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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein variables Ventilsystem, das mit einer variablen Ölverdrängungspumpe bzw. Ölverdrängerpumpe, in der die Pumpkapazität bzw. Pumpenleistung verändert werden kann, und mit einem variablen hydraulischen Ventilmechanismus versehen ist, der durch einen durch die variable Ölverdrängungspumpe erzeugten hydraulischen Druck betätigt wird und der den Ventilsteuerzeitpunkt von Motorventilen verändern kann, sowie ein Verfahren für das variable Ventilsystem.
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2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
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Ein variables Ventilsystem, das einen Ventilsteuerzeitpunkt (Ventil-Öffnungs-Schließzeitspanne) von Motorventilen (Einlass- und Auslassventilen) verändert, ist als ein System erhältlich, das an einem Verbrennungsmotor von Fahrzeugen oder dergleichen angebracht ist. In dem Verbrennungsmotor, der mit einem solchen variablen Ventilsystem versehen ist, kann die Kraftstoffeffizienz bzw. Kraftstoffersparnis und die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors verbessert werden, indem der Ventilsteuerzeitpunkt der Motorventile entsprechend dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors angepasst wird.
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Das variable Ventilsystem kann eine Konfiguration aufweisen, die mit einer Ölpumpe und einem variablen hydraulischen Ventilmechanismus ausgestattet ist, wie in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
JP H11-36 905 A , der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
JP 2000-282 903 A , der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
JP 2007-315 380 A und der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
JP 2007-315 379 A beschrieben ist. Der variable hydraulische Ventilmechanismus wird durch den durch die Ölpumpe erzeugten hydraulischen Druck betätigt und variiert den Ventilsteuerzeitpunkt der Motorventile. Die in dem variablen Ventilsystem vorgesehene Ölpumpe ist im Allgemeinen als eine Hilfsvorrichtung des Verbrennungsmotors vorgesehen und wird durch die Leistung bzw. Kraft des Verbrennungsmotors angetrieben.
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Eine variable Ölverdrängungspumpe, in der die Pumpkapazität bzw. Pumpenleistung verändert werden kann, wie sie in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung
JP H09-88 844 A beschrieben ist, ist als eine Ölpumpe erhältlich, die als eine Hilfsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor installiert wird. Wenn der variable hydraulische Ventilmechanismus durch den hydraulischen Druck betätigt wird, der durch eine solche variable Ölverdrängungspumpe erzeugt wird, wird bei einem zum Betätigen des variablen hydraulischen Ventilmechanismus notwendigen niedrigen Öldruck die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe verringert und eine Antriebslast der Pumpe reduziert, wodurch eine Verbesserung der Kraftstoffersparnis des Verbrennungsmotors erreicht werden kann.
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Selbst bei einer konstant bleibenden Pumpkapazität verändert sich der Ausströmdruck der Pumpe, wenn sich die Viskosität des Öls verändert. Die Ölviskosität variiert abhängig von der Art und Temperatur des Öls und des Grads der Kraftstoffverdünnung. Selbst wenn somit die Pumpkapazität bzw. Pumpenleistung auf einen minimalen Wert eingestellt ist, bei dem der hydraulische Druck gewährleistet ist, der zum Betätigen des variablen hydraulischen Ventilmechanismus notwendig ist, muss die Pumpkapazität auf einen geringfügig höheren Wert eingestellt werden, so dass ein Spielraum geschaffen wird, durch den die Bandbreite der Ölviskosität bzw. die ölviskositätsbedingte Ausdehnung berücksichtigt werden kann. Somit sind die Möglichkeiten zum Verbessern der Kraftstoffersparnis durch Verwendung der variablen Ölverdrängungspumpe stets eingeschränkt.
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Aus der Druckschrift
DE 101 58 505 A1 ist ein Ventileinstellungs-Steuersystem für Verbrennungsmotoren zur Verhinderung des Auseinanderlaufens eines Steuerbetrags und einer unerwarteten Entriegelung eines Verriegelungsstifts bekannt. Das Ventileinstellungs-Steuersystem ist mit Stellgliedern ausgerüstet, die mit Nockenwellen verbunden sind, Hydraulikdruck-Zuführungseinheiten zur Betätigung der Stellglieder und einer Steuerung zur Steuerung des Hydraulikdrucks für die Stellglieder abhängig von Betriebszuständen, während die relative Phase der Nockenwellen relativ zur Kurbelwelle geändert wird. Das Stellglied enthält einen Entriegelungsmechanismus zur Einstellung der relativen Phase in eine Verriegelungsposition und Entriegelungsmechanismen zur Entriegelung des Verriegelungsmechanismus, ansprechend auf einen vorbestimmten Hydraulikdruck, und die Steuerung beschränkt die Steuerung der Ventileinstellung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs der Verriegelungsposition im Verriegelungsmechanismus.
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Ferner lehrt die Druckschrift
EP 0 737 799 B1 eine Ventilsteuerzeitenregelvorrichtung, die kontinuierlich die Ventilsteuerzeiten eines Einlaßventils bzw. eines Auslaßventils von einem Motor steuert. Diese Vorrichtung umfasst einen hydraulischen variablen Ventilsteuerungsmechanismus, ein hydraulisches Steuerventil und eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Steuerventils.
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Kurzfassung der Erfindung
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Die Erfindung sieht ein variables Ventilsystem vor, das eine weitere Verbesserung der Kraftstoffersparnis erreichen kann, sowie ein Steuerungsverfahren für dasselbe.
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Der erste Aspekt der Erfindung betrifft ein variables Ventilsystem mit einer variablen Ölverdrängungspumpe, in der die Pumpkapazität verändert werden kann, und einem variablen hydraulischen Ventilmechanismus, der durch einen durch die variable Ölverdrängungspumpe erzeugten hydraulischen Druck betätigt wird und den Ventilsteuerzeitpunkt der Motorventile verändern kann, wobei das variable Ventilsystem eine Lerneinrichtung zum Erlernen einer minimalen Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe beinhaltet, bei der der variable hydraulische Ventilmechanismus betrieben werden kann, indem die Pumpkapazität bzw. Pumpenleistung der variablen Ölverdrängungspumpe reduziert wird, während der variable hydraulische Ventilmechanismus betrieben und der Ventilsteuerzeitpunkt verändert wird.
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Wenn die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe allmählich verringert wird, während der variable hydraulische Ventilmechanismus betätigt und der Ventilsteuerzeitpunkt verändert wird, ist es bald unmöglich, den erforderlichen hydraulischen Druck zu gewährleisten, und ein zufriedenstellender Betrieb des variablen hydraulischen Ventilmechanismus ist dabei nicht möglich. Wenn daher die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe reduziert wird, während der variable hydraulische Ventilmechanismus betätigt wird, bis bestätigt werden kann, dass der Betrieb des variablen hydraulischen Ventilmechanismus unzureichend ist, kann ein minimaler Wert (eine minimale Kapazität) der Pumpkapazität ermittelt werden, bei dem der variable hydraulische Ventilmechanismus zufriedenstellend betrieben werden kann. Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird die minimale Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe, beider der variable hydraulische Ventilmechanismus betrieben werden kann, erlernt, und das Lernergebnis kann für die sich daran anschließende Pumpensteuerung herangezogen werden. Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann daher das variable Ventilsystem in einem Zustand verwendet bzw. genutzt werden, in dem die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe auf den geringstmöglichen Wert eingestellt ist, und dadurch kann die Kraftstoffersparnis weiter verbessert werden.
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In dem variablen Ventilsystem gemäß dem ersten Aspekt kann die Lerneinrichtung die variablen Ölverdrängungspumpe während des Erlernens der minimalen Kapazität steuern, so dass, wenn bestätigt wird, dass eine Betriebsgeschwindigkeit bzw. Betriebsdrehzahl des variablen hydraulischen Ventilmechanismus kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, die Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe vorübergehend erhöht und dann erneut verringert wird.
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Wenn die variable Ölverdrängungspumpe wie in der vorstehend beschriebenen Konfiguration gesteuert wird, kann die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe auf einen minimalen Wert gesteuert werden, bei dem der variable hydraulische Ventilmechanismus betrieben werden kann. Wird eine solche Steuerung der variablen Ölverdrängungspumpe fortgesetzt, selbst wenn sich z. B. die Ölviskosität aufgrund eines Anstiegs der Öltemperatur während des Aufwärmens verändert, kann die Einstellung der optimalen Pumpkapazität, die an diese Veränderungen der Ölviskosität angepasst ist bzw. diese Veränderungen der Ölviskosität verfolgt, dynamisch durchgeführt werden.
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In dem variablen Ventilsystem gemäß dem ersten Aspekt kann die Lerneinrichtung ferner einen maximalen Variationsbetrag eines Ventilsteuerzeitpunkts erlernen, bei dem ein Drehmomentvariationsbetrag eines Verbrennungsmotors kleiner oder gleich einem vorbestimmten Betrag ist, indem der Drehmomentvariationsbetrag bestätigt wird, während der Ventilsteuerzeitpunkt der Motorventile in eine Richtung verändert wird, in der eine verbesserte Kraftstoffersparnis erwirkt werden kann, während die minimale Kapazität erlernt wird.
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Bei einer solchen Konfiguration wird der variable hydraulische Ventilmechanismus so betrieben, dass während des vorstehend beschriebenen Vorgangs des Erlernens der minimalen Kapazität der Ventilsteuerzeitpunkt der Motorventile in der Richtung verändert wird, in der eine verbesserte Kraftstoffersparnis erwirkt wird, z. B. indem die Ventilüberschneidung vergrößert und der Pumpverlust reduziert wird. Auch wenn in einem solchen Fall eine Verbesserung der Kraftstoffersparnis erreicht wird, kommt es bald zu einer verminderten Verbrennung und einem Überschreiten des zulässigen Werts durch den Drehmomentvariationsbetrags aufgrund der erhöhten integrierten Abgasrückführung (AGR). Wenn der Ventilsteuerzeitpunkt daher in der Richtung verändert wird, in der eine verbesserte Kraftstoffersparnis erwirkt wird, bis bestätigt worden ist, dass der Drehmomentveränderungsbetrag die Obergrenze des zulässigen Bereichs überschritten hat, kann der maximale Variationsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts ermittelt werden, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag kleiner oder gleich dem vorbestimmten Betrag ist. Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird somit der maximale Variationsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts erlernt, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag kleiner oder gleich dem vorbestimmten Betrag ist, und das Lernergebnis kann in einer sich daran anschließenden Ventilzeitsteuerung herangezogen werden. Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann daher der Ventilsteuerzeitpunkt in die Richtung gesteuert werden, in der eine verbesserte Kraftstoffersparnis erwirkt wird, und zwar bis zu einer Grenze, an der eine stabile Verbrennung noch gewährleistet werden kann. In einem solchen Fall können das Erlernen der minimalen Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe, bei der der variable hydraulische Ventilmechanismus betrieben werden kann, und das Erlernen des maximalen Variationsbetrags des Ventilsteuerzeitpunkts, bei dem eine stabile Verbrennung noch gewährleistet werden kann, zeitgleich parallel durchgeführt werden.
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In dem variablen Ventilsystem gemäß dem ersten Aspekt kann der variable hydraulische Ventilmechanismus einen Ventilsteuerzeitpunkt eines Einlassventils verändern, und die Lerneinrichtung kann ferner eine maximalen Vorverlegungsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkt erlernen, bei dem ein Drehmomentvariationsbetrag eines Verbrennungsmotors kleiner oder gleich einem vorbestimmten Betrag ist, indem der Drehmomentvariationsbetrag bestätigt wird, während der Ventilsteuerzeitpunkt des Einlassventils in eine Vorverlegungsrichtung verändert wird, während die minimale Kapazität erlernt wird.
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Wenn der variable hydraulische Ventilmechanismus einen Ventilsteuerzeitpunkt eines Einlassventils verändern kann, ist eine Verbesserung der Kraftstoffersparnis möglich, indem der Ventilsteuerzeitpunkt während des Aufwärmens in der Vorverlegungsrichtung verändert wird, wenn der voreingestellte Ventilsteuerzeitpunkt des Einlassventils auf eine maximale Verzögerungsposition eingestellt ist. In einem solchen Fall erfolgen daher das vorstehend beschriebene Erlernen der minimalen Kapazität und auch das Erlernen des maximalen Vorverlegungsbetrags des Ventilsteuerzeitpunkts, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag kleiner oder gleich dem vorbestimmten Betrag ist, während der variable hydraulische Ventilmechanismus so betrieben wird, dass der Ventilsteuerzeitpunkt des Einlassventils in der Vorverlegungsrichtung verändert wird, in der die Kraftstoffersparnis verbessert wird.
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In der vorstehend beschriebenen Konfiguration steuert die Lerneinrichtung den variablen hydraulischen Ventilmechanismus während des Erlernens des maximalen Vorverlegungsbetrags, so dass, wenn bestätigt worden ist, dass der Drehmomentvariationsbetrag den vorbestimmten Betrag überschritten hat, der Ventilsteuerzeitpunkt vorübergehend verzögert und dann wieder vorverlegt wird.
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Wenn der Ventilsteuerzeitpunkt gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration gesteuert wird, kann der Ventilsteuerzeitpunkt-Vorverlegungsbetrag auf den maximalen Vorverlegungsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts gesteuert werden, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag kleiner oder gleich dem vorbestimmten Betrag ist. Liegt ein solcher Ventilsteuerzeitpunkt fortgesetzt vor, auch wenn es zu einer Veränderung der Verbrennungsbedingungen gekommen ist, z. B. im Anschluss an das Voranschreiten des Aufwärmvorgangs, und wenn sich der maximale Vorverlegungsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag kleiner oder gleich dem vorbestimmten Betrag ist, ebenfalls verändert, kann die an diese Veränderungen sich anpassende Einstellung des optimalen Ventilsteuerzeitpunkts dynamisch durchgeführt wird.
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In der Konfiguration gemäß dem ersten Aspekt kann die Lerneinrichtung den vorstehend beschriebenen Lernvorgang während des Aufwärmvorgangs des Verbrennungsmotors implementieren.
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Während des Aufwärmvorgangs des Verbrennungsmotors findet im Anschluss an den Anstieg der Öltemperatur eine deutliche Veränderung der Viskosität des Öls statt. Dabei kommt es zu einer deutlichen bzw. spürbaren Ausdehnung bzw. Spreizung der minimalen Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe, bei der der variable hydraulische Ventilmechanismus betrieben werden kann. Somit wird durch das Erlernen der diesen Bedingungen entsprechenden minimalen Kapazität eine Verbesserung der Kraftstoffersparnis erreicht.
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Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren für ein variables Ventilsystem, wobei das variable Ventilsystem eine variable Ölverdrängungspumpe, in der die Pumpkapazität verändert werden kann, und einen variablen hydraulischen Ventilmechanismus aufweist, der durch den hydraulischen Druck betätigt wird, der durch die variable Ölverdrängungspumpe erzeugt wird, und der den Ventilsteuerzeitpunkt der Motorventile verändern kann, wobei das Verfahren ein Erlernen eine minimalen Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe beinhaltet, bei der der variable hydraulische Ventilmechanismus betätigt werden kann, indem die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe reduziert wird, während der variable hydraulische Ventilmechanismus betätigt und der Ventilsteuerzeitpunkt verändert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Die vorstehenden und weiteren Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der identische Bezugszeichen zur Benennung identischer Elemente verwendet werden, näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte Zeichnung, die die Gesamtstruktur von einer Ausführungsform des variablen Ventilsystems gemäß der Erfindung schematisch darstellt;
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2 einen Graphen, der ein Variationsbeispiel eines Ventilsteuerzeitpunkts darstellt, der mit dem variablen Ventilsystem der gleichen Ausführungsform erhalten wird; und
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3 ein Flussdiagramm einer Lernroutine, die in dem variablen Ventilsystem der gleichen Ausführungsform verwendet wird.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf 1 bis 3 eine ausführlichere Erläuterung der Ausführungsform, die das variable Ventilsystem gemäß der Erfindung eingehender veranschaulicht. Zunächst erfolgt eine Beschreibung der Konfiguration des variablen Ventilsystems, bei dem es sich um ein Objekt der Anwendung der vorliegenden Ausführungsform handelt. 1 zeigt die Gesamtkonfiguration des variablen Ventilsystems.
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Das variable Ventilsystem ist mit einer variablen Ölverdrängungspumpe 11 versehen, die das aus einer Ölwanne 10 eingesogene Öl mit Druck beaufschlagt und dieses abführt bzw. weiterleitet. Die variable Ölverdrängungspumpe 11 wird durch die Leistung bzw. Kraft eines Verbrennungsmotors angetrieben, in dem das System der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 wird in Reaktion auf ein Lastsignal von einer elektronischen Steuerungseinheit 16 verändert.
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Das durch die variable Ölverdrängungspumpe 11 abgeführte Öl wird einem Ölsteuerventil 12 zugeführt. Das Ölsteuerventil 12 ist über einen Vorverlegungsölkanal 13 und einen Verzögerungsölkanal 14 mit einem variablen hydraulischen Ventilmechanismus (VVT) 15 verbunden. Der VVT 15 arbeitet auf Basis eines Drucks des Öls, das über den Vorverlegungsölkanal 13 und den Verzögerungsölkanal 14 hereinströmt und die relative Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, in dem das System gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, verändert, wodurch der Ventilsteuerzeitpunkt eines Einlassventils verändert wird.
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Das Ölsteuerventil 12 arbeitet auf Basis eines Lastsignals von der elektronischen Steuerungseinheit 16 und reguliert die Ausübung des Öldrucks des Öls, das in den VVT 15 über den Vorverlegungsölkanal 13 und den Verzögerungsölkanal 14 hereinströmt, oder die Ableitung des Öldrucks (Öls) aus dem VVT 15. Der VVT 15 arbeitet bzw. funktioniert in der nachstehend beschriebenen Weise. Wenn das Ölsteuerventil 12 über den Vorverlegungsölkanal 13 einen Öldruck ausübt und den Öldruck über den Verzögerungsölkanal 14 ableitet, wird die Nockenwelle durch den VVT 15 in der Vorverlegungsrichtung gedreht und der Ventilsteuerzeitpunkt des Einlassventils vorverlegt. Wenn das Ölsteuerventil 12 über den Verzögerungsölkanal 14 einen Öldruck ausübt und der Öldruck über den Vorverlegungsölkanal 13 abgeleitet wird, wird die Nockenwelle durch den VVT 15 in der Verzögerungsrichtung gedreht und der Ventilsteuerzeitpunkt des Einlassventils verzögert. Wenn das Ölsteuerventil 12 in der neutralen Position betätigt wird und der über den Vorverlegungsölkanal 13 angewendete Öldruck und der über den Verzögerungsölkanal 14 angewendete Öldruck ein zueinander ausgewogenes Verhältnis aufweisen, kann der VVT 15 den Ventilsteuerzeitpunkt des Einlassventils konstant beibehalten.
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Erfassungssignale, wie z. B. Signale aus einem Kurbelwinkelsensor 17, der die Drehphase der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors erfasst, auf den das System gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, einem Nockenwinkelsensor 18, der eine Drehphase der Nockenwelle des Verbrennungsmotors erfasst, auf den das System gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, und einem Wassertemperatursensor 19, der die Kühlwassertemperatur in dem Verbrennungsmotor erfasst, auf den das System gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, werden in die elektronische Steuerungseinheit 16 eingegeben. Basierend auf den Erfassungsergebnissen des Kurbelwinkelsensors 17 und des Nockenwinkelsensors 18 bestätigt die elektronische Steuerungseinheit 16 den Ventilsteuerzeitpunkt des Einlassventils, der durch den VVT 15 verändert wird.
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In dem variablen Ventilsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden das Erlernen des Lernwerts der minimalen Kapazität und das Erlernen des Lernwerts des maximalen Vorverlegungsbetrags während des Aufwärmvorgangs des Verbrennungsmotors, auf den das System gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, zeitgleich parallel durchgeführt. Die Lernsteuerung wird nachstehend eingehender beschrieben.
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Wenn die Kühlwassertemperatur einen der Betätigungsstarttemperatur entsprechenden Wert (z. B. „50°C”) des VVT 15 erreicht, führt die elektronische Steuerungseinheit 16 eine Lernsteuerung durch, bis der Aufwärmvorgang beendet ist (Kühlwassertemperatur = 80°C). Wenn der Lernvorgang gestartet wird, wird der VVT 15 durch die elektronischen Steuerungseinheit 16 so betätigt, dass der Ventilsteuerzeitpunkt durch einen festgelegten Kurbelwinkel α vorverlegt wird (z. B. „5° CA”), wie in 2 gezeigt ist. Die elektronische Steuerungseinheit 16 verringert zudem schrittweise die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11, während der VVT 15 betrieben wird und der Ventilsteuerzeitpunkt wie oben beschrieben verändert wird.
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Wenn die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 somit allmählich verringert wird, während der Ventilsteuerzeitpunkt verändert wird, kann der erforderliche hydraulische Öldruck bald nicht mehr gewährleistet und der VVT 15 nicht zufriedenstellend betrieben werden. Wenn daher die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 reduziert wird, während der VVT 15 betrieben wird, bis bestätigt worden ist, dass eine ausreichende Betriebsgeschwindigkeit bzw. -drehzahl des VVT 15 nicht erhalten werden kann, kann ein minimaler Wert (eine minimale Kapazität) der Pumpkapazität ermittelt werden, bei dem der VVT 15 zufriedenstellend betrieben werden kann. Somit stellt die Pumpkapazität unmittelbar bevor die ausreichende Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des VVT 15 nicht erreicht werden kann einen minimalen Wert der Pumpkapazität dar, bei dem der VVT 15 zufriedenstellend betrieben werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird die minimale Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11, bei der der VVT 15 betrieben werden kann, als der Lernwert der minimalen Kapazität erlernt, und das Lernergebnis wird in einer sich daran anschließenden Pumpensteuerung herangezogen.
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Wenn außerdem die elektronische Steuerungseinheit 16 während der Lernsteuerung bestätigt, dass die Betriebsgeschwindigkeit des VVT 15 kleiner oder gleich einem voreingestellten Wert β ist, erhöht die elektronische Steuerungseinheit vorübergehend die Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 und verringert diese dann wieder. Die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 wird somit auf einen minimalen Wert gesteuert, bei dem der VVT 15 betrieben werden kann. Wird eine solche Steuerung der variablen Ölverdrängungspumpe 11 fortgesetzt, z. B. auch wenn sich die Ölviskosität aufgrund eines Anstiegs der Öltemperatur während des Aufwärmvorgangs verändert, kann die Einstellung der optimalen Pumpkapazität, die diesen Veränderungen der Ölviskosität entspricht, dynamisch durchgeführt werden.
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Wenn der Ventilsteuerzeitpunkt vorverlegt wird, wird der Pumpverlust durch die Vergrößerung der Ventilüberschneidung verringert und die Kraftstoffersparnis des Verbrennungsmotors verbessert. Wird jedoch der Ventilsteuerzeitpunkt vorverlegt, wird die Verbrennung instabil, wobei z. B. die integrierte AGR erhöht wird. Wenn daher der Ventilsteuerzeitpunkt, wie vorstehend beschrieben, durch den festgelegten Kurbelwinkel α vorverlegt wird, kommt es bald zu einer Verschlechterung der Verbrennungsbedingungen und einer Überschreitung des zulässigen Werts durch den Drehmomentvariationsbetrag. Wenn dementsprechend der Ventilsteuerzeitpunkt vorverlegt wird, bis bestätigt worden ist, dass der Drehmomentvariationsbetrag die Obergrenze des zulässigen Betrags überschritten hat, kann der maximale Vorverlegungsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts ermittelt werden, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Wert eingeschränkt werden kann. Somit handelt es sich bei dem Ventilsteuerzeitpunkt-Vorverlegungsbetrag unmittelbar bevor die Drehmomentvariation die Obergrenze des zulässigen Bereichs überschreitet um einen maximalen Wert des Ventilsteuerzeitpunkt-Vorverlegungsbetrags, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Betrag eingeschränkt werden kann.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird somit der maximale Vorverlegungsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag somit auf den zulässigen Betrag eingeschränkt werden kann, als ein Lernwert des maximalen Vorverlegungsbetrags erlernt, und das Lernergebnis wird in der anschließenden Ventilzeitsteuerung herangezogen.
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Wenn außerdem die elektronische Steuerungseinheit 16 bestätigt, dass der Drehmomentvariationsbetrag den zulässigen Betrag während der Lernsteuerung überschritten hat, verzögert die elektronische Steuerungseinheit vorübergehend den Ventilsteuerzeitpunkt und verlegt diesen dann wieder vor. Dabei wird der Ventilsteuerzeitpunkt-Vorverlegungsbetrag auf einen maximalen Vorverlegungsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkt gesteuert, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Betrag eingeschränkt werden kann. Wenn eine solche Ventilzeitsteuerung fortgesetzt wird, auch wenn sich die Verbrennungsbedingungen verändern, z. B. im Anschluss an das Voranschreiten des Aufwärmvorgangs, und sich auch der maximale Vorverlegungsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts verändert, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Betrag eingeschränkt wird, kann die Einstellung des optimalen Ventilsteuerzeitpunkts dynamisch durchgeführt werden, indem eine Anpassung an diese Veränderungen erfolgt.
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3 ist ein Flussdiagramm einer Lernroutine, die durch die elektronische Steuerungseinheit 16 ausgeführt wird, die die Lernsteuerung ausführt. Die Verarbeitung dieser Routine wird während des Aufwärmvorgangs des Verbrennungsmotors implementiert, und insbesondere nachdem die Motorkühlwassertemperatur die VVT-Betätigungs-Starttemperatur erreicht hat und solange bis der Aufwärmvorgang beendet ist.
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Wenn die Verarbeitung dieser Routine gestartet wird, nimmt die elektronische Steuerungseinheit 16 in Schritt S10 zunächst eine schrittweise Reduktion der Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 vor. Dann steuert die elektronische Steuerungseinheit 16 in Schritt S20 den VVT 15 so, dass der Ventilsteuerzeitpunkt durch den festgelegten Kurbelwinkel α vorverlegt wird.
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In diesem Fall bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 16 in Schritt S30, ob die Betriebsgeschwindigkeit des VVT 15 höher als der festgelegte Wert β ist. Wenn bestimmt wird, dass die Betriebsgeschwindigkeit kleiner oder gleich dem voreingestellten Wert β ist, d. h. wenn der hydraulische Druck unzureichend ist und bestimmt wird, dass der VVT 15 nicht zufriedenstellend arbeitet (S30: NEIN), erhöht die elektronische Steuerungseinheit 16 in Schritt S40 die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 um einen konstanten Betrag und kehrt dann zur Verarbeitung bei Schritt S20 zurück.
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Wenn der VVT 15 ausfallfrei arbeitet (S30: JA), setzt die elektronische Steuerungseinheit 16 den Betrieb bei S50 fort und aktualisiert dabei in Schritt S50 den Lernwert der minimalen Kapazität auf einen Sollwert der Pumpkapazität. Dann bestimmt die elektronische Steuerungseinheit 16 in dem anschließenden Schritt S60, ob der Drehmomentvariationsbetrag einen voreingestellten Wert γ unterschreitet und ob im Verbrennungsmotor weiterhin gute Verbrennungsbedingungen vorherrschen. Wenn der Drehmomentvariationsbetrag den voreingestellten Wert γ unterschreitet (S60: JA), geht die elektronische Steuerungseinheit 16 zu Schritt S70 über, aktualisiert dabei in Schritt S70 den Lernwert des maximalen Vorverlegungsbetrags auf den Ventilsteuerzeitpunkt-Vorverlegungsbetrag und kehrt dann zur Verarbeitung von Schritt S10 zurück. Wenn der Drehmomentvariationsbetrag größer oder gleich dem voreingestellten Betrag γ ist (S60: NEIN), geht die elektronische Steuerungseinheit 16 zu Schritt S80 über und steuert den VVT 15 so, dass der Ventilsteuerzeitpunkt in diesem Schritt S80 um einen konstanten Betrag verzögert wird. Dann wartet die elektronische Steuerungseinheit 16 eine festgesetzte Zeitspanne ab (z. B. 30 Sekunden) und kehrt, nachdem die Verbrennung stabil geworden ist, zur Verarbeitung von Schritt S10 zurück.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entspricht die elektronische Steuerungseinheit 16 „der Lerneinrichtung”. Außerdem entspricht in der vorliegenden Ausführungsform die Richtung der Vorverlegung des Ventilsteuerzeitpunkts „der Richtung, in der eine verbesserte Kraftstoffersparnis erwirkt wird”, und der Lernwert des maximalen Vorverlegungsbetrags entspricht „dem maximalen Variationsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Betrag eingeschränkt werden kann”.
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Mit dem variablen Ventilsystem gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können folgende Effekte erreicht bzw. demonstriert werden.
- (1) Das variable Ventilsystem der vorliegenden Ausführungsform besteht aus der variablen Ölverdrängungspumpe 11, bei der die Pumpkapazität verändert werden kann, dem VVT 15, der durch den durch die variable Ölverdrängungspumpe 11 erzeugten hydraulischen Druck betrieben wird und den Ventilsteuerzeitpunkt eines Einlassventils verändern kann, und der elektronischen Steuerungseinheit 16, die als eine Lerneinrichtung dient. Außerdem erlernt die elektronische Steuerungseinheit 16 den Lernwert der minimalen Kapazität, bei dem es sich um eine minimale Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 handelt, bei der der VVT 15 betrieben werden kann, indem die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 allmählich verringert wird, während der VVT 15 betrieben und der Ventilsteuerzeitpunkt verändert wird. Wenn die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 allmählich verringert wird, während der Ventilsteuerzeitpunkt verändert wird, kann der erforderliche hydraulische Druck nicht gewährleistet und der VVT 15 nicht zufriedenstellend betrieben werden. Wenn daher die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 allmählich verringert wird, während der VVT 15 betrieben wird, kann der minimale Wert (minimale Kapazität) der Pumpkapazität ermittelt werden, bei dem der VVT 15 zufriedenstellend betrieben werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird die minimale Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11, bei der der VVT 15 betrieben werden kann, als der Lernwert der minimalen Kapazität erlernt, und das Lernergebnis kann in der sich daran anschließenden Pumpensteuerung verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann daher das variable Ventilsystem in einem Zustand verwendet werden, in dem die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 auf den geringstmöglichen Wert eingestellt ist und die Kraftstoffersparnis weiter verbessert werden kann.
- (2) In der vorliegenden Ausführungsform, wo die elektronische Steuerungseinheit 16 während des Erlernens des Lernwerts der minimalen Kapazität bestätigt, dass die Betriebsgeschwindigkeit des VVT 15 kleiner oder gleich dem voreingestellten Wert β ist, steuert die elektronische Steuerungseinheit die variablen Ölverdrängungspumpe 11, so dass die Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 vorübergehend erhöht und dann wieder verringert wird. Wenn die variable Ölverdrängungspumpe 11 so gesteuert wird, kann die Pumpkapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 auf einen minimalen Wert gesteuert werden, bei dem der VVT 15 betrieben werden kann. Wird eine solche Steuerung der variablen Ölverdrängungspumpe 11 fortgesetzt, z. B. auch wenn die Ölviskosität sich aufgrund eines Anstiegs der Öltemperatur während des Aufwärmvorgangs verändert, kann die Einstellung der optimalen Pumpkapazität, die diesen Veränderungen der Ölviskosität entspricht, dynamisch durchgeführt werden.
- (3) In der vorliegenden Ausführungsform erlernt die elektronische Steuerungseinheit 16 außerdem einen Lernwert des maximalen Vorverlegungsbetrags, bei dem es sich um einen maximalen Variationsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts handelt, bei dem ein Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Wert eingeschränkt werden kann, indem der Drehmomentvariationsbetrag des Verbrennungsmotors bestätigt wird, während der Ventilsteuerzeitpunkt des Einlassventils während des Erlernens des Lernwert der minimalen Kapazität in der Richtung verändert wird, in der eine verbesserte Kraftstoffersparnis erwirkt wird. In einer solchen Ausführungsform wird der VVT 15 so betrieben, dass der Ventilsteuerzeitpunkt des Einlassventils während des vorstehend beschriebenen Erlernens der minimalen Kapazität in der Vorverlegungsrichtung verändert wird, in der eine verbesserte Kraftstoffersparnis erwirkt wird. Wenngleich in einem solchen Fall die Kraftstoffersparnis verändert wird, kommt es aufgrund z. B. einer vermehrten integrierten AGR zu einer baldigen Verschlechterung der Verbrennung und einem Überschreiten des zulässigen Werts durch den Drehmomentvariationsbetrag. Wenn daher der Ventilsteuerzeitpunkt in der Vorverlegungsrichtung verändert wird, in der eine verbesserte Kraftstoffersparnis erwirkt wird, bis bestätigt worden ist, dass die Drehmomentveränderung die Obergrenze des zulässigen Werts überschritten hat, kann der maximale Variationsbetrag (maximale Vorverlegungsbetrag) des Ventilsteuerzeitpunkt ermittelt werden, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Wert eingeschränkt wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird somit der maximale Variationsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts erlernt, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Wert eingeschränkt ist, und das Lernergebnis kann in der sich daran anschließenden Ventilzeitsteuerung herangezogen werden. Der Ventilsteuerzeitpunkt kann daher in der Vorverlegungsrichtung bis zu einer Grenze gesteuert werden, bei der der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Betrag eingeschränkt werden kann. Ein derartiges Erlernen des Lernwerts des maximalen Vorverlegungsbetrags kann zeitgleich parallel mit dem Erlernen des Lernwerts der minimalen Kapazität durchgeführt werden.
- (4) Wenn in der vorliegenden Ausführungsform die elektronische Steuerungseinheit 16 bestätigt, dass der Drehmomentvariationsbetrag während des Erlernens des Lernwerts des maximalen Vorverlegungsbetrags den zulässigen Wert überschritten hat, steuert die elektronische Steuerungseinheit den VVT 15 so, dass der Ventilsteuerzeitpunkt vorübergehend verzögert und dann wieder vorverlegt wird. Wenn die Ventilzeitsteuerung auf diese Art und Weise ausgeführt wird, kann der Ventilsteuerzeitpunkt-Vorverlegungsbetrag auf den maximalen Vorverlegungsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts gesteuert werden, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Betrag eingeschränkt werden kann. Wird eine derartige Ventilzeitsteuerung fortgesetzt, selbst wenn im Anschluss an das Voranschreiten des Aufwärmvorgangs eine Veränderung der Verbrennungsbedingungen folgt und sich auch der maximale Vorverlegungsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts verändert, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Betrag eingeschränkt werden kann, kann die Einstellung des optimalen Ventilsteuerzeitpunkts dynamisch durchgeführt werden, indem eine Anpassung an diese Veränderungen erfolgt.
- (5) In der vorliegenden Ausführungsform implementiert die elektronische Steuerungseinheit 16 das Erlernen des Lernwerts der minimalen Kapazität und des Lernwerts des maximalen Vorverlegungsbetrags während des Aufwärmvorgangs des Verbrennungsmotors. Während des Aufwärmvorgangs des Verbrennungsmotors findet auf den Anstieg der Öltemperatur hin eine deutliche Veränderung der Viskosität des Öls statt. Dabei tritt eine deutliche Ausdehnung der minimalen Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 auf, bei der der VVT 15 betrieben werden kann. Während und mit Fortschreiten des Aufwärmvorgangs findet außerdem eine merkliche Veränderung der Verbrennungsbedingungen statt. Dabei dehnt bzw. weitet sich auch der maximale Vorverlegungsbetrag des Ventilsteuerzeitpunkts, bei dem der Drehmomentvariationsbetrag auf den zulässigen Wert eingeschränkt werden kann, immer mehr aus. Somit kann in Bezug auf eine Verbesserung der Kraftstoffersparnis eine deutliche Wirkung erzielt bzw. demonstriert werden, indem solchen Bedingungen entsprechend der Lernwert der minimalen Kapazität und der Lernwert des maximalen Vorverlegungsbetrag erlernt werden.
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Die nachstehend erläuterten Veränderungen können an der vorstehend beschriebenen Ausführungsform noch zusätzlich vorgenommen werden. In der Ausführungsform wird die Lernsteuerung des Lernwerts der minimalen Kapazität und des Lernwerts des maximalen Vorverlegungsbetrags während des Aufwärmvorgangs des Verbrennungsmotors durchgeführt, doch, wenn es die Umstände erlauben, kann die Lernsteuerung auch außerhalb des Aufwärmzeitraums implementiert werden.
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Wenn in der vorliegenden Ausführungsform bestätigt wird, dass der Drehmomentvariationsbetrag den zulässigen Betrag während des Erlernens des Lernwerts des maximalen Vorverlegungsbetrags überschritten hat, wird der VVT 15 so gesteuert, dass der Ventilsteuerzeitpunkt vorübergehend verzögert und dann wieder vorverlegt wird, wobei die Einstellung des optimalen Ventilsteuerzeitpunkts dynamisch durchgeführt wird, indem eine Anpassung an die Variationen in der Verbrennungsumgebung erfolgt. Wenn die einzige Aufgabe darin besteht, den Lernwert des maximalen Vorverlegungsbetrags zu erlernen, kann die Lernsteuerung auch beendet werden, wenn bestätigt wird, dass der Drehmomentvariationsbetrag den zulässigen Betrag überschritten hat und das Erlernen des maximalen Vorverlegungsbetrags beendet ist.
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Wenn in der vorliegenden Ausführungsform während des Erlernens des Lernwerts der minimalen Kapazität bestätigt wird, dass die Betriebsgeschwindigkeit des VVT 15 kleiner oder gleich dem voreingestellten Wert β ist, wird die variable Ölverdrängungspumpe 11 so gesteuert, dass die Kapazität der variablen Ölverdrängungspumpe 11 vorübergehend erhöht und dann wieder verringert wird, wobei die Einstellung der optimalen Pumpkapazität dynamisch durchgeführt wird, indem eine Anpassung an die Variationen der Ölviskosität erfolgt, die durch einen Anstieg der Öltemperatur verursacht wird. Wenn die einzige Aufgabe im Erlernen des Lernwerts der minimalen Kapazität besteht, kann die Lernsteuerung auch beendet werden, wenn die Betriebsgeschwindigkeit des VVT 15 kleiner oder gleich dem voreingestellten Wert β ist und das Erlernen des Lernwerts der minimalen Kapazität beendet ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird das Erlernen des Lernwerts der minimalen Kapazität und des Lernwerts des maximalen Vorverlegungsbetrags durchgeführt, während der VVT 15 in der Vorverlegungsrichtung angetrieben wird. Abhängig von der Konfiguration des variablen Ventilsystems sowie den Umständen während der Implementierung der Lernsteuerung ist jedoch auch eine Verbesserung der Kraftstoffersparnis in Reaktion auf den Antrieb des VVT 15 in der Verzögerungsrichtung möglich. In einem solchen Fall kann das Erlernen des Lernwerts der minimalen Kapazität und des Lernwerts des maximalen Vorverlegungsbetrags auch durchgeführt werden, während der VVT 15 in der Verzögerungsrichtung angetrieben wird.
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In der vorliegenden Ausführungsform werden das Erlernen des Lernwerts der minimalen Kapazität und des Lernwert des maximalen Vorverlegungsbetrags zeitgleich parallel durchgeführt. Wenn jedoch das Erlernen von einem der beiden Lernwerte nicht notwendig ist, besteht die Möglichkeit das Erlernen von nur dem notwendigen Lernwert einzeln durchzuführen. Wird ferner nur das Erlernen des Lernwerts der minimalen Kapazität einzeln durchgeführt, handelt es sich bei der Antriebsrichtung des VVT 15 während des Erlernens nicht notwendigerweise um die Richtung, in der eine Verbesserung der Kraftstoffersparnis erwirkt wird. Somit kann als die Antriebsrichtung des VVT 15 während des Lernvorgangs eine beliebige Richtung ausgewählt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird das variable Ventilsystem, das den VVT 15 beinhaltet, der den Ventilsteuerzeitpunkt des Einlassventils verändern kann, anhand eines Beispiels erläutert, jedoch kann die Erfindung auch in der Art und Weise zur Anwendung gelangen, die der Ausführungsform eines variablen Ventilsystems entspricht, das mit einem variablen hydraulischen Ventilmechanismus ausgestattet ist, der den Ventilsteuerzeitpunkt der Auslassventil verändern kann.
