CRK Signal. Ferner gibt ein OT Signal an, dass sich der Kolben 3b jedes Zylinders 3a in einer vorbestimmten Kurbelwinkelstellung etwas vor einem OT (oberen Totpunkt), bei dem der Einlasstakt beginnt, befindet, und wird immer dann ausgegeben, wenn sich die Kurbelwelle um einen vorbestimmten Winkel dreht.
  • Der Motorkühlmitteltemperatursensor 21 ist z. B. durch einen Thermistor implementiert und erfasst eine Motorkühlmitteltemperatur TW zur Ausgabe eines Signals in die ECU 2, das die zensierte Motorkühlmitteltemperatur TW angibt. Die Motorkühlmitteltemperatur TW ist die Temperatur eines Motorkühlmittels, das durch einen Zylinderblock 3h des Motors 3 zirkuliert.
  • Ferner hat der Motor 3 ein Ansaugrohr 12, bei dem ein Drosselventilmechanismus weggelassen ist, und ein Einlasskanal 12a mit großen Durchmesser ist durch das Ansaugrohr 12 gebildet, wodurch der Motor 3 so konfiguriert ist, dass sein Ströhmungswiderstand kleiner ist als bei einem üblichen Motor.
  • Nun wird der vorgenannte variable Einlassventilbetätigungsmechanismus 40 beschrieben. Wie in 4 gezeigt, umfasst der variable Einlassventilbetätigungsmechanismus 40 die Einlassnockenwelle 5, die Einlassnocken 6, einen variablen Ventilhubmechanismus 50 und den variablen Nockenphasenmechanismus 70.
  • Der variable Ventilhubmechanismus 50 aktiviert die Einlassventile 4 zum Öffnen und Schließen derselben einhergehend mit der Drehung der Einlassnockenwelle 5 und verändert stufenlos den maximalen Hub Liftin zwischen einem vorbestimmten Maximalwert Liftinmax und einem vorbestimmten Minimalwert Liftinmin. Der variable Ventilhubmechanismus 50 umfasst Kipphebelmechanismen 51 in 4-Gelenk-Bauart, die für die jeweiligen Zylinder 3a vorgesehen sind, sowie einen Hubaktuator 60 (siehe 5A und 5B), der diese Kipphebelmechanismen 51 gleichzeitig aktiviert.
  • Jeder Kipphebelmechanismus 51 umfasst einen Kipphebel 52 sowie obere und untere Lenker 53 und 54. Ein Ende des oberen Lenkers 53 ist am Oberende des Kipphebels 52 mit einem oberen Zapfen 55 schwenkbar gelagert, und das andere Ende ist an einer Kipphebelwelle 56 schwenkbar gelagert. Die Kipphebelwelle 56 ist über nicht gezeigte Halter an dem Zylinderkopf 3c angebracht.
  • Ferner ist eine Rolle 57 am oberen Zapfen 55 des Kipphebels 52 drehbar angeordnet. Die Rolle 57 steht mit einer Nockenoberfläche des Einlassnockens 6 in Kontakt. Wenn sich die Einlassnockenwelle 6 dreht, rollt die Rolle 57 auf dem Einlassnocken 6 ab, während sie durch die Nockenoberfläche des Einlassnockens 6 geführt wird. Im Ergebnis wird der Kipphebel 52 vertikal angetrieben, und der obere Lenker 53 bewegt sich schwenkend um die Kipphebelwelle 56 herum.
  • Ferner ist ein Einstellbolzen 52a an einem zum Einlassventil 4 weisenden Ende des Kipphebels 52 angebracht. Wenn der Kipphebel 52 einhergehend mit der Drehung der Einlassnockenwelle 6 vertikal bewegt wird, treibt der Einstellbolzen 52a den Schaft 4a vertikal an, um das Einlassventil 4 entgegen der Vorspannkraft der Ventilfeder 4e zu öffnen und zu schließen.
  • Ein Ende des unteren Lenkers 54 ist am Unterende des Kipphebels 52 durch einen unteren Zapfen 58 schwenkbar gelagert, und das andere Ende des unteren Lenkers 54 weist eine daran schwenkbar angebrachte Verbindungswelle 59 auf. Der untere Lenker 54 ist mit einem nachfolgend beschriebenen kurzen Arm 65 des Hubaktuators 60 durch die Verbindungswelle 59 verbunden.
  • Andererseits umfasst, wie in den 5A und 5B gezeigt, der Hubaktuator 60 einen Motor 61, eine Mutter 62, einen Lenker 63, einen langen Arm 64 und einen kurzen Arm 65. Der Motor 61 ist mit der ECU 2 verbunden und ist außerhalb eines Kopfdeckels 3g des Motors 3 angeordnet. Die Drehwelle des Motors 1 ist eine Gewindestange 61a, die mit einem Außengewinde ausgebildet ist, und die Mutter 62 ist auf die Gewindestange 61a aufgeschraubt. Die Mutter 62 ist mit dem langen Arm 64 durch den Lenker 63 verbunden. Ein Ende des Lenkers 63 ist durch einen Zapfen 63a an der Mutter 62 schwenkbar angebracht, und das andere Ende ist am einen Ende des langen Arms 64 durch einen Zapfen 63b schwenkbar angebracht.
  • Ferner ist das andere Ende des langen Arms 64 am einen Ende des kurzen Arms 65 durch eine Schwenkwelle 66 angebracht. Die Schwenkwelle 66 hat einen kreisförmigen Querschnitt und erstreckt sich durch den Kopfdeckel 3g des Motors 3 hindurch, so dass sie an dem Kopfdeckel 3g schwenkbar gelagert ist. Der lange Arm 64 und der kurze Arm 65 werden gemeinsam mit der Schwenkwelle 66 entsprechend der Schwenkbewegung der Schwenkwelle 66 verschwenkt.
  • Ferner erstreckt sich die so genannte Verbindungswelle 59 drehbar durch das andere Ende des kurzen Arms 65 hindurch, wodurch der kurze Arm 65 mit dem unteren Lenker 64 durch die Verbindungswelle 59 verbunden ist.
  • Nun wird der Betrieb des so aufgebauten variablen Ventilhubmechanismus 50 beschrieben. Wenn in dem variablen Ventilhubmechanismus 50 eine Hubregeleingabe U_Liftin, die nachfolgend beschrieben wird, von der ECU 2 in den Hubaktuator 60 eingegeben wird, dreht sich die Gewindestange 61a und die Mutter 62 bewegt sich einhergehend mit der Drehung der Gewindestange 61a, wodurch der lange Arm 64 und der kurze Arm 65 um die Schwenkwelle 66 herum verschwenkt werden, und einhergehend mit der Schwenkbewegung des kurzen Arms 65 wird der untere Lenker 64 des Kipphebelmechanismus 51 um den unteren Zapfen 58 herum verschwenkt. Das heißt, der untere Lenker 54 wird durch den Hubaktuator 60 angetrieben.
  • Während des obigen Vorgangs wird, unter der Steuerung der ECU 2, der Schwenkbewegungsbereich des kurzen Arms 65 zwischen der in 5A gezeigten maximalen Hubstellung und der in 5B gezeigten minimalen Hubstellung eingeschränkt, wodurch der Schwenkbewegungsbereich des unteren Lenkers 54 ebenfalls zwischen der in 4 mit der durchgehenden Linie angegebenen maximalen Hubstellung und der in 4 mit der doppelpunktierten Kettenlinie angegebenen minimalen Hubstellung eingeschränkt wird.
  • Das 4-Gelenk, das durch die Kipphebelwelle 56, die oberen und unteren Zapfen 55 und 58 und die Verbindungswelle 59 gebildet ist, ist so konfiguriert, dass dann, wenn der untere Lenker 54 in der maximalen Hubstellung ist, der Abstand zwischen der Mitte des oberen Zapfens 55 und der Mitte des unteren Zapfens 58 länger wird als der Abstand zwischen der Mitte der Kipphebelwelle 56 und der Mitte der Verbindungswelle 59, wodurch dann, wenn sich die Einlassnockenwelle 6 dreht, wie in 6A gezeigt, der Bewegungsbetrag des Einstellbolzens 52a größer wird als der Bewegungsbetrag des Kontaktpunkts dort, wo der Einlassnocken 6 mit der Rolle 57 in Kontakt steht.
  • Andererseits ist das 4-Gelenk derart konfiguriert, dass dann, wenn der untere Lenker 54 in der minimalen Hubstellung ist, der Abstand zwischen der Mitte des oberen Zapfens 55 und der Mitte des unteren Zapfens 58 kürzer wird als der Abstand zwischen der Mitte der Kipphebewelle 56 und der Mitte der Verbindungswelle 59, wodurch dann, wenn sich der Einlassnocken 6 dreht, wie in 6b gezeigt, der Bewegungsbetrag des Einstellbolzens 52a kleiner wird als der Bewegungsbetrag des Kontaktpunkts dort, wo der Einlassnocken 6 mit der Rolle 57 in Kontakt steht.
  • Wenn sich der untere Lenker 54 in der maximalen Hubstellung befindet, wird aus diesem Grund das Einlassventil 4 mit einem maximalen Hub Liftin geöffnet, der größer ist als dann, wenn sich der untere Lenker 54 in der minimalen Hubstellung befindet. Genauer gesagt, wenn während der Drehung des Einlassnockens 6 sich der untere Lenker 54 in der maximalen Hubstellung befindet, wird das Einlassventil 4 gemäß einer Hubkurve geöffnet, die in 7 mit der durchgehenden Linie angegeben ist, und der maximale Hub Liftin nimmt seinen Maximalwert Liftinmax. Wenn sich andererseits der untere Lenker 54 in der minimalen Hubstellung befindet, wird das Einlassventil 4 gemäß einer Hubkurve geöffnet, die in 7 mit der doppelpunktierten Kettenlinie angegeben ist, und der maximale Hub Liftin nimmt seinen minimalen Wert Liftinmin ein.
  • Daher wird in dem variablen Ventilhubmechanismus 50 der untere Lenker 54 durch den Hubaktuator 60 zwischen der maximalen Hubstellung und der minimalen Hubstellung verschwenkt, wodurch es möglich wird, den maximalen Hub Liftin zwischen dem Maximalwert Liftinmax und dem Minimalwert Liftinmin stufenlos zu verändern.
  • Gemäß 7 wird übrigens hier in dem variablen Ventilhubmechanismus 50 aufgrund dessen Mechanismus die Öffnungszeit des Einlassventils 4 weiter vorverlagert, wenn der maximale Hub Liftin größer wird, und dessen Schließzeit wird weiter verzögert, um die Zeitdauer zu verlängern, während der das Ventil offen ist.
  • Übrigens ist hier der variable Ventilhubmechanismus 50 mit einem nicht gezeigten Sperrmechanismus versehen, und der Sperrmechanismus sperrt den Betrieb des variablen Ventilhubmechanismus 50, wenn die Hubregeleingabe U_Liftin auf einen Wert eines Fehlerzeitwerts U_Liftin_fs gesetzt ist, wie nachfolgend beschrieben wird, und wenn z. B. aufgrund einer Unterbrechung die Hubregeleingabe U-Liftin nicht von der ECU 2 zu dem Hubaktuator 60 gelangt. Das heißt, eine Veränderung des maximalen Hubs Liftin durch den variablen Ventilhubmechanismus 50 wird unterbunden, wodurch der maximale Hub Liftin auf den Minimalwert Liftinmin gehalten wird.
  • Wenn übrigens die Nockenphase Cain auf einem vorbestimmten Sperrwert gehalten wird, auf den nachfolgend Bezug genommen wird, und gleichzeitig das Verdichtungsverhältnis Cr auf den Minimalwert Crmin gehalten wird, wird der Minimalwert Liftinmin auf einen solchen Wert gesetzt, der einen nachfolgend erläuterten vorbestimmten Fehlerzeitwert Gcyl_fs der Ansaugluftmenge sicherstellt. Der vorbestimmte Fehlerzeitwert Gcyl_fs wird auf einen Wert gesetzt, der eine geeignete Ausführung von Leerlauf oder Start des Motors 3 während eines Stopps des Fahrzeugs ermöglicht, und der in der Lage ist, das Fahrzeug in einem Langsamfahrzustand zu halten, wenn das Fahrzeug fährt.
  • Der Motor 3 ist mit einem Schwenkwinkelsensor 22 (einem Betriebszustandparametererfassungsmittel) versehen (Siehe 2). Der Schwenkwinkelsensor 22 erfasst einen Schwenkwinkel der Drehwelle 66, das heißt des kurzen Arms 65, und liefert der ECU 2 ein Signal, das den erfassten Schwenkwinkel des kurzen Arms 65 angibt. Die ECU 2 berechnet den maximalen Hub Liftin basierend auf dem Erfassungssignal von dem Schwenkwinkelsensor 22.
  • Nachfolgend wird der vorgenannte variable Nockenphasenmechanismus 70 beschrieben. Der variable Nockenphasenmechanismus 70 ist vorgesehen, um die relative Phase Cain der Einlassnockenwelle 5 in Bezug auf die Kurbelwelle 3 (nachfolgend als ”Nockenphase Cain” bezeichnet) stufenlos vorzuverlagern oder zu verzögern und ist am einlassritzelseitigen Ende der Einlassnockenwelle 5 angebracht. Wie in 8 gezeigt, enthält der variable Nockenphasenmechanismus 70 ein Gehäuse 71, einen dreiblättrigen Flügel 72, eine Öldruckpumpe 73 sowie einen Solenoidventilmechanismus 74. In der vorliegenden Ausführung entspricht die Nockenphase Cain dem Betriebszustandparameter.
  • Das Gehäuse 71 ist integral mit dem Einlassritzel an der Einlassnockenwelle 5 ausgebildet und ist durch drei Trennwände 71a, die mit gleichen Intervallen ausgebildet sind, unterteilt. Der Flügel 72 ist an dem einlassritzelseitigen Ende der Einlassnockenwelle 5 koaxial angebracht, so dass sich der Flügel 72 von der Einlassnockenwelle 5 axial nach außen erstreckt und in dem Gehäuse 71 drehbar aufgenommen ist. Ferner hat das Gehäuse 71 drei Frühstellungskammern 75 und drei Spätstellungskammern 76, die jeweils zwischen einer der Trennwände 71a und einem der drei Blätter der Flügel 72 ausgebildet sind.
  • Die Öldruckpumpe 73 hat eine mechanische Bauart und ist mit der Kurbelwelle 3d verbunden. Wenn sich die Kurbelwelle 3d dreht, saugt die Öldruckpumpe 73 Schmieröl, das in einer Ölwanne 3e des Motors 3 aufbewahrt ist, über einen Ölkanal 77 an, um es unter Druck zu setzen, und führt das Drucköl dem Solenoidventilmechanismus 74 über den Ölkanal 74c zu.
  • Der Solenoidventilmechanismus 74 ist durch Kombination eines Schieberventilmechanismus 74a und eines Solenoids 74b gebildet und ist mit den Frühstellungskammern 75 und den Spätstellungskammern 76 über einen Frühstellungsölkanal 77a und einem Spätstellungsölkanal 77b verbunden, so dass der von der Öldruckpumpe 73 zugeführte Öldruck zu den Frühstellkammern 75 und den Spätstellkammern 76 als Frühstellöldruck Pad bzw. Spätstellöldruck Prt ausgegeben wird. Wenn eine Phasenregeleingabe U_Cain, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, von der ECU 2 eingegeben wird, bewegt das Solenoid 74b des Solenoidventilmechanismus 74 ein Ventilschieberelement des Ventilschiebermechanismus 74a innerhalb eines vorbestimmten Bewegungsbereichs entsprechend der Phasenregeleingabe U_Cain, um hierdurch sowohl den Frühstellöldruck Pad als auch den Spätstellöldruck Prt zu verändern.
  • In dem so aufgebauten variablen Nockenphasenmechanismus 70 wird, während die Öldruckpumpe 73 in Betrieb ist, der Solenoidventilmechanismus 74 gemäß der Phasenregeleingabe U_Cain betätigt, um den Frühstellöldruck Pad den Frühstellkammern 75 und den Spätstellöldruck Prt den Spätstellkammern 76 zuzuführen, wodurch die relative Phase zwischen dem Flügel 72 und dem Gehäuse 71 zur vorverlagerten oder verzögerten Seite hin verändert wird. Im Ergebnis wird die oben beschriebene Nockenphase Cain zwischen einem spätesten Wert Cainrt (z. B. einem Wert entsprechend einem Nockenventil von 0°) und einem frühesten Wert Cainad (z. B. einem Wert entsprechend einem Nockenwinkel von 55°) stufenlos verändert, wodurch die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 4 kontinuierlich oder stufenlos zwischen einer spätesten Steuerzeit, die in 9 mit durchgehender Linie angegeben ist, und einer frühesten Steuerzeit, die in 9 mit der Doppelpunktkettenlinie angegeben ist, verändert wird.
  • Übrigens ist hier der variable Nockenphasenmechanismus 70 mit einem nicht gezeigten Sperrmechanismus versehen, der den Betrieb des variablen Nockenphasenmechanismus 70 dann sperrt, wenn der von der Öldruckpumpe 73 zugeführte Öldruck niedrig ist, wenn die Phasenregeleingabe U_Cain auf einen nachfolgend beschriebenen Fehlerzeitwert U-Cain_fs gesetzt ist, oder wenn die Phasenregeleingabe U_Cain, z. B. wegen einer Unterbrechung, nicht in dem Solenoidventilmechanismus 74 eingegeben wird. Das heißt, die Veränderung der Nockenphase Cain durch den variablen Nockenphasenmechanismus 70 wird unterbunden, wodurch die Nockenphase Cain auf dem vorbestimmten gesperrten Wert gehalten wird. Wenn der maximale Hub Liftin auf dem Minimalwert Liftinmin gehalten wird und gleichzeitig das Verdichtungsverhältnis Cr auf dem Minimalwert Crmin gehalten wird, wie oben beschrieben, wird der vorbestimmte Fehlerzeitwert Gcyl_fs für die Ansaugluftmenge sichergestellt, wie oben beschrieben.
  • Wie oben beschrieben verändert in dem variablen Einlassventilbetätigungsmechanismus 40 der variable Ventilhubmechanismus 40 den Maximalhub Liftin stufenlos, und der variable Nockenphasenmechanismus 70 verändert die Nockenphase Cain stufenlos, das heißt, die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 4, zwischen der vorgenannten spätesten Steuerzeit und der frühesten Steuerzeit.
  • Andererseits ist ein Nockenwinkelsensor 23 (ein Betriebszustandparametererfassungsmittel) (siehe 2) an einem von dem variablen Nockenphasenmechanismus 70 entgegengesetzten Ende der Einlassnockenwelle 5 angeordnet. Der Nockenwinkelsensor 73 ist z. B. durch einen Magnetrotor und einem MRE Aufnehmer implementiert, um der ECU 5 einhergehend mit der Einlassnockenwelle 5 ein CAM Signal, das ein Pulssignal ist, zuzuführen. Jeder Puls des CAM Signals wird immer dann erzeugt, wenn sich die Einlassnockenwelle 5 um einen vorbestimmten Nockenwinkel (z. B. 1°) dreht. Die ECU 2 berechnet die Nockenphase Cain basierend auf dem CAM Signal und dem CRK Signal, wie oben beschrieben.
  • Nun wird der vorbestimmte variable Verdichtungsverhältnismechanismus 80 in Bezug auf die 10A und 10B beschrieben. Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus 80 ist vorgesehen, um die obere Totpunktstellung jedes Kolbens 3b, das heißt des Hubs des Kolbens 3b zu verändern, um hierdurch das Verdichtungsverhältnis Cr zwischen einem vorbestimmten Maximalwert Crmax und einem vorbestimmten Minimalwerts Crmin stufenlos zu verändern und umfasst einen Verbundlenkermechanismus 81, der zwischen dem Kolben 3b und der Kurbelwelle 3d angeschlossen ist, eine Steuerwelle 85 zum Steuern der Bewegung des Verbundlenkermechanismus 81 sowie einen Verdichtungsverhältnisaktuator 87 zum Betätigen der Steuerwelle 85. In der vorliegenden Ausführung entspricht das Verdichtungsverhältnis Cr einem Verdichtungsverhältnisparameter.
  • Der Verbundlenkermechanismus 81 umfasst einen oberen Lenker 82, einen unteren Lenker 83 und einen Steuerlenker 84. Der obere Lenker 82 entspricht einer so genannten Pleuelstange und deren oberes Ende ist mit dem Kolben 3b über einen Kolbenbolzen 3f schwenkbar verbunden, und deren Unterende ist mit einem Ende des unteren Lenkers 83 über einen Zapfen 83a schwenkbar verbunden.
  • Der untere Lenker 83 hat eine dreieckige Form. Zwei Enden des unteren Lenkers 83, außer das mit dem oberen Lenker 82 verbundene Ende, sind mit der Kurbelwelle 3d über einen Kurbelzapfen 3b bzw. mit einem Ende des Steuerlenkers 84 über einen Steuerzapfen 83c verbunden. Mit der obigen Konfiguration wird die Hin- und Herbewegung des Kolbens 3b auf die Kurbelwelle 3d über den Verbundlenkermechanismus 81 übertragen, so dass sie in einer Drehbewegung der Kurbelwelle 3d umgewandelt wird.
  • Ferner erstreckt sich die Steuerwelle 85, ähnlich der Kurbelwelle 3d in der Tiefenrichtung der Zeichnung und enthält ein Drehwellenteil 85a, der in dem Zylinderblock 3h drehbar gelagert ist, und einen Exzenterwellenteil 85b und einen Arm 86, die integral mit dem Drehwellenteil 85a ausgebildet sind. Mit dem Exzenterwellenteil 85b ist ein Unterende des Steuerlenkers 84 schwenkbar verbunden. Ferner ist ein Ende des Arms 86 ein gegabeltes Teil 86a, mit dem ein Ende der Antriebswelle 87b des Verdichtungsverhältnisaktuators 87 drehbar verbunden ist.
  • Ferner ist der Verdichtungsverhältnisaktuator 87 eine Kombination eines Motors und eines Untersetzungsmechanismus (beide gezeigt), und enthält ein Gehäuse 87a, das den Motor und den Untersetzungsmechanismus enthält, sowie eine Antriebswelle 87b, die in solche Richtungen bewegt werden kann, dass sie aus dem Gehäuse 87a vorsteht und in dieses einfährt. Wenn in dem Verdichtungsverhältnisaktuator durch eine nachfolgend erläuterte Verdichtungsverhältnisregeleingabe U_cr von der ECU 2 der Motor vorwärts oder rückwärts drehend angetrieben wird, bewegt sich die Antriebswelle 87b zwischen einer Stellung niedrigen Verdichtungsverhältnisses (in 10A angegeben) in der die Antriebswelle 87b am weitesten aus dem Gehäuse 87a ausgefahren ist, und einer Stellung hohen Verdichtungsverhältnisses (in 10B angegeben), in der diese in das Gehäuse 87a am weitesten eingefahren ist.
  • Wenn mit der obigen Konfiguration in dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 80 sich die Antriebswelle 87b des Aktuators 87 von der Stellung niedrigen Verdichtungsverhältnisses zur Stellung hohen Verdichtungsverhältnisses bewegt, wird die Steuerwelle 85 derart angetrieben, dass sie über den Arm 86 um den Drehwellenteil 85a herum gemäß 10A in Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird, wodurch sich das Exzenterwellenteil 85b nach unten bewegt. Durch die Abwärtsbewegung des Arms 85b wird der Steuerlenker 84 insgesamt nach unten gedrückt, wobei der untere Lenker 83 um den Kurbelzapfen 83b herum gemäß 10A im Uhrzeigersinn verschwenkt wird, während der obere Lenker 82 um den Kolbenbolzen 3f gemäß 10A im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird.
  • Wenn andererseits, umgekehrt zum Obenstehenden, die Antriebswelle 87b des Aktuators 87 von der Stellung hohen Verdichtungsverhältnisses zur Stellung niedrigen Verdichtungsverhältnisses bewegt wird, wird das Drehwellenteil 85a gemäß 10A im Uhrzeigersinn gedreht, wodurch der Exzenterwellenteil 85b aufwärts bewegt wird und hierdurch der gesamte Steuerlenker 84 nach oben gedrückt wird. Hierdurch wird, im Gegensatz zu den obigen Vorgängen, der untere Lenker 83 im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt, und der untere Lenker 82 wird im Uhrzeigersinn verschwenkt, wie in 10A gezeigt.
  • Wenn die Antriebswelle 87b der Stellung hohen Verdichtungsverhältnisses näher ist, werden der Kolben 3f, der obere Zapfen 83a und der Kurbelzapfen 83b einer geraden Linie angenähert, wodurch der lineare Abstand zwischen dem Kolbenbolzen 3f und dem Kurbelzapfen 3d dann, wenn der Kolben 3b die obere Totpunktposition erreicht, länger wird, was das Volumen der Brennkammer verringert, um hierdurch das Verdichtungsverhältnis Cr zu senken. Da ferner die untere Totpunktposition des Kolbens 3b zur oberen Totpunktposition verschoben wird, wird der Hub des Kolbens verringert, um den Hubraum des Motors 3 zu verkleinern.
  • Wie oben beschrieben, wird in dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 80, durch Verändern des Drehwinkels der Steuerwelle 85, das Verdichtungsverhältnis Cr zwischen dem vorgenannten vorbestimmten Maximalwert Crmax und dem Minimalwert Crmin stufenlos verändert.
  • Übrigens enthält der variable Verdichtungsverhältnismechanismus 80 hier einen nicht gezeigten Sperrmechanismus, und wenn die Verdichtungsverhältnisregeleingabe U_cr auf einen nachfolgend erläuterten Fehlerzeitwert U_cr_fs gesetzt wird, oder wenn z. B. aufgrund einer Unterbrechung die Verdichtungsverhältnissregeleingabe U_cr nicht in dem Verdichtungsverhältnisaktuator 87 eingegeben wird, wird der Betrieb des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 80 durch den Sperrmechanismus gesperrt. Insbesondere wird der variable Verdichtungsverhältnismechanismus 80 an einer Änderung des Verdichtungsverhältnisses Cr gehindert, wodurch das Verdichtungsverhältnis Cr auf dem Minimalwert Crmin gehalten wird. Wie oben beschrieben, wird der Minimalwert Crmin auf einen Wert gesetzt, der den vorbestimmten Fehlerzeitwert Gcyl_fs der Ansaugluftmenge sicherstellen kann, wenn der maximale Hub Liftin auf dem Minimalwert Liftinmin gehalten wird, und gleichzeitig die Nockenphase Cain auf dem vorbestimmten gesperrten Wert gehalten wird.
  • Ferner ist in dem Motor 3 in der Nähe der Steuerwelle 85 ein Steuerwinkelsensor 84 (Verdichtungsverhältnisparametererfassungsmittel) vorgesehen (siehe 2). Der Steuerwinkelsensor 24 erfasst einen Schwenkwinkel der Drehwelle 85 und liefert der ECU 2 ein Signal, das den zensierten Steuerwinkel angibt. Die ECU 2 berechnet das Verdichtungsverhältnis CR basierend auf dem vom Steuerwinkelsensor 24 ausgegebenen Signal.
  • Ferner sind, wie in 2 gezeigt, mit der ECU 2 ein Gaspedalöffnungssensor 25 und ein Zündschalter (nachfolgend auch ”IG· SW” genannt) 26 verbunden. Der Gaspedalöffnungssensor 25 erfasst einen Tretbetrag AP eines Gaspedals (nicht gezeigt) des Fahrzeugs (nachfolgend als ”Gaspedalöffnung AP” bezeichnet) und liefert der ECU 2 ein Signal, das die zensierte Gaspedalöffnung AP angibt. Ferner wird der Zündschalter 26 durch Betätigung eines nicht gezeigten Zündschlüssels ein- oder ausgeschaltet und liefert der ECU 2 ein Signal, das seinen Ein-/Auszustand angibt.
  • Die ECU 2 ist durch einen Mikrocomputer implementiert, der eine CPU, ein RAM, ein ROM und eine I/O Schnittstelle enthält (die jeweils nicht gezeigt sind). Die ECU 2 bestimmt Betriebszustände des Motors 3 basierend auf den Erfassungssignalen, die von den vorgenannten Sensoren 20 bis 25 geliefert werden, dem Ein-/Aussignal von dem Zündschalter 26 und dergleichen und führt Steuer-/Regelprozesse gemäß dem festgestellten Betriebszustand des Motors aus.
  • Insbesondere steuert/regelt die ECU 2 den Maximalhub Liftin, die Nockenphase Cain und das Verdichtungsverhältnis Cr über den variablen Ventilhubmechanismus 50, den variablen Nockenphasenmechanismus 70 bzw. den variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 80. In der folgenden Beschreibung werden der variable Ventilhubmechanismus 50, der variable Nockenphasenmechanismus 70 und der variable Verdichtungsverhältnismechanismus 80 gemeinsam als ”die drei variablen Mechanismen” bezeichnet. Ferner führt die ECU 2 einen Zündzeitsteuerungsprozess zum Steuern/Regeln der Zündzeit Iglog aus. Übrigens entspricht der vorliegenden Ausführung die ECU 2 hier dem Drehzahlerfassungsmittel, dem Maximaldrehmomentparameterberechnungsmittel, dem Ausgangsdrehmomentparameterberechnungsmittel, dem Drehmomentverhältnisberechnungsmittel, dem Zündzeitbestimmungsmittel, dem Betriebszustandparametererfassungsmittel und den Verdichtungsverhältnisparametererfassungsmitteln der Ansprüche.
  • 11 zeigt einen variablen Mechanismussteuerungsprozess zum Steuern/Regeln des Maximalhubs Liftin, der Nockenphase Cain und des Verdichtungsverhältnisses Cr. Der vorliegende Prozess wird immer dann ausgeführt, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer (z. B. 5 msek.) abläuft. Zuerst wird in Schritt 1 (nachfolgend in 11 als ”S1” abgekürzt; die folgenden Schritte werden auch in der abgekürzten Form angegeben) bestimmt, ob ein variabler Mechanismusfehlerflag F_VDNG gleich 1 ist oder nicht. Das variable Mechanismusfehlerflag F_VDNG wird auf 1 gesetzt, wenn in einem Fehlerbestimmungsflag (nicht gezeigt) bestimmt wird, dass zumindest einer der drei variablen Mechanismen fehlerhaft ist.
  • Wenn die Antwort auf diese Frage negativ ist (NEIN), d. h. wenn alle drei variablen Mechanismen normal sind, wird ein Motorstartflag F_ENGSTART auf 1 gesetzt (Schritt 2). Das obige Motorstartflag F_ENGSTART wird selbst, indem in einem nicht gezeigten Bestimmungsprozess bestimmt wird, ob die Motorstartsteuerung, d. h. das Anlassen ausgeführt werden soll, basierend auf der Motordrehzahl NE und dem vom Zündschalter 26 ausgegebenen Erfassungssignal. insbesondere dann, wenn die Motorstartsteuerung ausgeführt wird, wird das Motorstartflag F_ENGSTART auf 1 gesetzt.
  • Wenn die Antwort auf die Frage von Schritt 2 positiv ist (JA), d. h. wenn die Motorstartsteuerung ausgeführt werden soll, wird der Sollmaximalhub Liftin_cmd durch Absuchen einer in 12 gezeigten Tabelle gemäß der Motorkühlmitteltemperatur TW (Schritt 3) berechnet. in dieser Tabelle wird in dem Bereich, wo die Motorkühlmitteltemperatur TW höher als ein vorbestimmter Wert TWREF1 ist, der Sollmaximalhub Liftin_cmd auf einen größeren Wert gesetzt, wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW niedriger ist, und in dem Bereich, wo TW ≤ TWREF1 gilt, wird der Sollmaximalhub Liftin_cmd auf einen vorbestimmten Wert Liftinα gesetzt. Dies dient zum Kompensieren einer erhöhten Reibung des variablen Ventilhubmechanismus 50, die hervorgerufen wird, wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW niedrig ist.
  • Dann wird die Solinockenphase Cain_cmd durch Absuchen einer in 13 gezeigten Tabelle gemäß der Motorkühlmitteltemperatur TW verrechnet (Schritt 4). In dieser Tabelle wird in dem Bereich, wo die Motorkühlmitteltemperatur TW höher als ein vorbestimmter Wert TWREF2 ist, die Sollnockenphase Cain_cmd auf einen weiter verzögerten Wert gesetzt, wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW niedriger wird, und in dem Bereich, wo TW ≤ TWREF2 gilt, wird die Sollnockenphase Cain_cmd auf einen vorbestimmten Wert Cainα gesetzt. Dies gewährleistet die Verbrennungsstabilität des Motors 3 durch Steuern der Nockenphase Cain auf einen weiter verzögerten Wert, wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW niedrig ist als dann, wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW hoch ist, um hierdurch die Ventilüberschneidung des Einlassventils 4 und des Auslassventils 7 zu verringern und hierdurch die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft zu vergrößern.
  • Dann wird das Sollverdichtungsverhältnis CR_cmd auf einen vorbestimmten Startzeitwert Cr_cmd_crk gesetzt (Schritt 5). Der Startzeitwert Cr_cmd_crk wird auf einen Wert an der Seite des niedrigen Verdichtungsverhältnisses gesetzt, der in der Lage ist, die Motordrehzahl NE während des Anlassens des Motors 3 zu erhöhen, um die Entstehung unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu unterdrücken.
  • Als nächstes wird die Hubregeleingabe U_Liftin mit einem vorbestimmten Rückkopplungsregelungsalgorithmus berechnet, so dass der Maximalhub Liftin gleich einem Sollmaximalhub Liftin_cmd wird (Schritt 6). Als nächstes wird die Phasenregeleingabe U_Cain mit einem vorbestimmten Rückkopplungsregelungsalgorithmus berechnet, so dass die Nockenphase Cain gleich einer Sollnockenphase Cain_cmd wird (Schritt 7). Als nächstes wird die Verdichtungsverhältnisregeleingabe U_Cr mit einem vorbestimmten Rückkopplungsregelungsalgorithmus berechnet, so dass das Verdichtungsverhältnis TR gleich einem Sollverdichtungsverhältnis CR_cmd wird (Schritt 8), wonach der vorliegende Prozess endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt 2 negativ ist (NEIN), d. h. wenn die Motorstartsteuerung nicht ausgeführt wird, wird bestimmt, ob die Gaspedalöffnung AP kleiner als ein vorbestimmter Wert APREF ist (Schritt 9). Der vorbestimmte Wert APREF dient zur Bestimmung, dass das Gaspedal nicht betätigt wird und wird auf einen Wert (z. B. 1°) gesetzt, in dem sich bestimmen lässt, dass das Gaspedal nicht getreten wird.
  • Wenn die Antwort auf die Frage positiv ist (JA), d. h. wenn das Gaspedal nicht gedrückt wird, wird bestimmt, ob der Timerzählwert Tcat eines Katalysatoraufwärmtimers kleiner als ein vorbestimmter Wert TcatImt ist oder nicht (Schritt 10). Der Katalysatoraufwärmtimer dient zum Messen einer Zeitdauer, über die hinweg die Katalysatoraufwämsteuerung ausgeführt worden ist, und wird durch einen Hochzähltimer gebildet. Übrigens wird die Katalysatoraufwärmsteuerung zur Aktivierung eines emissionsreduzierenden Katalysators in dem im Auspuffrohr 13 angeordneten katalytischen Wandler (nicht gezeigt) ausgeführt wird.
  • Wenn die Antwort auf diese Frage von Schritt 10 positiv ist (JA), d. h. wenn Tcat < TcatImt gilt, in anderen Worten, während der Ausführung der Katalysatoraufwärmsteuerung, wird der Sollmaximalwert Liftin_cmd durch Absuchen eines in 14 gezeigten Kennfelds gemäß dem Timerwert Cat des Katalysatoraufwärmtimers und der Motorkühlmitteltemperatur TW errechnet (Schritt 11). In 14 bezeichnen TW1 bis TW3 vorbestimmte Werte der Motorkühlmitteltemperatur TW (TW1 < TW2 < TW3).
  • In diesem Kennfeld wird der Sollmaximalhub Liftin_cmd auf einen größeren Wert gesetzt, wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW niedriger wird. Der Grund hierfür ist, dass es, wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW absinkt, eine längere Zeitdauer braucht, um den Katalysator zu aktivieren, und daher wird das Abgasvolumen erhöht, um die Zeitdauer zu verkürzen, die zum Aktivieren des Katalysators erforderlich ist. Ferner wird in dem obigen Kennfeld in einem Bereich, wo der Timerwert Tcat des Katalysatoraufwärmtimers klein ist, der Sollmaximalhub Liftin_cmd auf einen größeren Wert gesetzt, wenn der Timerwert Tcat länger ist, wohingegen in einem Bereich, wo die Ausführungszeitdauer Tcat des Katalysatoraufwärmtimers groß ist, der Sollmaximalhub Liftin_cmd auf einen kleineren Wert gesetzt wird, wenn der Timerwert Tcat länger wird. Dies ist so, weil das Aufwärmen des Motors 3 einhergehend mit dem Ablauf der Zeit fortschreitet, während der die Katalysatoraufwärmsteuerung ausgeführt wird, so dass dann, wenn die Reibung abnimmt, die Zündzeit, so lange nicht die Ansaugluftmenge verringert wird, zu stark verzögert wird, um die Motordrehzahl NE auf einen Sollwert zu halten, was den Verbrennungszustand des Motors unstabil macht. Um zu vermeiden, dass der Verbrennungszustand unstabil wird, ist das Kennfeld der obigen Weise konfiguriert.
  • Dann wird die Sollnockenphase Cain_cmd durch Absuchen eines in 15 gezeigten Kennfelds gemäß dem Timerwert Tcat des Katalysatoraufwärmtimers und der Motorkühlmitteltemperatur TW errechnet (Schritt 12).
  • In diesem Kennfeld wird die Sollnockenphase Cain_cmd auf einen weiter vorverlagerten Wert gesetzt, wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW abnimmt. Dies ist so, weil es, wenn die Motorkühlmitteltemperatur TW absinkt, eine längere Zeitdauer benötigt, um den Katalysator zu aktivieren, wie oben beschrieben, und durch Erhöhen der Ansaugluftmenge daher die Zeitdauer verkürzt wird, die zum Aktivieren des Katalysators erforderlich ist. Ferner wird im obigen Kennfeld in einem Bereich, wo der Timerwert Tcat des Katalysatoraufwärmtimers klein ist, die Sollnockenphase Cain_cmd auf einen weiter verzögerten Wert gesetzt, wenn der Timerwert Tcat größer ist, wohingegen in einem Bereich, wo der Timerwert Tcat groß ist, die Sollnockenphase Cain_cmd auf einen weiter vorverlagerten Wert gesetzt ist, wenn der Timerwert Tcat größer wird. Der Grund hierfür ist der gleiche wie oben für das Kennfeld von 14 beschrieben.
  • Als nächstes wird das Sollverdichtungsverhältnis Cr_cmd auf einen vorbestimmten Aufwärmsteuerwert Cr_cmd_ast gesetzt (Schritt 13), und dann werden die Schritte 6 ff. ausgeführt. Der Aufwärmsteuerwert Cr_cmd_ast wird auf einen Wert für ein niedriges Verdichtungsverhältnis gesetzt, um den thermischen Wirkungsgrad zu senken und die Abgastemperatur anzuheben, um die Zeit zu reduzieren, die zum Aktivieren des Katalysators erforderlich ist.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt 9 oder von Schritt 10 negativ ist (NEIN), d. h. wenn das Gaspedal gedrückt wird, oder wenn Tcat ≥ TcatImt gilt, wird der Sollmaximalhub Liftin_cmd durch Absuchen eines in 16 gezeigten Kennfelds gemäß der Motordrehzahl NE und der Gaspedalöffnung AP errechnet (Schritt 14). In 16 bezeichnen AP1 bis AP3 vorbestimmte Werte der Gaspedalöffnung AP (AP1 < AP2 < AP3).
  • In diesem Kennfeld wird der Sollmaximalhub Liftin_cmd auf einen größeren Wert gesetzt werden, wenn die Motordrehzahl NE höher wird, oder wenn die Gaspedalöffnung AP größer wird. Dies ist so, weil dann, wenn die Motordrehzahl NE höher ist oder die Gaspedalöffnung AP größer ist, die vom Motor 3 angeforderte Ausgangsleistung größer ist und daher eine größere Ansaugluftmenge benötigt wird.
  • Dann wird die Sollnockenphase Cain_cmd durch Absuchen eines in 17 gezeigten Kennfelds gemäß der Motordrehzahl NE und der Gaspedalöffnung AP errechnet (Schritt 15). Wenn in diesem Kennfeld die Gaspedalöffnung AP klein ist und die Motordrehzahl NE im Mitteldrehzahlbereich liegt, wird die Sollnockenphase Cain_cmd auf einen weiter vorverlagerten Wert als sonst gesetzt. Dies dient zur Verbesserung der Kraftstoffausnutzung durch Reduzieren des Pumpverlusts durch Erhöhen der internen AGR Gasmenge unter den obigen Betriebsbedingungen des Motors 3.
  • Als nächstes wird das Sollverdichtungsverhältnis CR_cmd durch Absuchen eines in 18 gezeigten Kennfelds gemäß der Motordrehzahl NE und der Gaspedalöffnung AP errechnet (Schritt 16) und es werden die Schritte 6 ff. ausgeführt. in diesem Kennfeld wird das Sollverdichtungsverhältnis Cr_cmd auf einen kleineren Wert gesetzt, wenn die Motordrehzahl NE höher wird und die Gaspedalöffnung AP größer wird. Dies ist so, weil, wenn die Last des Motors höher wird, mit höherer Wahrscheinlichkeit ein Klopfen auftritt und daher durch Steuerung von Cr zum niedrigeren Verdichtungsverhältnis dient, das Auftreten von Klopfen verhindert werden soll, während eine Verringerung des Verbrennungswirkungsgrads durch zu starke Verzögerung der Zündzeit verhindert wird.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt 1 positiv ist (JA), d. h. wenn zumindest einer der drei variablen Mechanismen 50 fehlerhaft ist, wird die Hubregeleingabe U_Liftin auf einen vorbestimmten Fehlerzeitwert U_Liftin_fs gesetzt; wird die Phasenregeleingabe U_Cain auf den vorbestimmten Fehlerzeitwert U_Cain_fs gesetzt; wird die Verdichtungsverhältnisregeleingabe U_Cr auf den vorbestimmten Fehlerzeitwert U_Cr_fs gesetzt, wonach der vorliegende Prozess endet (Schritt 17). Im Ergebnis wird, wie oben beschrieben, der Maximalhub Liftin auf den Minimalwert Liftinmin gehalten, die Nockenphase Cain auf den vorbestimmten Sperrwert, und das Verdichtungsverhältnis Cr auf dem Minimalwert Crmin, wodurch es möglich wird, einen Leerlaufbetrieb oder das Anlassen des Motors bei gestoppten Fahrzeug geeignet auszuführen, und gleichzeitig das Fahrzeug in einem Langsamfahrzustand zu halten, während das Fahrzeug fährt.
  • Als nächstes wird der Zündzeitsteuerprozess zum Steuern/Regeln der Zündzeit Iglog in Bezug auf 19 beschrieben. Der vorliegende Prozess wird synchron mit der Erzeugung jedes OT Signalimpulses ausgeführt. Zuerst wird in Schritt 21 bestimmt, ob das vorgenannte Variabler-Mechanismus-Fehlerflag F_VDNG gleich 1 ist oder nicht. Wenn die Antwort auf diese Frage positiv ist (JA), d. h. wenn zumindest einer der drei variablen Mechanismen fehlerhaft ist, wird ein Fehlerzeitwert Ig_fs errechnet (Schritt 22), und der errechnete Fehlerzeitwert Ig_fs wird auf die Zündzeitgebung Iglog gesetzt (Schritt 23) wonach der vorliegende Prozess endet. Übrigens wird hier der Fehlerzeitwert Ig_fs mit einem vorbestimmten Rückkopplungsregelungsalgorithmus errechnet, so dass die Motordrehzahl NE gleich einer vorbestimmten Fehlerzeitsollmotordrehzahl wird (z. B. 2000 UpM).
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt 21 negativ ist (NEIN), d. h. wenn alle drei variablen Mechanismen normal sind, wird bestimmt, ob das vorgenannte Motorstartflag F_ENGSTART gleich 1 ist oder nicht (Schritt 24). Wenn die Antwort auf die Frage positiv ist (JA), d. h. wenn die Motorstartsteuerung gerade ausgeführt wird, wird die Zündzeit Iglog auf einen vorbestimmten Startzeitwert Ig_crk (z. B. UT 10°) zum Starten des Motors 3 gesetzt (Schritt 25), wonach der vorliegende Prozess endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt 24 negativ ist (NEIN), d. h. wenn die Motorstartsteuerung gerade nicht ausgeführt wird, geht der Prozess zu Schritt 26 weiter, worin bestimmt wird, ob die Gaspedalöffnung AP kleiner als der in Schritt 9 benutzte vorbestimmte Wert APREF ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage positiv ist (JA), d. h. wenn das Gaspedal nicht getreten wird, wird bestimmt, ob der Zähler Tcat des oben erwähnten Katalysatoraufwärmtimers kleiner als ein vorbestimmter Wert TcatImt ist oder nicht (z. B. 30 Sekunden) (Schritt 27).
  • Wenn die Antwort auf diese Frage positiv ist (JA), d. h. wenn die Katalysatoraufwärmsteuerung gerade ausgeführt wird, wird ein Katalysatoraufwärmwert Ig_ast errechnet (Schritt 28). Der Katalysatoraufwärmwert Ig_ast wird mit einem vorbestimmten Rückkopplungsregelungsalgorithmus errechnet, so dass die Motordrehzahl NE gleich einer vorbestimmten Sollmotordrehzahl (1800 UpM) zum Aufwärmen des Katalysators wird. Dann wird die Zündzeit Iglog auf den Katalysatoraufwärmwert Ig_ast gesetzt (Schritt 29), wonach der vorliegende Prozess endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt 26 oder Schritt 27 negativ ist (NEIN), d. h. wenn das Gaspedal getreten wird oder wenn Tcat ≥ TcatImt gilt, wird ein normaler Zündzeitsteuerungsprozess ausgeführt (Schritt 30), wonach der vorliegende Prozess endet.
  • 20 zeigt den normalen Zündzeitsteuerungsprozess. Zuerst wird in Schritt 41 ein maximaler mittlerer Wirkdruck Pme_max errechnet. Der maximale mittlere Wirkdruck Pme_max ist der Maximalwert des mittleren Nettowirkdrucks des Motors, der ausgegeben werden kann, wenn der Motor mit der hierbei erfassten gegenwärtigen Motordrehzahl NE läuft. Der mittlere Nettowirkdruck ist ein Wert, der durch dividieren der Arbeit, die während eines Verbrennungszyklus entsprechend der Bremsleistung des Motors 3 geleistet wird, durch den die gesamte Kolbenverdrängung des Motors 3 erhalten wird. In der vorliegenden Ausführung entspricht der maximale mittlere Wirkdruck Pme_max dem maximalen Drehmomentparameter.
  • Insbesondere wird der maximale mittlere Wirkdruck Pme_max durch Absuchen eines Pme_max Kennfelds gemäß der Motordrehzahl NE, der Nockenphase Cain und dem Verdichtungsverhältnis Cr errechnet. Das Pme_max Kennfeld wird gebildet durch empirisches Bestimmen von Werten des mittleren Nettowirkdrucks, den man erhält, wenn der maximale Hub Liftin gleich dem Maximalwert Liftinmax ist, gemäß der Motordrehzahl NE, der Nockenphase Cain und dem Verdichtungsverhältnis Cr und durch Einsetzen der Werte in ein Kennfeld. Das Pme_max Kennfeld wird gebildet durch ein in 21 gezeigtes Kennfeld Crmin, das zu benutzen ist, wenn das Verdichtungsverhältnis den Minimalwert Crmin einnimmt, und ein in 22 gezeigtes Kennfeld Crmax, das zu verwenden ist, wenn das Verdichtungsverhältnis Cr den Maximalwert einnimmt. Ferner sind diese Kennfelder jeweils durch drei Kennfelder aufgebaut, d. h. eines für den spätesten Wert Cainrt der Nockenphase Cain, eines für den frühesten Wert Cainad der selben, und eines für einen vorbestimmten Zwischenwert Cainref für den spätesten Wert Cainrt und den frühesten Wert Cainad.
  • In diesen Kennfeldern wird der maximale mittlere Wirkdruck Pre_max auf den größten Wert in einen mittleren Motordrehzahlbereich gesetzt, wo die Motordrehzahl NE angenähert mittel ist. Ferner wird der maximale mittlere Wirkdruck Pme_max grundlegend auf einen kleineren Wert gesetzt, wenn die Nockenphase Cain weiter vorverlagert wird. Dies ist so, weil, wenn die Nockenphase Cain weiter vorverlagert wird, die Öffnungszeit des Einlassventils 4 vorverlagert wird, so dass die interne AGR Gasmenge größer wird, um die Ansaugluftmenge QA zu reduzieren.
  • Ferner wird, als Ausnahme zum oben stehenden, in dem mittleren Motordrehzahlbereich der maximale mittlere Wirkdruck Pme_max für den spätesten Wert Cainrt auf einen kleineren Wert gesetzt als jenen für den Zwischenwert Cainref. Dies ist so, weil, wenn Cain = Cainrt im mittleren Motordrehzahlbereich gilt, die Schließzeit des Einlassventils 4 später ist als dann, wenn Cain = Cainref gilt, was die Luftrückstrommenge vergrößert, die vom Inneren des Zylinders 3a in das Ansaugrohr 12 zurückkehrt, was den Ladegrad verringert. Weil übrigens im hohen Motordrehzahlbereich die Trägheit der Ansaugluft zu groß ist, dass es zu keinem solchen Rückstrom der Ansaugluft kommt, wie oben beschrieben (nachfolgend auch als ”Ansaugluftrückstrom” bezeichnet), was den Ladegrad anhebt, wird daher der maximal mittlere Wirkdruck Pme_max auf den größten Wert gesetzt.
  • Ferner wird der maximal mittlere Wirkdruck Pme_max für Crmin allgemein auf einen größeren Wert als jenen für Crmax gesetzt. Dies ist so, weil, wenn das Verdichtungsverhältnis Cr niedriger wird, die Kolbenverdrängung größer wird, wie oben erwähnt. Es sollte angemerkt werden, dass dann, wenn die Nockenphase Cain zwischen den spätesten Wert Cainrt und dem Zwischenwert Cainref oder zwischen dem Zwischenwert Cainref und den frühesten Wert Cainad liegt, der maximal mittlere Wirkdruck Pme_max durch Interpolation berechnet wird.
  • Als nächstes wird der mittlere Nettowirkdruck Pme durch Absuchen eines Pme Kennfelds gemäß der Motordrehzahl NE, dem maximalen Hub Liftin, der Nockenphase Cain und dem Verdichtungsverhältnis Cr errechnet (Schritt 42). Der mittlere Nettowirkdruck Pme ist ein Wert, der durch Dividieren der Arbeit, die pro einem Verbrennungszyklus entsprechend der Bremsleistung des Motors 3 geleistet wird, durch die gesamte Kolbenverbrennung des Motors 3 erhalten wird. In der vorliegenden Ausführung entspricht der mittlere Nettowirkdruck Pme dem Ausgangsdrehmomentparameter.
  • Wie in den 23 bis 28 gezeigt, ist das Pme Kennfeld durch sechs Kennfelder gebildet, die für Kombinationen zwischen drei Nockenphasen (dem spätesten Wert Cainrt, dem Zwischenwert Cainref und dem frühesten Wert Cainad) und zwei Verdichtungsverhältnissen Cr (dem Minimalwert Crmin und dem Maximalwert Crmax) aufgestellt ist. Ferner sind diese Kennfelder jeweils durch drei Kennfelder gebildet, das heißt ein Kennfeld für den maximalen Hub Liftinmax des Maximalhubs Liftin, ein Kennfeld für den Minimalwert Liftinmin des selben, sowie ein Kennfeld für einen vorbestimmten Zwischenwert Liftinref zwischen dem Maximalwert Liftinmax und dem Minimalwert Liftinmin. Ferner wird in diesen Kennfeldern der mittlere Nettowirkdruck Pme in Bezug auf die Motordrehzahl NE, die Nockenphase Cain und das Verdichtungsverhältnis Cr gesetzt, ähnlich dem oben beschriebenen maximalen mittleren Wirkdruck Pme_max. Wenn der Maximalhub Liftin größer wird, wird die Ansaugluftmenge größer, und daher wird der mittlere Nettowirkdruck Pme auf einen größeren Wert gesetzt.
  • Wenn übrigens das Verdichtungsverhältnis Cr zwischen dem Minimalwert Crmin und dem Maximalwert Crmax liegt, wenn die Nockenphase Cain zwischen dem am meisten verzögerten Wert Cainrt und dem Zwischenwert Cainref oder zwischen dem Zwischenwert Cainref und dem am meisten vorverlagerten Wert Cainad liegt, und wenn der Maximalhub Liftin zwischen dem Minimalwert Liftinmin und dem Zwischenwert Liftinref oder zwischen dem Zwischenwert Liftinref und dem Maximalwert Liftinmax liegt, wird der mittlere Nettowirkdruck Pme durch Interpolation berechnet.
  • Als nächstes wird ein normalisierter mittlerer Wirkdruck Kpme (= Pme/Pme_max) errechnet, indem der mittlere Nettowirkdruck Pme durch den maximalen mittleren Wirkdruck Pme_max dividiert wird (Schritt 43). In der vorliegenden Ausführung entspricht der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme dem Drehmomentverhältnis. Als nächstes wird ein Kennfeldwert Iglog_map der Zündzeit durch Absuchen eines Iglog Kennfelds gemäß dem berechneten normalisierten mittleren Wirkdruck Kpme, der Motordrehzahl NE, der Nockenphase Cain und dem Verdichtungsverhältnis Cr errechnet (Schritt 44). Als nächstes wird der errechnete Kennfeldwert Iglog_map der Zündzeit auf die Zündzeit Iglog gesetzt (Schritt 45), wonach der vorliegende Prozess endet.
  • Wie in den 29 bis 34 gezeigt, ist, ähnlich dem Pme Kennfeld, das Iglog Kennfeld durch sechs Kennfelder gebildet, die für Kombinationen zwischen Cain = Cainrt, Cain = Cainref und Cain = Cainad sowie Cr = Crmin und Cr = Crmax gesetzt sind. Ferner sind diese Kennfelder jeweils durch drei Kennfelder gebildet, die für jeweilige erste bis dritte Motordrehzahlen NE1 bis NE3 (NE1 < NE2 < NE3) gesetzt sind. In jedem Kennfeld entspricht ein Hochlastbereich (mit unterbrochener Linie umschlossen), wo der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme einem Wertebereich von gleich oder nahe 1 liegt, einem Klopfbereich, wo ein Klopfen auftreten könnte, und in diesem Bereich sollte die Anzahl von Gitterpunkten auf den jeweils ein Kennfeldwert Iglog_map gesetzt wird, größer sein als in den anderen Bereichen.
  • Nachfolgend wird die Tendenz der Kennfeldwerte Iglog_map, die auf jedes Kennfeld gesetzt sind, in Bezug auf die 29 bis 34 beschrieben. Zuerst wird in dem Kennfeld für Cain = Cainrt & Cr = Crmin (späteste Phase und niedriges Verdichtungsverhältnis), wenn die Motordrehzahl NE gleich der ersten Motordrehzahl NE1 ist, die die niedrigste von den dreien ist, der Kennfeldwert Iglog_map später gesetzt, wenn der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme größer wird, d. h. die Last höher wird, um das Auftreten von Klopfen zu verhindern, und zwar in einem Bereich, wo der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme kleiner ist als ein erster vorbestimmter Wert Kpme1 im Klopfbereich.
  • Ferner wird, wenn NE = NE1 gilt, in einem Bereich, wo Kpme ≥ Kpme1 gilt, umgekehrt zum obigen, der Kennfeldwert Iglog_map auf einen früheren Wert gesetzt, wenn der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme größer wird. Dies hat den folgenden Grund: In dem Bereich, wo der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme nicht kleiner als der erste vorbestimmte Wert Kpme1 ist, d. h. im Hochlastbereich, wie oben beschrieben, wird, um die Größe der Ansaugluftmenge zu erhalten, der Maximalhub Liftin auf einen größeren Wert gesetzt. In diesem Fall nimmt, wie aus der Hubkurve der Einlassventile 4 in 7 klar ersichtlich, die interne AGR Gasmenge durch die vorverlagerte Öffnungszeit des Einlassventils 4 zu, und die Luftrückkehrmenge nimmt durch die verzögerte Schließzeit derselben zu, was das Auftreten von Klopfen erschwert.
  • Ferner wird in dem Fall, wo die Motordrehzahl NE gleich der zweiten Motordrehzahl NE2 ist, die zwischen den dreien liegt, der Kennfeldwert Iglog_map mit der gleichen Tendenz gesetzt wie im Falle von NE = NE1 aus dem gleichen Grund, wie oben für den Fall von NE = NE1 beschrieben, und in einem Bereich, wo Kpme < zweiter vorbestimmter Wert Kpme2 gilt, wird der Kennfeldwert Iglog_map auf einen späteren Wert gesetzt, wenn der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme größer wird. Ferner wird in einem Bereich, wo der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme nicht kleiner ist als der zweite vorbestimmte Wert Kpme2 ist, der Kennfeldwert Iglog_map früher gesetzt, wenn der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme größer wird. Ferner wird, wie in 29 gezeigt, der zweite vorbestimmte Wert Kpme2, bei dem der Kennfeldwert Iglog_map von der verzögerten Seite zur früheren Seite umgeschaltet wird, größer als der erste vorbestimmte Wert Kpme1 wenn NE = NE1, weil, im Vergleich zu dem Fall von NE = NE1 die Motordrehzahl NE höher wird, und daher die Drehkraft der Ansaugluft größer wird, was eine Verringerung der Luftrückkehrmenge bewirkt, und der Ladegrad höher wird, wodurch es erschwert wird, dass die Temperatur des Gemisches durch den Einfluss des internen AGR Gases absinkt.
  • Wenn ferner die Motordrehzahl NE gleich der dritten Motordrehzahl NE ist, die die höchste der drei ist, wird der Kennfeldwert Iglog_map auf einen weiter verzögerten Wert gesetzt, wenn der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme größer wird, um das Auftreten von Klopfen zu verhindern, und zwar über den gesamten Kpme Bereich. Wenn nämlich NE = NE3 gilt, wird die Wiederholperiode eines Verbrennungszyklus kürzer, so dass der Kühlungsgrad der Temperatur des Zylinderblocks 3h (nachfolgend als ”Zylinderwandtemperatur” bezeichnet) durch das das Motorkühlmittel niedriger wird, und wie oben beschrieben, tritt aufgrund der großen Trägheit der Ansaugluft der Ansaugluftrückstrom nicht auf.
  • Ferner wird, wenn man zwischen NE = NE1 bis NE = NE3 vergleicht, der Kennfeldwert Iglog_map auf einen späteren Wert gesetzt, wenn die Motordrehzahl NE im Niederlastbereich höher wird, wo der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme in der Nähe von 0 liegt. Weil nämlich im Niederlastbereich der Ladegrad höher ist, wenn die Motordrehzahl NE höher wird, und die Temperatur des Gemischs während des Verdichtungsverhältnisses (nachfolgend als ”Verdichtungshubgemischtemperatur” bezeichnet) aufgrund der höheren Zylinderwandtemperatur wegen der kürzeren Wiederholperiode eines Verbrennungszyklus höher ist, ist die Wahrscheinlichkeit von Klopfen höher. Ferner wird in einem Bereich, wo der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme zwischen einem dritten vorbestimmten Wert Kpme3 und dem zweiten vorbestimmten Wert Kpme2 liegt, d. h. in einem Mittel- bis Hochlastbereich, wenn NE = NE1 oder NE = NE2 gilt (niedrige bis mittlere Motordrehzahl), der Kennfeldwert Iglog_map auf einen weiter verzögerten Wert gesetzt, als dann, wenn NE = NE3 (hohe Motordrehzahl). Dies ist so, weil in dem Mittel- bis Hochlastbereich, wenn die Motordrehzahl hoch ist, die für den Ansaugtakt benötigte Zeit im Bezug auf die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft kürzer wird, was den Ladegrad verringert, wohingegen dann, wenn die Motordrehzahl niedrig bis mittel ist, die Beziehung zwischen der Ansaugluftgeschwindigkeit und der für den Ansaugtakt erforderlichen Zeit gut ausgeglichen ist, was den Ladegrad erhöht und das Klopfen wahrscheinlicher macht.
  • Als nächstes wird ein Kennfeld für Cain = Cainrt & Cr = Crmax beschrieben (späteste Phase und hohes Verdichtungsverhältnis), wie in 30 gezeigt. In diesem Kennfeld wird in jedem der Fälle NE = NE1, NE = NE2 und NE = NE3 der Kennfeldwert Iglog_map auf einen späteren Wert gesetzt, wenn der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme größer wird, und zwar über den gesamten Kpme Bereich. Es ist so, weil aufgrund des hohen Verdichtungsverhältnisses Cr mit größerer Wahrscheinlichkeit ein Klopfen auftritt, bevor die interne AGR Gasmenge und die Luftrückstrommenge zunehmen. Ferner wird der Kennfeldwert Iglog_map auf einen weiter verzögerten Wert gesetzt, wenn die Motordrehzahl NE höher wird. Dies ist so, weil, wenn die Motordrehzahl NE höher wird, der Ladegrad höher wird, und aufgrund der kürzeren Wiederholperiode eines Verbrennungszyklus die Verbrennungstaktgemischtemperatur höher wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Klopfen zunimmt.
  • Ferner wird der Kennfeldwert Iglog_map grundlegend auf einen weiter verzögerten Wert gesetzt als in dem Fall des niedrigen Verdichtungsverhältnisses, wie in 29 gezeigt, da die Wahrscheinlichkeit von Klopfen größer wird, weil die Verdichtungstaktgemischtemperatur aufgrund des hohen Verdichtungsverhältnisses Cr hoch ist. Insofern sollte angemerkt werden, dass, was den Klopfbereich für NE = NE1 oder NE2 betrifft, der Kennfeldwert Iglog_map auf einen früheren Wert gesetzt wird als im Falle von 29. Dies ist so, weil für den Fall, dass das Verdichtungsverhältnis Cr gleich der Maximalwert Crmax ist, im Vergleich zu dem Fall, dass dieser gleich dem Minimalwert Crmin ist, der mittlere Nettowirkdruck Pme und der maximale mittlere Wirkdruck Pme_max kleiner sind, und daher trotz des selben normalisierten mittleren Wirkdrucks Kpme der mittlere Nettowirkdruck, d. h. die Last, klein ist, so dass Klopfen nur schwer auftritt.
  • Als nächstes wird ein Kennfeld für Cain = Cainref & Cr = Crmin (mittlere Phase und niedriges Verdichtungsverhältnis) beschrieben, wie in 31 gezeigt. In diesem Kennfeld wird der Kennfeldwert Iglog_map im wesentlichen in der gleichen weise gesetzt wie im Falle des Kennfelds für Cain = Cainrt & Cr = Crmin (späteste Phase und niedriges Verdichtungsverhältnis), in 29, die sich nur in der vorgenannten Nockenphase Cain unterscheidet. Nachfolgend wird durch den Vergleich mit dem Kennfeld von 29 eine Beschreibung hauptsächlich der hiervon unterschiedlichen Einstellungen angegeben.
  • Im Niederlastbereich, wo der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme in der Nähe von 0 liegt, wird im Falle von 29 der Kennfeldwert Iglog_map auf einen früheren Wert gesetzt. Dies ist so, weil im Vergleich zu dem Fall, dass die Nockenphase Cain gleich dem spätesten Wert Cainrt ist, die Nockenphase Cain vorverlagert wird, um die Öffnungszeit des Einlassventils 4 vorzuverlagern, was die interne AGR Gasmenge erhöht, um die Verdichtungstaktgemischtemperatur abzusenken, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit des Gemischs langsamer wird. Es sollte hier angemerkt werden, dass für den Fall von NE = NE3 (hohe Motordrehzahl) der Kennfeldwert Iglog_map auf einen früheren Wert gesetzt wird als im Falle von 29, und zwar über den gesamten Kpme Bereich. Dies ist so, weil im Falle von 29 der Ladegrad niedriger ist, und daher Klopfen erschwert wird.
  • Ferner wird im Klopfbereich, wenn NE = NE2 gilt (mittlere Motordrehzahl) im Vergleich zum Fall von 29, der Ladegrad höher, so dass, um das Auftreten von Klopfen zu verhindern, der Kennfeldwert Iglog_map auf einen späteren Wert gesetzt wird. Wenn ferner NE = NE1 oder NE2 (niedrige bis mittlere Motordrehzahl), wird im Vergleich vom Fall in 29 der Ladegrad höher, was das Auftreten von Klopfen wahrscheinlicher macht, und daher wird der Verzögerungsgrad des Kennfeldwerts Iglog_map in Bezug auf eine Zunahme des normalisierten mittleren Wirkungsgrad Kpme größer gemacht. Ferner wird dementsprechend der Vorverlagerungsgrad des Kennfeldwerts Iglog_map aufgrund des Einflusses des internen AGR Gases größer gemacht.
  • Als nächstes wird eine Beschreibung eines Kennfelds für Cain = Cainref & Cr = Crmax (mittlere Phase und hohes Verdichtungsverhältnis) angegeben, wie in 32 gezeigt. In diesem Kennfeld wird der Kennfeldwert Iglog_map im wesentlichen in der gleichen Weise gesetzt wie im Falle des Kennfelds für Cain = Cainrt & Cr = Crmax (späteste Phase und hohes Verdichtungsverhältnis) in 30, die sich nur in der vorgenannten Nockenphase Cain unterscheidet. Nachfolgend wird durch Vergleich mit dem Kennfeld von 30 eine Beschreibung hauptsächlich der hiervon unterschiedlichen Einstellungen angegeben.
  • In einem Niederlastbereich, wo der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme in der Nähe von 0 liegt, wird der Kennfeldwert Iglog_map auf einen früheren Wert als im Falle von 30 gesetzt, da die Nockenphase Cain weiter vorverlagert wird, um die interne AGR Gasmenge zu vergrößern, was eine geringere Verbrennungsrate des Gemischs hervorruft. Ferner ist im Klopfbereich, wenn NE = NE2 gilt (mittlerer Motordrehzahl), im Vergleich zum Falle von 30, der Ladegrad höher, so dass, um das Auftreten von Klopfen zu verhindern, der Kennfeldwert Iglog_map auf einen weiter verzögerten Wert gesetzt ist.
  • Es wird nun eine Beschreibung eines Kennfelds für Cain = Cainad & Cr = Crmin (früheste Phase und niedriges Verdichtungsverhältnis) angegeben, wie in 33 gezeigt, sowie ein Kennfeld für Cain = Cainad und Cr = Crmax (früheste Phase und hohes Verdichtungsverhältnis), wie in 34 gezeigt. In diesem Kennfeld wird der Kennfeldwert Iglog_max auf einen früheren Wert gesetzt als in den 29 bis 32, worin die Nockenphase Cain gleich dem spätesten Wert Cainrt und dem Zwischenwert Cainref ist. Weil nämlich die Nockenphase Cain gleich dem am frühesten Wert Cainad ist, wird die Öffnungszeit des Einlassventils 4 vorverlagert, um die interne AGR Gasmenge zu erhöhen, was die Verbrennung unstabil macht, und daher durch Vorverlagerung der Zündzeit Iglog diese Verbrennung stabilisiert wird.
  • Ferner wird in einem vorbestimmten Hochlastbereich, wo der normalisierte mittlere Wirkdruck Pme in einem Wertebereich von gleich oder in der Nähe von 1 liegt (mit der Doppelpunkt-Kettenlinie umschlossener Bereich), der Maximalhub Liftin größer, wenn der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme größer wird, was die Öffnungszeit des Einlassventils 4 noch früher macht, so dass die interne AGR Gasmenge noch größer wird, so dass, obwohl kein Klopfen auftritt, die Verbrennung tendenziell schlechter wird. Um dieses Problem zu lösen wird in diesem Hochlastbereich, ähnlich dem vorgenannten Klopfbereich, die Anzahl von Gitterpunkten, auf deren jeden der Kennfeldwert Iglog_map gesetzt wird, größer gemacht. Ferner wird im Hochlastbereich der Kennfeldwert Iglog_map auf einen früheren Wert gesetzt, wenn der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme größer wird, im Gegensatz zu den Fällen der 29 bis 32.
  • Ferner ist im Falle von NE = NE2 (mittlere Motordrehzahl) der Ladegrad am höchsten, so dass das Gemisch leichter verbrannt wird, und daher wird der Kennfeldwert Iglog_map auf einen späten Wert gesetzt. Ferner wird im Falle von NE = NE1 (niedrige Motordrehzahl) der Kennfeldwert Iglog_map auf einen früheren Wert gesetzt als im Falle von NE = NE3 (hohe Motordrehzahl). Weil nämlich, wenn NE = NE1 gilt, im Vergleich zum Falle von NE = NE3, die Fließfähigkeit der Ansaugluft in dem Zylinder 3a kleiner ist, so dass die Verbrennungsrate absinkt, wird daher die Zündzeit Iglog auf einen früheren Wert gesetzt, um die Verbrennungsrate anzuheben und den Verbrennungswirkungsgrad zu verbessern. Ferner wird im Falle von Cr = Crmax, im Vergleich zum Falle von Cr = Crmin, das Verdichtungsverhältnis Cr höher, so dass die Temperatur des Gemischs während der Verdichtung höher wird und dieses leichter verbrennt und daher wird der Kennfeldwert Iglog_map auf einen späteren Wert gesetzt.
  • Wenn übrigens das Verdichtungsverhältnis Cr zwischen dem Minimalwert Crmin und dem Maximalwert Crmax liegt, die Nockenphase Cain zwischen dem spätesten Wert Cainrt und dem Zwischenwert Cainref oder zwischen dem Zwischenwert Cainref und dem frühesten Wert Cainad liegt, und wenn der Maximalhub Liftin zwischen dem Minimalwert Liftinmin und dem Zwischenwert Liftinref oder zwischen dem Zwischenwert Liftinref und dem Maximalwert Liftinmax liegt, wird der Kennfeldwert Iglog_map durch Interpolation berechnet.
  • Wie oben beschrieben wird gemäß der vorliegenden Ausführung der Kennfeldwert Iglog_map der Zündzeit unter Verwendung des normalisierten mittleren Wirkdrucks Kpme und der Motordrehzahl NE als Parameter gesetzt. Daher sind, wie in den 29 bis 32 gezeigt, die Klopfbereiche, wo das Auftreten von Klopfen wahrscheinlich ist, Bereiche, wo der normalisierte mittlere Wirkdruck Kpme in einem Wertebereich von gleich oder in der Nähe von 1 liegt. Daher ist es im Vergleich zu dem Fall, wo der vorgenannte Maximalhub Liftin als Parameter verwendet wird, möglich, die Anzahl von Werten zu reduzieren, die als der Kennfeldwert Iglog_map gesetzt werden müssen (die Anzahl der Gitterpunkte, die in den Figuren mit schwarzen Punkten angegeben sind), und daher wird es möglich, die Kapazität eines Speichers zu reduzieren, der in dem Zündzeitsteuerungssystem 1 erforderlich ist und die Mann-Stunden zum Vorbereiten der Kennfelder zu reduzieren, um hierdurch eine Reduktion der Herstellungskosten des Zündzeitsteuerungssystems 1 zu ermöglichen. Ferner ist es aus dem gleichen Grund, im Unterschied zu den vorgenannten herkömmlichen Fällen, wo die Zündzeit Iglog gemäß der Ansaugluftmenge bestimmt wird, möglich, immer eine geeignete Zündzeit zu bestimmen, was es möglich macht, den optimalen Verbrennungswirkungsgrad einzuhalten, um ein stabiles ausreichendes Ausgangsdrehmoment sicherzustellen.
  • Ferner wird der maximale mittlere Wirkdruck Pme_max gemäß der Nockenphase Cain und dem Verdichtungsverhältnis Cr berechnet, und der mittlere Nettowirkdruck Pme wird gemäß dem maximalen Hub Liftin, der Nockenphase Cain und dem Verdichtungsverhältis Cr berechnet. Daher wird es möglich, die Zündzeit Iglog gemäß dem Betriebszustand des variablen Einlassventilbetätigungsmechanismus 40 und dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis Cr richtig einzustimmen.
  • Übrigens ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungen beschränkt, sondern kann auch in verschiedenen Formen in die Praxis umgesetzt werden. Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungen der mittlere Nettowirkdruck Pme gemäß dem Maximalhub Liftin etc. gesetzt wird, soll das nicht einschränken, sondern, durch Erfassen des Drucks in dem Zylinder 3a und des Wellendrehmoments des Motors 3 könnte z. B. auch der mittlere Nettowirkdruck Pme auf der Basis dieser Parameter errechnet werden. Obwohl ferner in der Ausführung das Verhältnis des mittleren Nettowirkdrucks Pme zum maximalen mittleren Wirkdruck Pme_max als das Drehmomentverhältnis benutzt wird, soll dies nicht einschränken, sondern es kann auch der Kehrwert davon verwendet werden. Obwohl ferner in der vorliegenden Ausführung sowohl der mittlere Nettowirkdruck Pme als auch der maximal mittlere Wirkdruck Pme_max gemäß dem maximalen Hub Liftin, der Nockenphase Cain und dem Verdichtungsverhältnis Cr berechnet werden, versteht es sich, dass auch einer von diesen errechnet werden kann.
  • Obwohl in der oben beschriebenen Ausführung der Ausgangsdrehmomentparameter das Ausgangsdrehmoment anzeigt, und der Verdichtungsverhältnisparameter, der das Verdichtungsverhältnis anzeigt, der mittlere Nettowirkdruck Pme bzw. das Verdichtungsverhältnis Cr verwendet werden, soll dies nicht einschränken, sondern stattdessen auch andere geeignete Parameter, wie etwa der angegebene mittlere Wirkdruck und das Sollverdichtungsverhältnis Cr_cmd, die jeweils verwendet werden könnten. Obwohl ferner in der Ausführung als der Betriebszustandparameter, der den Betriebszustand des variablen Ventilbetätigungsmechanismus angibt, der maximale Hub Liftin bzw. die Nockenphase Cain verwendet werden, soll dies nicht einschränken, sondern stattdessen auch andere Parameter, wie etwa der Sollmaximalhub Liftin_cmd bzw. die Solinockenphase Cain_cmd verwendet werden können.
  • Obwohl die oben beschriebene Ausführung ein Beispiel aufzeigt, worin der Motor 3 mit drei variablen Mechanismen versehen ist, soll dies nicht einschränken, sondern der Motor 3 könnte auch mit beliebigen variablen Mechanismen versehen sein oder die Anzahl der variablen Mechanismen kann eins oder zwei betragen. Obwohl ferner der variable Einlassventilbetätigungsmechanismus 40 in der oben beschriebenen Ausführung eine solche Bauart hat, die sowohl die Öffnungszeit als auch die Schließzeit der Einlassventile 4 verändert, soll dies nicht einschränken, sondern sie kann auch von einer Bauart sein, die nur entweder die Öffnungszeit oder die Schließzeit der Einlassventile verändert, während der Maximalhub Liftin konstant gehalten wird, z. B. mit Hilfe eines Solenoids. Auch in diesem Fall ist es möglich, die oben beschriebenen Effekte zu erhalten. Obwohl ferner in der oben beschriebenen Ausführung der variable Ventilhubmechanismus 50 angewendet wird, der die Öffnungszeit der Einlassventile 4 vorverlagert und die Schließzeit derselben verzögert, wenn der maximale Ventilhub größer wird, soll dies nicht einschränken, sondern es kann auch eine Bauart verwendet werden, die den Maximalhub Liftin verändern, ohne die Öffnungszeit oder die Schließzeit der Einlassventile 4 zu verändern.
  • Obwohl ferner in der oben beschriebenen Ausführung ein Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, das auf dem an einem Fahrzeug angebrachten Motor angewendet wird, soll dies nicht einschränken, sondern die Erfindung kann auch bei verschiedenen anderen Typen von Verbrennungsmotoren für den industriellen Einsatz angewendet werden, einschließlich z. B. einem Schiffsantriebsmotor, wie etwa einem Außenbordmotor, der eine sich vertikal erstreckende Kurbelwelle aufweist.
  • Es wird ein Zündzeitsteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor (3) angegeben, das in der Lage ist, die Kapazität eines Speichers zu reduzieren, der bei der Steuerung der Zündzeit verwendete Daten speichert, um hierdurch die Herstellungskosten zu senken. Das erfindungsgemäße Zündzeitsteuerungssystem, das die Zündzeit (Iglog) des Verbrennungsmotors (3) steuert/regelt, berechnet einen Maximaldrehmomentparameter (Pme_max), der ein maximales Drehmoment angibt, das der Motor (3) ausgeben kann, wenn der Motor (3) mit der erfassten Drehzahl (NE) läuft, gemäß der erfassten Drehzahl (NE), berechnet einen Ausgangsdrehmomentparameter (Pme), der ein Ausgangsdrehmoment angibt, das von dem Motor (3) gerade ausgegeben wird, berechnet ein Drehmomentverhältnis (Kpme) als Verhältnis zwischen dem Ausgangsdrehmomentparameter (Pme) und dem Maximaldrehmomentparameter (Pme_max), und bestimmt die Zündzeit (Iglog) gemäß der Motordrehzahl und dem Drehmomentverhältnis (Kpme).

Claims (6)

  1. Zündzeitsteuerungssystem zum Steuern/Regeln einer Zündzeit (Iglog) eines Verbrennungsmotors (3), umfassend: ein Drehzahlerfassungsmittel (2, 20) zum Erfassen einer Drehzahl (NE) des Motors (3); ein Ausgangsdrehmomentparameter-Berechnungsmittel (2) zum Berechnen eines Ausgangsdrehmomentparameters (Pme), der ein vom Motor (3) aktuell ausgegebenes Ausgangsdrehmoment angibt; und ein Zündzeitbestimmungsmittel (2) zum Bestimmen der Zündzeit (Iglog) gemäß der Drehzahl (NE) des Motors (3), gekennzeichnet durch ein Maximalwirkdruckparameter-Berechnungsmittel (2) zum Berechnen eines maximalen mittleren Nettowirkdrucks (Pme_max), den der Motor (3) erzeugen kann, wenn der Motor (3) mit der erfassten Drehzahl (NE) läuft; und ein Verhältnisberechnungsmittel (2) zum Berechnen eines Verhältnisses (Kpme) zwischen dem berechneten maximalen mittleren Nettowirkdruck (Pme_max) und dem Ausgangsdrehmomentparameter (Pme); wobei das Zündzeitbestimmungsmittel (2) die Zündzeit (Iglog) gemäß der Drehzahl (NE) des Motors (3) und dem berechneten Verhältnis (Kpme) bestimmt.
  2. Zündzeitsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (3) mit einem variablen Ventilbetätigungsmechanismus (40) versehen ist, der in der Lage ist, einen maximalen Ventilhub eines Einlassventils (4) und/oder eine Öffnungszeit des Einlassventils (4) und/oder eine Schließzeit des Einlassventils (4) zu verändern, wobei das Zündzeitsteuerungssystem (1) ferner ein Betriebszustandparametererfassungsmittel (2, 22, 23) zum Erfassen eines Betriebszustandparameters (Liftin, Cain), der einen Betriebszustand des variablen Ventilbetätigungsmechanismus (40) angibt, aufweist, worin der maximale mittlere Nettowirkdruck (Pme_max) und/oder der Ausgangsdrehmomentparameter (Pme) gemäß dem erfassten Betriebszustandparameter (Liftin, Cain) berechnet wird.
  3. Zündzeitsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (3) mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus (80) versehen ist, der in der Lage ist, ein Verdichtungsverhältnis des Motors (3) zu verändern, wobei das Zündzeitsteuerungssystem (1) ferner ein Verdichtungsparametererfassungsmittel (2, 24) zum Erfassen eines das Verdichtungsverhältnis angebenden Verdichtungsverhältnisparameters (Cr) umfasst, wobei der maximale mittlere Nettowirkdruck (Pme_max) und/oder der Ausgangsdrehmomentparameter (Pme) gemäß dem erfassten Verdichtungsverhältnisparameter (Cr) berechnet wird.
  4. Verfahren zum Steuern/Regeln einer Zündzeit (Iglog) eines Verbrennungsmotors (3), welches die Schritte umfasst: Erfassen einer Drehzahl (NE) des Motors (3); Berechnen eines Ausgangsdrehmomentparameters (Pme), der ein vom Motor (3) aktuell ausgegebenes Ausgangsdrehmoment angibt; und Bestimmen der Zündzeit (Iglog) gemäß der Drehzahl (NE) des Motors (3), gekennzeichnet durch Berechnen eines maximalen mittleren Wirkdrucks (Pme_max), den der Motor (3) erzeugen kann, wenn der Motor (3) mit der erfassten Drehzahl (NE) läuft, Berechnen eines Verhältnisses (Kpme) zwischen dem berechneten maximalen mittleren Nettowirkdruck (Pme_max) und dem Ausgangsdrehmomentparameter (Pme); und Bestimmen der Zündzeit (Iglog) gemäß der Drehzahl (NE) des Motors (3) und dem berechneten Verhältnis (Kpme).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (3) mit einem variablen Ventilbetätigungsmechanismus (40) versehen ist, der in der Lage ist, einen maximalen Ventilhub eines Einlassventils (4) und/oder eine Öffnungszeit des Einlassventils (4) und/oder eine Schließzeit des Einlassventils (4) zu verändern, wobei das Verfahren ferner den Schritt umfasst, einen Betriebszustandparameter (Liftin, Cain), der einen Betriebszustand des variablen Ventilbetätigungsmechanismus (40) angibt, zu erfassen, worin der maximale mittlere Nettowirkdruck (Pme_max) und/oder der Ausgangsdrehmomentparameter (Pme) gemäß dem erfassten Betriebszustandparameter (Liftin, Cain) berechnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (3) mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus (80) versehen ist, der in der Lage ist, ein Verdichtungsverhältnis des Motors (3) zu verändern, das Verfahren ferner den Schritt umfasst, einen das Verdichtungsverhältnis angebenden Verdichtungsverhältnisparameter (Cr) zu erfassen, wobei der maximale mittlere Nettowirkdruck (Pme_max) und/oder der Ausgangsdrehmomentparameter (Pme) gemäß dem erfassten Verdichtungsverhältnisparameter (Cr) berechnet wird.
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