DE102018101436B4

DE102018101436B4 - Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102018101436B4
Application number: DE102018101436.8A
Authority: DE
Inventors: Akira Kato; Shinichi Mitani; Shintaro Hotta
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2038-01-24
Also published as: JP6544363B2; US20180209360A1; JP2018119443A; DE102018101436A1; US10677178B2

Abstract

Steuerungsvorrichtung (50) für einen Verbrennungsmotor, welche dazu ausgelegt ist, einen Motor (10) zu steuern, bei welchem ein Teil des Abgases als externes AGR-Gas von einem Abgassystem an ein Ansaugsystem rückgeführt wird, wobei die Steuerungsvorrichtung (50) aufweist:ein AGR-Kennfeld, welches ein Verhältnis zwischen einem Betriebsbereich, welcher durch eine Motorgeschwindigkeit und eine Motorlast definiert ist, und einem Zielwert der externen AGR-Rate definiert, und welcher einen vorbestimmten Teilbereich hat, in welchem der Zielwert auf einen Höchstwert eingestellt ist; undein Betriebswinkelkennfeld, welches ein Verhältnis zwischen dem Betriebsbereich und einem Betriebswinkel eines Einlassnockens für das Antreiben eines Einlassventils des Motors definiert,wobei das Betriebswinkelkennfeld derart eingestellt ist, dassein großer Betriebswinkel in einem ersten Bereich ausgewählt wird, welcher einen Bereich umfasst, welcher dem vorbestimmten Teilbereich entspricht, wobei der große Betriebswinkel das Einlassventil in einem ersten Kurbelwinkelprofil (CA1) schließen kann, welches einen Kurbelwinkel umfasst, bei dem die Saugeffizienz am höchsten ist, undein kleiner Betriebswinkel in einem zweiten Bereich ausgewählt wird, in welchem die Motorlast höher als in dem ersten Bereich ist, wobei der kleine Betriebswinkel das Einlassventil in einem zweiten Kurbelwinkelprofil (CA2) schließen kann, welches näher bei der Seite des unteren Totpunkts angeordnet ist als das erste Kurbelwinkelprofil (CA1),wobei die Steuerungsvorrichtung (50) dazu ausgelegt ist:den Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld auszuwählen, wenn vorhergesagt worden ist, dass der Motorbetriebszustand in einem Teilbereich bleibt, welcher den gleichen Zielwert in dem AGR-Kennfeld hat; und,wenn vorhergesagt ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit einem niedrigen Zielwert zu einem Teilbereich mit einem hohen Zielwert in dem AGR-Kennfeld verschoben wird, eine Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Richtung der abnehmenden Motorlast zu verändern und anschließend den Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld auszuwählen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
Hintergrund
Die Druckschrift JP 2013- 72 342 A offenbart eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche dazu ausgelegt ist, einen Motor zu steuern, in welchem ein Teil des Abgases als externes AGR-Gas von einem Abgassystem in ein Ansaugsystem rückgeführt wird. Bei einer derartigen herkömmlichen Steuerungsvorrichtung wird ein Öffnungsgrad eines AGR-Ventils auf der Grundlage eines Kennfelds gesteuert, welches ein Verhältnis zwischen einem durch die Motorgeschwindigkeit und eine Motorlast definierten Betriebsbereich und einer Zielmenge des externen AGR-Gases (im Folgenden als ein „Ziel-AGR-Menge“ bezeichnet) definiert. In dem Kennfeld sind die Betriebsbereiche durch Konturlinien der Ziel-AGR-Menge getrennt. Gemäß dem Kennfeld wird die Ziel-AGR-Menge in einem Teilbereich, welcher einen Bereich einer mittleren Motorgeschwindigkeit und einer mittleren Motorlast umfasst, auf einen Höchstwert eingestellt und nimmt von diesem Teilbereich hin zu einem Randteilbereich ab.
Die Ziel-AGR-Mengen in dem Kennfeld werden durch ein im Vorhinein durchgeführtes Experiment oder eine Simulation erhalten. Gemäß dem Kennfeld kann eine tatsächliche externe AGR-Menge (im Folgenden auch als eine „tatsächliche AGR-Menge" bezeichnet) auf einem optimalen Wert gehalten, während eines stabilen Betriebs, in welchem der Motorbetriebszustand in einem Teilbereich bleibt, welcher eine gleiche Ziel-AGR-Menge hat. Auf der anderen Seite wird die tatsächliche AGR-Menge stark durch eine Zeitverzögerung während eines Übergangsbetriebs beeinflusst, in welchem der Motorbetriebszustand über die Konturlinie der Ziel-AGR-Menge hinweg verschoben wird. Wenn der Motorbetriebszustand beispielsweise von einem Teilbereich mit einer niedrigen Ziel-AGR-Menge zu einem Teilbereich mit einer hohen Ziel-AGR-Menge verschoben wird, bewirkt der große Einfluss der Zeitverzögerung eine Periode, während welcher die tatsächliche AGR-Menge die Ziel-AGR-Menge nicht erreicht, was dazu führt, dass während dieser Periode leicht ein Klopfen auftritt. Demgemäß ist eine Gegenmaßnahme gegen ein derartiges Klopfen während des Übergangsbetriebs notwendig.
Die Druckschriften EP 3 348 817 A1 und JP 2016 - 89 749 A offenbaren Steuerungsvorrichtungen für Verbrennungsmotoren, wobei eine AGR-Rate anhand eines AGR-Kennfelds sowie ein Betriebswinkel eines Einlassnockens zur Einstellung einer Einlassventilöffnungsphase anhand eines Betriebswinkelkennfelds eingestellt werden, wobei das Betriebswinkelkennfeld abhängig von der Motorlast zumindest einen großen Betriebswinkel (erster Bereich) und einen kleinen Betriebswinkel (zweiter Bereich) mit unterschiedlichen Einlassventilöffnungsphasen bereitstellt.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit dem vorstehend beschriebenen Problem und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gegenmaßnahme gegen das Klopfen bereitzustellen, wenn der Motorbetriebszustand von dem Teilbereich mit der niedrigen Ziel-AGR-Menge zu dem Teilbereich mit der hohen Ziel-AGR-Menge verschoben wird, in einem Fall, in welchem ein Öffnungsgrad eines AGR-Ventils basierend auf dem Kennfeld gesteuert wird, welches ein Verhältnis zwischen der Zielmenge des externen AGR-Gases und dem Motorbetriebsbereich definiert.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche dazu ausgelegt ist, einen Motor zu steuern, in welchem ein Teil des Abgases als externes AGR-Gas von einem Abgassystem an ein Ansaugsystem rückgeführt wird,
wobei die Steuerungsvorrichtung aufweist:

ein AGR-Kennfeld, welches ein Verhältnis zwischen einem Betriebsbereich, welcher durch eine Motorgeschwindigkeit und einer Motorlast definiert ist, und einem Zielwert der externen AGR-Rate definiert, und einen vorbestimmten Teilbereich hat, in welchem der Zielwert auf einen Höchstwert eingestellt ist; und
ein Betriebswinkelkennfeld, welches ein Verhältnis zwischen dem Betriebsbereich und einem Betriebswinkel eines Einlassnockens zum Antreiben eines Einlassventils des Motors definiert,
wobei das Betriebswinkelkennfeld derart eingestellt ist, dass
ein großer Betriebswinkel in einem ersten Bereich ausgewählt wird, welcher einen Bereich aufweist, welcher dem vorbestimmten Teilbereich entspricht, wobei der große Betriebswinkel das Einlassventil in einem ersten Kurbelwinkelprofil schließen kann, welches einen Kurbelwinkel umfasst, bei welchem die Saugeffizienz am höchsten ist, und
ein kleiner Betriebswinkel in einem zweiten Bereich ausgewählt wird, in welchem die Motorlast höher als die des ersten Bereichs ist, wobei der kleine Betriebswinkel das Einlassventil in einem zweiten Kurbelwinkelprofil schließen kann, welches näher bei einer Seite des unteren Totpunkts angeordnet ist als das erste Kurbelwinkelprofil,
wobei die Steuerungsvorrichtung dazu ausgelegt ist:
- den Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld auszuwählen, wenn vorhergesagt worden ist, dass der Motorbetriebszustand in einem Teilbereich bleibt, welcher den gleichen Zielwert in dem AGR-Kennfeld hat; und
- wenn vorhergesagt worden ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit einem niedrigen Zielwert zu einem Teilbereich mit einem hohen Zielwert in dem AGR-Kennfeld verschoben wird, eine Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Richtung der Abnahme der Motorlast zu verändern und dann den Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld auszuwählen.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Steuerungsvorrichtung weiterhin dazu ausgelegt ist:

wenn bestimmt worden ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit dem niedrigen Zielwert zu einem Teilbereich mit einem hohen Zielwert in dem AGR-Kennfeld verschoben wird,
wenn der Motorbetriebszustand in eine Richtung der Zunahme der Motorgeschwindigkeit und der Motorlast verschoben wird, einen Veränderungsgrad der Grenze zu erhöhen, wenn eine positive Veränderungsrate eines Beschleunigeröffnungsgrads des Motors größer wird, und
wenn der Motorbetriebszustand in eine Richtung der Abnahme der Motorgeschwindigkeit und der Motorlast verschoben wird, den Veränderungsgrad der Grenze zu erhöhen, wenn eine negative Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads größer wird.

Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß des ersten Aspekts,
wobei die Steuerungsvorrichtung weiterhin dazu ausgelegt ist:

wenn vorhergesagt worden ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit dem niedrigen Zielwert zu einem Teilbereich mit dem hohen Zielwert in dem AGR-Kennfeld verschoben wird,
ein Zeitintervall von einem Veränderungspunkt des in Übereinstimmung mit dem AGR-Kennfeld eingestellten Zielwerts bis zu einem Start der Zunahme einer tatsächlichen externen AGR-Rate zu berechnen; und
den Veränderungsgrad der Grenze zu erhöhen, wenn das Zeitintervall größer wid.

Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte,
wobei der Motor einen Turbolader aufweist, welcher einen Kompressor und eine Turbine aufweist, und das externe AGR-Gas von einer Seite stromabwärts der Turbine zu einer Seite stromaufwärts des Kompressors rückgeführt wird.
Gemäß dem ersten Aspekt wird, wenn vorhergesagt worden ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit einem niedrigen Zielwert der externen AGR-Rate zu einem Teilbereich mit einem hohen Zielwert der externen AGR-Rate in dem AGR-Kennfeld verschoben wird, die Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Richtung der abnehmenden Motorlast verändert, und dann wird der Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld ausgewählt. Daher kann, wenn der Zielwert der externen AGR-Rate zunimmt, der kleine Betriebswinkel während einer Periode ausgewählt werden, während der die tatsächliche externe AGR-Rate den Zielwert nicht erreicht. Das Einlassventil kann in dem zweiten Kurbelwinkelprofil durch das Auswählen des kleinen Betriebswinkels geschlossen werden, wodurch die Saugeffizienz im Vergleich zu einem Fall niedriger wird, in welchem der große Betriebswinkel ausgewählt wird, um das Einlassventil in dem ersten Kurbelwinkelprofil zu schließen, welches einen Kurbelwinkel umfasst, bei welchem die Saugeffizienz am höchsten ist. Demgemäß können die zylinderinternen Bedingungen während der Periode verbessert werden, während der die tatsächliche AGR-Rate nicht die Ziel-AGR-Rate erreicht, um einen Zustand zu vermeiden, welcher dafür anfällig ist, ein Klopfen zu bewirken. Da das zweite Kurbelwinkelprofil näher bei dem unteren Totpunkt angeordnet ist als das erste Kurbelwinkelprofil, kann die Gasmenge, welche von einem Zylinder, während das Einlassventil geöffnet ist, an eine Ansaugöffnung rückgeführt wird, reduziert werden, wodurch eine Temperaturzunahme des zylinderinternen Gases unterdrückt wird. Sogar wenn die Saugeffizienz im Vergleich zu einem Fall, in welchem der große Betriebswinkel unabhängig von der Auswahl des kleinen Betriebswinkels ausgewählt wird, nicht verringert wird, kann der Zustand, welcher dafür anfällig ist, ein Klopfen zu verursachen, vermieden werden.
Gemäß dem zweiten Aspekt kann der Veränderungsgrad der Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in Übereinstimmung mit der Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads verändert werden. Demgemäß werden die zylinderinternen Bedingungen während der Periode, während der die tatsächliche externe AGR-Rate die externe Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, in Übereinstimmung mit dem Einflussgrad durch die Zeitverzögerung verbessert, um einen Zustand, welcher dafür anfällig ist, ein Klopfen zu verursachen, zu vermeiden.
Gemäß dem dritten Aspekt wird die Zeitverzögerung von dem Veränderungspunkt des Zielwerts der externen AGR-Rate, welche in Übereinstimmung mit dem AGR-Kennfeld eingestellt worden ist, um den Startpunkt der Zunahme des tatsächlichen Werts der externen AGR-Rate festzulegen, direkt berechnet, und der Veränderungsgrad der Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich kann erhöht werden, wenn die Zeitverzögerung größer wird. Daher können die zylinderinternen Bedingungen während der Periode verbessert werden, während der die tatsächliche externe AGR-Rate den Zielwert der externen AGR-Rate nicht erreicht, um einen Zustand zu vermeiden, welcher dafür anfällig ist, ein Klopfen zu verursachen.
Gemäß dem vierten Aspekt können die zylinderinternen Bedingungen des Motors, welcher mit einer LPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet ist, während der Periode verbessert werden, während der die tatsächliche externe AGR-Rate den Zielwert der externen AGR-Rate nicht erreicht, um einen Zustand zu vermeiden, welcher dafür anfällig ist, ein Klopfen zu verursachen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein beispielhafter Graph, welcher Nockenprofile von zwei Typen von Einlassnocken beschreibt, welche in dem System gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind;
3 ist ein beispielhafter Graph, welcher ein Verhältnis zwischen einem Motorbetriebsbereich und einer Ziel-AGR-Rate zeigt;
4 ist ein beispielhafter Graph, welcher ein Verhältnis zwischen dem Motorbetriebsbereich und dem Nocken für das Antreiben des Einlassventils zeigt;
5 ist ein beispielhafter Graph, welcher einen Einlassventilschließzeitpunkt zeigt;
6 ist ein beispielhafter Graph, welcher eine Veränderung in dem Motorbetriebszustand während des Übergangsbetriebs (Beschleunigungsbetriebs) zeigt;
7 ist ein Graph, welcher ein Verfahren zur Veränderung einer Umschaltgrenze bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt;
8 ist ein Zeitdiagramm, welches jeweils ein Verhältnis zwischen den Übergängen eines Beschleunigeröffnungsgrads, einer Motorlast, einer externen AGR-Rate und einer Antriebswelle zeigt, wenn ein Betriebspunkt von PA zu PB, wie in 6 gezeigt, verschoben wird;
9 ist ein beispielhafter Graph, welcher eine Veränderung in dem Motorbetriebszustand während des Übergangsbetriebs (Verzögerungsbetriebs) zeigt;
10 ist ein Graph, welcher ein Verfahren zur Veränderung einer Umschaltgrenze bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Zeitdiagramm, welches jeweils ein Verhältnis zwischen den Übergängen eines Beschleunigeröffnungsgrads, einer Motorlast, einer externen AGR-Rate und eines Antriebsnocken zeigt, wenn der Betriebspunkt von PB zu PA, wie in 10 gezeigt, verschoben wird;
12 ist ein Zeitdiagramm, welches Veränderungsraten des Beschleunigeröffnungsgrads und die Übergänge der externen AGR-Raten jeweils während des Beschleunigungsbetriebs zeigt;
13 ist ein Zeitdiagramm, welches die Veränderungsraten des Beschleunigeröffnungsgrads und die Übergänge der externen AGR-Raten jeweils während des Verzögerungsbetriebs zeigt;
14 ist ein Graph, welcher ein Verfahren der Einstellung einer Schaltgrenze bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist ein Graph, welcher ein Verfahren der Einstellung einer Schaltgrenze bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt
16 ist ein Graph, welcher ein Verhältnis zwischen einer externen AGR-Rate und einer Ansauglufttemperatur, und ein Verhältnis zwischen der externen AGR-Rate und einem Kurbelwinkel, bei welchen ein zylinderinterner Druck am höchsten ist (Zeitpunkt der Erzeugung des maximalen zylinderinternen Drucks) bei drei Typen von Verbrennungsmotoren, auf welche die vorliegende Erfindung anwendbar ist, jeweils zeigt; und
17 ist ein Graph, welcher Beispiele von Verschiebungen von Betriebspunkten zeigt, auf welche die bei den ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren anwendbar sind.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der Zeichnungen beschrieben. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass gemeinsame Elemente in einer jeden Figur mit denselben Bezugszeichen versehen sind und eine doppelte Beschreibung davon weggelassen wird. Es sollte auch zur Kenntnis genommen werden, dass die folgenden Ausführungsformen die vorliegende Erfindung nicht beschränken.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 8 beschrieben.
Beschreibung des Systemkonfigurationsbeispiels
1 ist ein Diagramm, welches ein Konfigurationsbeispiel eines Systems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das in 1 gezeigte System ist ein System für einen in einem Fahrzeug montierten Verbrennungsmotor. Das in 1 gezeigte System weist einen Verbrennungsmotor 10 als Antriebsquelle auf. Der Verbrennungsmotor 10 ist ein Viertakt-Hubkolbenmotor, also ein Dreizylinder-Reihenmotor. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Anzahl und die Anordnung der Zylinder des Verbrennungsmotors 10 in keiner Weise auf die vorstehend beschriebene Anzahl und Anordnung beschränkt sind. Ein jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kommuniziert mit einer Ansaugleitung 12 und einer Abgasleitung 14.
Ein Ansaugsystem des Verbrennungsmotors 10 wird beschrieben. Ein Luftreiniger 16 ist in der Nachbarschaft eines Einlasses der Ansaugleitung 12 angeordnet. Ein Kompressor 18a eines Turboladers 18 ist stromabwärts von dem Luftreiniger 16 vorgesehen. Der Kompressor 18a wird durch die Rotation einer Turbine 18b, welche in der Abgasleitung 14 angeordnet ist, dazu angetrieben, Ansaugluft zu komprimieren. Ein elektronisch gesteuertes Drosselventil 20 ist stromabwärts von dem Kompressor 18a angeordnet. Ein Ansaugkrümmer 22, welcher mit den Ansaugöffnungen eines jeden Zylinders verbunden ist, ist stromabwärts von dem Drosselventil 20 angeordnet. Ein Ladeluftkühler 24 vom wassergekühlten Typ ist in dem Ansaugkrümmer 22 eingebaut. In den Ladeluftkühler 24 strömende Ansaugluft wird durch einen Wärmetausch mit Kühlwasser gekühlt, welches in einer Kühlleitung 26 fließt.
Als Nächstes wird ein Abgassystem des Verbrennungsmotors 10 beschrieben. Die Turbine 18b des Turboladers 18 ist in der Abgasleitung 14 angebracht. Die Turbine 18b ist mit dem Kompressor 18a verbunden. Die Turbine 18b wird durch die Energie des in die Abgasleitung 14 strömenden Abgases gedreht. Eine Bypass-Leitung 28, welche die Turbine 18b umgeht, ist in der Mitte der Abgasleitung 14 vorgesehen. Ein WGV (Wastegate-Ventil) 30 ist in der Bypass-Leitung 28 vorgesehen. Das WGV 30 wird geöffnet, wenn ein Abgasleitungsdruck (Rückdruck) auf einer Seite stromaufwärts der Turbine 18b höher als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn das WGV 30 geöffnet ist, strömt ein Teil des Abgases, welches auf der Seite stromaufwärts der Turbine 18b strömt, durch die Bypass-Leitung 28 auf die Seite stromabwärts der Turbine 18b.
Katalysatoren 32 und 34 für das Reinigen des Abgases sind stromabwärts der Turbine 18b vorgesehen.
Als Nächstes wird ein AGR-System für den Verbrennungsmotor 10 beschrieben. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine LPL-AGR-(Niedrigdruckschleifen-AGR)-Vorrichtung auf. Die LPL-AGR-Vorrichtung 36 weist eine AGR-Leitung 38 auf, welche die Abgasleitung 14 zwischen den Katalysatoren 32 und 34 und die Ansaugleitung 12 stromaufwärts des Kompressors 18a verbindet. Ein AGR-Kühler 40 vom wassergekühlten Typ ist in der Mitte der AGR-Leitung 38 vorgesehen. In den AGR-Kühler 40 einströmendes Abgas (das heißt, externes AGR-Gas) wird durch einen Wärmetausch mit Kühlwasser, welches in einer Kühlleitung 42 fließt, gekühlt. Ein elektronisch gesteuertes AGR-Ventil 44 ist stromabwärts des AGR-Kühlers 40 vorgesehen. Eine Veränderung eines Öffnungsgrads des AGR-Ventils 44 bewirkt eine Veränderung einer Flussmenge des externen AGR-Gases, welches von der AGR-Leitung 38 in die Ansaugleitung 12 strömt. Wenn der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 44 größer wird, nimmt eine externe AGR-Rate zu.
Als Nächstes wird ein Ventilsystem für den Verbrennungsmotor 10 beschrieben. 2 ist ein beispielhafter Graph, welcher Nockenprofile (Angabe von mindestens einem Hubbetrag und einem Betriebswinkel, desgleichen soll im Folgenden angewandt werden) von zwei Typen von Einlassnocken zeigt, welche in dem System gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Wie in 2 gezeigt, weist das System gemäß der ersten Ausführungsform einen großen Nocken und einen kleinen Nocken als die zwei Typen von Einlassnocken auf. Der kleine Nocken hat einen Betriebswinkel und einen Hubbetrag, welche kleiner sind als die des großen Nockens. Der große Nocken und der kleine Nocken sind auf einer Nockenwelle vorgesehen, welche synchron mit einer Kurbelwelle rotiert. Zwei Paare von großen und kleinen Nocken sind auf einem Zylinder vorgesehen, weil zwei Einlassventile pro Zylinder vorgesehen sind. Jedoch kann die Anzahl von Einlassventilen pro Zylinder in der vorliegenden Erfindung auch eins, drei oder mehr sein. Einer der Einlassnocken wird als ein Antriebsnocken zum Antreiben des Einlassventils (im Folgenden auch als „Antriebsnocken“ bezeichnet) verwendet. Der Antriebsnocken wird zwischen dem großen Nocken und dem kleinen Nocken durch ein Umschaltbetrieb eines Umschaltmechanismus umgeschaltet.
Die Nockenwelle, welche den großen Nocken und den kleinen Nocken trägt, ist mit einem VVT (Variabler Ventilzeitpunktmechanismus) ausgestattet. Der VVT ist ein Mechanismus, welcher eine Rotationsphasendifferenz der Nockenwelle mit Bezug auf die Kurbelwelle variiert, um dadurch die Ventilöffnungseigenschaften des Einlassventils zu variieren. Der VVT weist ein Gehäuse, welches mit der Kurbelwelle über eine Steuerungskette oder Ähnliches verbunden ist, und einen Flügelkörper auf, welcher in dem Gehäuse vorgesehen und an einem Endabschnitt der Nockenwelle angebracht ist. Hydraulischer Druck wird einer hydraulischen Kammer, welche durch das Gehäuse abgetrennt ist, und dem Flügelkörper zugeführt, um es dadurch dem Flügelkörper zu ermöglichen, mit Bezug auf das Gehäuse relativrotiert zu werden, und es weiter zu ermöglichen, dass die Rotationsphasendifferenz der Nockenwelle bezogen auf die Kurbelwelle variiert werden kann. Der an den VVT gelieferte hydraulische Druck wird durch ein hydraulisches Drucksteuerungsventil gesteuert, welches in einer hydraulischen Druckzufuhrleitung vorgesehen ist. Ein System des VVTs ist bekannt und eine Konfiguration des Systems wird bei der vorliegenden Erfindung nicht beschränkt, weswegen weitere Beschreibungen des WTs weggelassen werden.
Zurückkehrend auf 1 wird das Konfigurationsbeispiel des Systems weiter beschrieben. Das in 1 gezeigte System weist eine ECU (Elektronische Steuerungseinheit) 50 als eine Steuerungsvorrichtung auf. Die ECU 50 weist einen RAM (Random Access Memory), einen ROM (Read Only Memory), eine CPU (Mikroprozessor) und Ähnliches auf. Die ECU 50 empfängt und verarbeitet Signale von verschiedenen in dem Fahrzeug montierten Sensoren. Die verschiedenen Sensoren umfassen ein Luftflussmessgerät 52, einen Kurbelwinkelsensor 54, einen Beschleunigeröffnungsgradsensor 56 und einen Ladedrucksensor 58. Das Luftflussmessgerät 52 ist in der Nachbarschaft des Luftreinigers 60 vorgesehen und erfasst eine Ansaugluftmenge. Der Kurbelwinkelsensor 54 gibt in Übereinstimmung mit einem Rotationswinkel der Kurbelwelle ein Signal aus. Der Beschleunigeröffnungsgradsensor 56 erfasst einen Betätigungsgrad eines Gaspedals durch einen Fahrer. Der Ladedrucksensor 58 erfasst einen Ansaugleitungsdruck (Ladedruck) stromaufwärts des Drosselventils 20. Die ECU 50 empfängt und verarbeitet die Signale von verschiedenen Sensoren, um verschiedene Aktuatoren in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Steuerungsprogramm zu betreiben. Die verschiedenen Aktuatoren umfassen das vorstehend beschriebene Drosselventil 20 und das WGV 30. Die verschiedenen Aktuatoren weisen auch einen VVT 60 und einen Nockenumschaltmechanismus 62 auf.
Kennzeichnende Steuerung der ersten Ausführungsform
3 ist ein beispielhafter Graph, welcher ein Verhältnis zwischen einem Motorbetriebsbereich und einer Ziel-AGR-Rate zeigt. Das Verhältnis in 3 wird basierend auf einer im Vorhinein durchgeführten Simulation erzeugt. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Ziel-AGR-Rate einen Zielwert bezeichnet, welcher durch ein Teilen einer externen AGR-Gasmenge durch eine Ansaugluftmenge erhalten wird, und auch als ein Wert bezeichnet werden kann, welcher durch ein Teilen der vorstehend beschriebenen Ziel-AGR-Menge durch die Ansaugluftmenge erhalten wird. Unter den in 3 gezeigten, durch Konturlinien getrennten Bereichen, ist die Ziel-AGR-Rate in dem Teilbereich auf den höchsten Wert eingestellt, welcher eine mittlere Motorgeschwindigkeit und eine mittlere Motorlast umfasst. Daher wird die externe AGR-Rate in dem Bereich der mittleren Motorgeschwindigkeit und mittleren Motorlast, welche mit einer besonders hohen Frequenz verwendet wird, erhöht, um eine Ansauglufttemperatur zu reduzieren, wodurch die Wärmeeffizienz verbessert wird. Die Ziel-AGR-Rate wird in einem Betriebsbereich, für welchen die Verwendungsfrequenz relativ geringer ist, auf einen niedrigen Wert eingestellt. Insbesondere wird die Ziel-AGR-Rate in den Teilbereichen auf einen im Vergleich mit einem Wert in den Teilbereichen, welche einen mittleren Motorlastbereich umfassen, niedrigen Wert eingestellt, welche einen hohen Motorlastbereich und einen niedrigen Motorlastbereich umfassen. Ähnlich dazu wird die Ziel-AGR-Rate auf einen im Vergleich zu einem Wert in den Teilbereichen, welche einen Bereich der mittleren Motorgeschwindigkeit aufweisen, niedrigen Wert in den Teilbereichen eingestellt, welche einen Teilbereich der hohen Motorgeschwindigkeit und einen Teilbereich der niedrigen Motorgeschwindigkeit aufweisen. Bei der ersten Ausführungsform ist das in 3 gezeigte Verhältnis in dem ROM der ECU als Kennfeld gespeichert und ein tatsächlicher Betriebszustand wird auf das Kennfeld angewandt, um dadurch einen Öffnungsgrad des AGR-Ventils zu steuern.
Bei der ersten Ausführungsform wird der Motor durch eine Kombination eines Einlassventilschließzeitpunkts mit der vorstehend beschriebenen Ziel-AGR-Rate gesteuert. 4 ist ein beispielhafter Graph, welcher ein Verhältnis zwischen dem Motorbetriebsbereich und dem Nocken, welcher das Einlassventil antreibt, zeigt. Wie in 4 gezeigt, wird der große Nocken in dem Bereich der mittleren Motorgeschwindigkeit und mittleren Motorlast und dem Bereich der niedrigen Motorgeschwindigkeit und niedrigen Motorlast ausgewählt, und der kleine Nocken wird in dem Bereich der hohen Motorgeschwindigkeit und der hohen Motorlast ausgewählt. Bei der ersten Ausführungsform ist das in 4 gespeicherte Verhältnis in der ROM der ECU als Kennfeld gespeichert, und ein tatsächlicher Betriebszustand wird auf das Kennfeld angewandt, um dadurch den Schaltbetrieb des Nockenumschaltmechanismus zu steuern.
5 ist ein beispielhafter Graph, welcher einen Einlassventilschließzeitpunkt beschreibt. Wie in 5 gezeigt, wird, wenn ein Antriebsnocken ein großer Nocken ist, das Einlassventil in einem Kurbelwinkelprofil CA₁ geschlossen, welches mit Bezug auf die Seite des unteren Totpunkts zurückgesetzt ist (ABDC=0). Auf der anderen Seite wird das Einlassventil, wenn der Antriebsnocken ein kleiner Nocken ist, früh in einem Kurbelwinkelprofil CA₂ geschlossen, welches den unteren Totpunkt umfasst. Die Weiten der Kurbelwinkelprofile CA₁ und CA₂, welche in 5 gezeigt sind, sind dazu vorgesehen, den Einlassventilschließzeitpunkt durch den VVT zu verändern. Wenn der große Nocken als Antriebsnocken ausgewählt wird, um die Motorleistung zu erhöhen, wird das Kurbelwinkelprofil CA₁ so eingestellt, dass es einen Kurbelwinkel umfasst, bei welchem die Saugeffizienz maximiert ist. Wenn auf der anderen Seite der kleine Nocken, welcher einen kleinen Hubbetrag hat, als der Antriebsnocken ausgewählt ist, wird das Kurbelwinkelprofil CA₂ so eingestellt, dass es den Kurbelwinkel, bei welchem die Saugeffizienz maximiert ist, nicht umfasst. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die in 5 gezeigte Saugeffizienz unter Betriebsbedingungen erreicht werden kann, in welchen beispielsweise die Motorgeschwindigkeit fix ist.
Wenn das AGR-Ventil auf der Grundlage des in 3 gezeigten Verhältnisses gesteuert wird, kann eine tatsächliche externe AGR-Rate (im Folgenden auch als „tatsächliche AGR-Rate“ bezeichnet) auf einen optimalen Wert während eines stabilen Betriebs gesteuert werden, bei welchem der Motorbetriebszustand in einem Teilbereich bleibt, welcher eine gleiche Ziel-AGR-Rate hat. Andererseits wird die tatsächliche AGR-Rate stark durch eine Zeitverzögerung während eines Übergangsbetriebs beeinflusst, in welchem der Motorbetriebszustand über die Konturlinie der Ziel-AGR-Rate hinaus verschoben wird. Dieses Problem wird mit Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist ein beispielhafter Graph, welcher eine Veränderung in dem Motorbetriebszustand während des Übergangsbetriebs zeigt. 6 ist ein Graph, in welchem die in den 3 und 4 gezeigten Verhältnisse kombiniert sind. 6 zeigt ein Beispiel einer Veränderung in dem Motorbetriebszustand während eines Beschleunigungsbetriebs. Dieses Beispiel setzt voraus, dass der Motorbetriebszustand von einem Betriebspunkt PA zu einem Betriebspunkt PB verändert wird. Wenn der Betriebspunkt von PA zu PB verschoben wird, wird der Betriebspunkt von einem Teilbereich R₂ zu einem Teilbereich R₁ und weiter von dem Teilbereich R₁ über den Teilbereich R₂ zu dem Teilbereich R₃ verschoben.
Die Ziel-AGR-Rate wird in dem Teilbereich R₁ auf den höchsten Wert eingestellt und wird niedriger in der Reihenfolge der Teilbereiche R₂, R₃ und R₄. Daher nimmt, wenn der Betriebspunkt von PA zu PB verschoben wird, die Ziel-AGR-Rate zeitweise zu und nimmt dann ab. Die Zeitverzögerung verursacht jedoch eine Periode, während der die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, während die Ziel-AGR-Rate zunimmt. Wenn die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, wird die durch die hohe externe AGR-Rate beibehaltene Wärmeeffizienz verringert, und es tritt leicht ein Klopfen auf.
In Anbetracht dieser Gründe wird bei der ersten Ausführungsform eine Betriebsbereichsgrenze für das Umschalten des Antriebsnockens (im Folgenden auch als eine „Umschaltgrenze“ bezeichnet) in eine Richtung der abnehmenden Motorlast verändert, wenn vorhergesagt ist, dass die Ziel-AGR-Rate über die in 3 gezeigte Konturlinie zunehmen wird. 7 ist ein Graph, welcher ein Verfahren zur Veränderung der Umschaltgrenze bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Betriebspunkte PA, PB, und die Teilbereiche R₁ bis R₄, welche in 7 gezeigt sind, entsprechen jeweils den Betriebspunkten PA, PB und den Teilbereichen R₁ bis R₄, welche in 6 gezeigt sind. Wie aus einem Vergleich von 6 und 7 ersichtlich, wird die Umschaltgrenze in 7 in der Richtung der abnehmenden Motorlast verändert. Durch eine derartige Veränderung wird der Antriebsnocken von dem großen Nocken auf den kleinen Nocken umgeschaltet, bevor der Betriebspunkt von dem Teilbereich R₂ zu dem Teilbereich R₁ verschoben wird.
Wie aus 5 ersichtlich, wird, wenn der kleine Nocken als der Antriebsnocken ausgewählt ist, das Einlassventil in dem Kurbelwinkelprofil CA₂ geschlossen. Daher ist, wenn das Einlassventil in dem Kurbelwinkelprofil CA₂ geschlossen ist, die Saugeffizienz häufig niedriger, als wenn der große Nocken als der Antriebsnocken ausgewählt ist. Der Antriebsnocken wird auf den kleinen Nocken umgeschaltet, bevor der Betriebspunkt von dem Teilbereich R₂ zu dem Teilbereich R₁ verschoben wird, wodurch es ermöglicht wird, dass die Saugeffizienz in vielen Fällen reduziert werden kann. Demgemäß können in vielen Fällen die zylinderinternen Bedingungen während der Periode verbessert werden, während der die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, um einen Zustand zu vermeiden, welcher dafür anfällig ist, ein Klopfen zu bewirken.
Wie aus 5 ersichtlich, ist das Kurbelwinkelprofil CA₂ näher bei der Seite des unteren Totpunkts angeordnet als das Kurbelwinkelprofil CA₁. Daher kann, nachdem Luft, während das Einlassventil geöffnet ist, von der Ansaugöffnung in den Zylinder aufgenommen worden ist, eine Gasmenge, welche während des Hubs des Kolbens zu der Ansaugöffnung zurückgeführt wird, reduziert werden. Wenn die zu der Ansaugöffnung von dem Zylinder zurückgeführte Gasmenge, während das Einlassventil geöffnet ist, erhöht ist, wird auch eine Temperatur der Ansaugöffnung erhöht. Wenn die Temperatur der Ansaugöffnung erhöht ist, ist auch eine Gastemperatur in der Ansaugöffnung erhöht, was dazu führt, dass die Gastemperatur in dem Zylinder erhöht ist. Auf diese Weise kann sich, wenn der Antriebsnocken auf den kleinen Nocken umgeschaltet wird, bevor der Betriebspunkt von dem Teilbereich R₂ zu dem Teilbereich R₁ verschoben wird, die Einlassventilschließzeit der Seite des unteren Totpunkts annähern. Demgemäß kann die von dem Zylinder zu der Ansaugöffnung, während das Einlassventil geöffnet ist, zurückgeführte Gasmenge reduziert werden, wodurch die Temperaturzunahme des zylinderinternen Gases unterdrückt wird. Sogar wenn die vorstehend beschriebene Saugeffizienz nicht angemessen verringert wird, können die zylinderinternen Bedingungen während der Periode verbessert werden, während der die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, um einen Zustand zu vermeiden, welcher dafür anfällig ist, ein Klopfen zu verursachen.
8 ist ein Zeitdiagramm, welches jeweils ein Verhältnis zwischen den Übergängen eines Beschleunigeröffnungsgrads, einer Motorlast, einer externen AGR-Rate und eines Antriebsnockens zeigt, wenn der Betriebspunkt von PA zu PB, wie in 6 gezeigt, verschoben wird. Wie in 8 gezeigt, beginnt der Beschleunigeröffnungsgrad zu einem Zeitpunkt t₁ zuzunehmen. Wenn der Beschleunigeröffnungsgrad zunimmt, nimmt die Motorlast von LA zu LB zu. Es wird darauf hingewiesen, dass die Motorlast LA, welche in 8 gezeigt ist, der Motorlast bei dem Betriebspunkt PA, welcher in 6 gezeigt ist, entspricht, und die Motorlast LB der Motorlast bei dem Betriebspunkt PB, welcher in 6 gezeigt ist, entspricht.
Da die Ziel-AGR-Rate das in 3 gezeigte Verhältnis befolgt, wenn die Motorlast nach dem Zeitpunkt t₁ zunimmt, nimmt die Ziel-AGR-Rate zu. Wenn die Ziel-AGR-Rate zunimmt, wird der Ventilöffnungsgrad größer, und auch die tatsächliche AGR-Rate nimmt zu. Die tatsächliche AGR-Rate beginnt nach dem Zeitpunkt t₁ zuzunehmen, weil sie durch die vorstehend beschriebene Zeitverzögerung beeinflusst wird. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass die Ziel-AGR-Rate anfängt abzunehmen, nachdem sie den Maximalwert erreicht hat, weil der Betriebspunkt von dem Teilbereich R₁ zu dem Teilbereich R₂, wie in 6 gezeigt, verschoben wird.
Die ECU bestimmt basierend auf einer Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads nach dem Zeitpunkt t₁, ob die Ziel-AGR-Rate über die Konturlinie, welche in 6 gezeigt ist, zunimmt. Beispielsweise speichert die ECU in dem ROM einen im Vorhinein eingestellten Schwellenwert, welcher auf Intervallen zwischen den Konturlinien der Ziel-AGR basiert, um einen Vergleich zwischen dem Schwellenwert und der Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads durchzuführen. Wenn die ECU bestimmt, dass die Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads den Schwellenwert nach dem Zeitpunkt t₁ überschreitet, sagt die ECU voraus, dass die Ziel-AGR-Rate über die in 3 gezeigte Konturlinie hinaus zunehmen wird.
In 8 ist vorhergesagt, dass die Ziel-AGR-Rate über die in 3 gezeigte Konturlinie hinaus zunehmen wird. Wenn der große Nocken basierend auf dem in 4 gezeigten Verhältnis bis zu dem Zeitpunkt t₂ durchgehend als der Antriebsnocken ausgewählt wird, tritt leicht ein Klopfen auf. In dieser Hinsicht wird bei der ersten Ausführungsform, da die Umschaltgrenze in der Richtung der abnehmenden Motorlast verändert ist, der Antriebsnocken von dem großen Nocken auf den kleinen Nocken zu einem Zeitpunkt t₃ umgeschaltet, welcher früher als der Zeitpunkt t₂ ist. Demgemäß können die zylinderinternen Bedingungen während der Periode verbessert werden, während welcher die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, um einen Zustand zu vermeiden, welcher dafür anfällig ist, ein Klopfen zu verursachen.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform entspricht das Kennfeld, welches das in 3 gezeigte Verhältnis definiert, einem „AGR-Kennfeld“ gemäß einem ersten Aspekt. Das das in 4 gezeigte Verhältnis definierende Kennfeld entspricht einem „Betriebswinkelkennfeld“ gemäß des ersten Aspekts. Der in 6 gezeigte Teilbereich R₁ entspricht einem „vorbestimmten Teilbereich“ gemäß des ersten Aspekts. Das Kurbelwinkelprofil CA₁, welches in 5 beschrieben ist, entspricht einem „ersten Kurbelwinkelprofil“ gemäß des ersten Aspekts. Das Kurbelwinkelprofil CA₂ entspricht einem „zweiten Kurbelwinkelprofil“ gemäß des ersten Aspekts.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 9 bis 11 beschrieben. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass eine grundlegende Konfiguration eines Systems der zweiten Ausführungsform gemeinsam mit dem in den 1 und 2 beschriebenen Konfigurationsbeispiel ist. Die in den 3 bis 4 beschriebenen Kennfelder, welche die Verhältnisse bestimmen, werden unverändert bei der Motorsteuerung verwendet. Die Kurbelwinkelprofile CA₁, CA₂, welche in 5 beschrieben sind, werden unverändert für den Einlassventilschließzeitpunkt verwendet. Im Folgenden werden die Abschnitte beschrieben, welche sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Kennzeichnende Steuerung der zweiten Ausführungsform
Bei der ersten Ausführungsform wird der Betriebszustand während des Beschleunigungsbetriebs als ein Beispiel eines Übergangsbetriebs beschrieben. Jedoch umfasst der Übergangsbetrieb zusätzlich zu einem Beschleunigungsbetrieb auch eine Entschleunigung und die tatsächliche AGR-Rate wird auch durch die vorstehend beschriebene Zeitverzögerung während des Verzögerungsbetriebs stark beeinflusst. Das Problem wird mit Bezug auf 9 beschrieben. 9 zeigt ein Beispiel einer Veränderung in dem Motorbetriebszustand während des Verzögerungsbetriebs. Dieses Beispiel setzt voraus, dass der Motorbetriebszustand von einem Betriebspunkt PB zu einem Betriebspunkt PA verändert wird. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Betriebspunkte PA, PB, und die Teilbereiche R₁ bis R₄, welche in 9 gezeigt sind, jeweils den Betriebspunkten PA, PB, und den in 6 gezeigten Teilbereichen R₁ bis R₄ entsprechen.
Wie in 6 gezeigt, wird die Ziel-AGR-Rate in dem Teilbereich R₁ auf den Höchstwert eingestellt und wird niedriger in der Reihenfolge der Teilbereiche R₂, R₃ und R₄. Daher nimmt, wenn der Betriebspunkt von PB zu PA verschoben wird, die AGR-Rate zeitweise zu und nimmt dann ab. Jedoch verursacht die Zeitverzögerung eine Periode, während der die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, während die Ziel-AGR-Rate zunimmt. Dasselbe Problem wie in 6 tritt auch während des Verzögerungsbetriebs auf.
Bei der zweiten Ausführungsform wird ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform die Umschaltgrenze in der Richtung der der abnehmenden Motorlast verschoben. 10 ist ein Graph, welcher ein Verfahren der Veränderung der Umschaltgrenze bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Betriebspunkte PA, PB, und die Teilbereich R₁ bis R₄, welche in 10 gezeigt sind, entsprechen jeweils den Betriebspunkten PA, PB, und den Teilbereichen R₁ bis R₄, welche in 6 gezeigt sind. Wie aus einem Vergleich zwischen 9 und 10 ersichtlich, ist die Umschaltgrenze in 10 in Richtung der Abnahme der Motorlast verändert. Durch eine derartige Veränderung wird der kleine Nocken durchgehend als der Antriebsnocken ausgewählt, sogar nachdem der Betriebspunkt von dem Teilbereich R₂ zu dem Teilbereich R₁ verschoben worden ist.
Wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben, wird, wenn der kleine Nocken als der Antriebsnocken ausgewählt ist, das Einlassventil in dem Kurbelwinkelprofil CA₂ geschlossen, und die Saugeffizienz ist häufig niedriger als die, wenn der große Nocken als der Antriebsnocken ausgewählt ist. Da das Kurbelwinkelprofil CA₂ näher bei der Seite des unteren Totpunkts als das Kurbelwinkelprofil CA₁ angeordnet ist, kann die, während das Einlassventil geöffnet ist, von dem Zylinder zu der Ansaugöffnung zurückgeführte Gasmenge, reduziert werden, wodurch die Temperaturzunahme des zylinderinternen Gases unterdrückt wird. Daher können, wenn der kleine Nocken durchgehend als der Antriebsnocken ausgewählt wird, sogar nachdem der Betriebspunkt von dem Teilbereich R₂ zu dem Teilbereich R₁ verschoben worden ist, die zylinderinternen Bedingungen während der Periode, während der die tatsächliche AGR-Rate nicht die Ziel-AGR-Rate erreicht, verbessert werden, um einen Zustand zu vermeiden, welcher anfällig dafür ist, ein Klopfen zu verursachen.
11 ist ein Zeitdiagramm, welches jeweils ein Verhältnis zwischen den Übergängen eines Beschleunigeröffnungsgrads, einer Motorlast, einer externen AGR-Rate und einem Antriebsnocken zeigt, wenn der Betriebspunkt von PB zu PA, wie in 10 gezeigt, verschoben wird. Wie in 10 gezeigt, beginnt der Beschleunigeröffnungsgrad zu einem Zeitpunkt t₄ abzunehmen. Wenn der Beschleunigeröffnungsgrad abnimmt, nimmt die Motorlast von LB zu LA ab. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Motorlast LA, welche in 11 gezeigt ist, der Motorlast bei einem Betriebspunkt PA, welcher in 10 gezeigt ist, entspricht, und die Motorlast LB, der Motorlast bei einem Betriebspunkt PB, welcher in 10 gezeigt ist, entspricht.
Da die Ziel-AGR-Rate dem in 3 gezeigten Verhältnis folgt, nimmt, wenn die Motorlast nach dem Zeitpunkt t₄ abnimmt, die Ziel-AGR-Rate zu. Wenn die Ziel-AGR-Rate zunimmt, wird der AGR-Ventilöffnungsgrad größer und auch die tatsächliche AGR-Rate nimmt zu. Die tatsächliche AGR-Rate beginnt nach dem Zeitpunkt t₄ zuzunehmen, weil sie durch die vorstehend beschriebene Zeitverzögerung beeinflusst wird. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Ziel-AGR-Rate anfängt abzunehmen, nachdem sie den Maximalwert erreicht hat, weil der Betriebspunkt von dem Teilbereich R₁ zu dem Teilbereich R₂, wie in 10 gezeigt, verschoben wird.
Die ECU sagt basierend auf einer Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads nach dem Zeitpunkt t₄ vorher, ob die Ziel-AGR-Rate über die Konturlinie, welche in 10 gezeigt ist, abnehmen wird. Beispiele der Vorhersagemethode umfassen die bei der ersten Ausführungsform beschriebene beispielhafte Vorhersagemethode.
In 11 ist vorhergesagt, dass die Ziel-AGR-Rate über die Konturlinie, welche in 3 gezeigt ist, abnehmen wird. Wenn der Antriebsnocken basierend auf dem in 4 gezeigten Verhältnis von dem kleinen Nocken auf den großen Nocken zu einem Zeitpunkt t₅ umgeschaltet wird, tritt leicht ein Klopfen auf. Daher wird bei der zweiten Ausführungsform, da die Umschaltgrenze in der Richtung der abnehmenden Motorlast verändert ist, das Umschalten auf den großen Nocken bis zu einem Zeitpunkt t₆, welcher später als der Zeitpunkt t₅ ist, verzögert. Demgemäß können die zylinderinternen Bedingungen während der Periode verbessert werden, während der die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, um einen Zustand zu vermeiden, welcher Klopfen verursacht.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf die 12 bis 13 beschrieben.
Kennzeichnende Steuerung der dritten Ausführungsform
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird, wenn vorhergesagt ist, dass die Ziel-AGR-Rate über die in 3 gezeigte Konturlinie zunehmen wird, die Umschaltgrenze in der Richtung der abnehmenden Motorlast verändert. Bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform wird, wenn vorhergesagt ist, dass die Ziel-AGR-Rate über die in 3 gezeigte Konturlinie hinaus abnehmen wird, die Umschaltgrenze in der Richtung der abnehmenden Motorlast verändert. Die dritte Ausführungsform berücksichtigt eine Veränderungsrate eines Beschleunigeröffnungsgrads während des Übergangsbetriebs, wenn die Umschaltgrenze, welche bei den ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben wird, verändert wird.
12 ist ein Zeitdiagramm, welches jeweils die Veränderungsraten des Beschleunigeröffnungsgrads und die Übergänge der externen AGR-Raten während des Beschleunigungsbetriebs zeigt. Das Zeitdiagramm ganz oben in 12 zeigt drei Beispiele der Veränderungsraten des Beschleunigeröffnungsgrads während des Beschleunigungsbetriebs. Das zweite und dritte Zeitdiagramm von oben und das Zeitdiagramm ganz unten in 12 zeigen die externen AGR-Raten, welche jeweils den vorstehend beschriebenen drei Beispielen entsprechen. Wie in dem zweiten Zeitdiagramm von oben in 12 gezeigt, verändern sich die Ziel-AGR-Rate und die aktive bzw. tatsächliche AGR-Rate in kurzer Zeit, wenn die Veränderungsrate (positive Veränderungsrate) des Beschleunigeröffnungsgrads groß ist. Wie in dem dritten Zeitdiagramm von oben und dem untersten Zeitdiagramm in 12 gezeigt, verändern sich diese AGR-Raten nur allmählich, wenn die positive Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads kleiner wird. Das heißt, wenn die positive Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads kleiner wird, ist eine Abweichung der tatsächlichen AGR-Rate von der Ziel-AGR-Rate klein, und der von der vorstehend beschriebenen Zeitverzögerung ausgeübte Einfluss wird verringert.
13 ist ein Zeitdiagramm, welches jeweils die Veränderungsraten des Beschleunigeröffnungsgrads und die Übergänge der externen AGR-Raten während des Verzögerungsbetriebs zeigt. Das Zeitdiagramm ganz oben in 13 zeigt drei Beispiele der Veränderungsraten des Beschleunigeröffnungsgrads während des Verzögerungsbetriebs. Das zweite und dritte Zeitdiagramm von oben und das unterste Zeitdiagramm in 13 zeigen jeweils die externen AGR-Raten, welche den drei vorstehend beschriebenen Beispielen entsprechen. Wie in dem zweiten Zeitdiagramm von oben in 13 gezeigt, verändern sich die Ziel-AGR-Rate und die aktive bzw. tatsächliche AGR-Rate in kurzer Zeit, wenn die Veränderungsrate (negative Veränderungsrate) des Beschleunigeröffnungsgrads groß ist. Wie in dem dritten Zeitdiagramm von oben und dem untersten Zeitdiagramm in 13 gezeigt, verändern sich die AGR-Raten nur allmählich, wenn die negative Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads kleiner wird. Das heißt, wenn die negative Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads kleiner wird, ist die Abweichung der tatsächlichen AGR-Rate von der Ziel-AGR-Rate klein, und der von der vorstehend beschriebenen Zeitverzögerung ausgeübte Einfluss wird reduziert.
Bei der dritten Ausführungsform wird eine Position der Umschaltgrenze in Übereinstimmung mit der positiven oder negativen Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads während des Übergangsbetriebs verändert. 14 ist ein Graph, welcher ein Verfahren der Einstellung der Umschaltgrenze bei der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 14 gezeigt, wird, während des Beschleunigungsbetriebs, bei welchem die Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads ein positiver Wert ist, die Motorlast bei der Umschaltgrenze auf einen niedrigeren Wert eingestellt, wenn die positive Veränderungsrate größer wird. Das heißt, während des Beschleunigungsbetriebs wird der Veränderungsgrad der Umschaltgrenze erhöht, wenn die positive Veränderungsrate größer wird. Während des Verzögerungsbetriebs, bei welchem die Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads ein negativer Wert ist, wird die Motorlast bei der Umschaltgrenze auf einen niedrigeren Wert eingestellt, wenn die negative Veränderungsrate größer wird. Das heißt, während des Verzögerungsbetriebs wird der Veränderungsgrad der Umschaltgrenze erhöht, wenn die negative Veränderungsrate größer wird.
Gemäß der dritten Ausführungsform kann, wenn der Einfluss durch die vorstehend beschriebene Zeitverzögerung groß ist, der Antriebsnocken durch ein Einstellen der Umschaltgrenze zu der Seite der niedrigeren Motorlast früher auf den kleinen Nocken umgeschaltet werden (während des Beschleunigungsbetriebs), wie in 7 gezeigt. Alternativ kann das Umschalten auf den großen Nocken verzögert werden, indem die Umschaltgrenze auf die Seite der niedrigeren Motorlast, wie in 10 gezeigt, eingestellt wird (während des Verzögerungsbetriebs). Wenn der Einfluss durch die vorstehend beschriebene Zeitverzögerung nur gering ist, kann die in 7 oder 10 gezeigte Umschaltgrenze sich der Umschaltgrenze während des stabilen Betriebs annähern. Auf jeden Fall werden die zylinderinternen Bedingungen während der Periode, während der die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, in Übereinstimmung mit dem Grad des Einflusses durch die Zeitverzögerung verbessert, um einen Zustand zu vermeiden, welcher dazu neigt, ein Klopfen hervorzurufen. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass ein Motorlastwert, wenn die Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads wie in 14 null ist, dem Motorlastwert bei der Umschaltgrenze während des in 4 gezeigten stabilen Betriebs entspricht.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 15 beschrieben.
Kennzeichnende Steuerung der vierten Ausführungsform
Bei der ersten Ausführungsform wird die Umschaltgrenze in der Richtung der abnehmenden Motorlast verändert, wenn die Ziel-AGR-Rate über die in 3 gezeigte Konturlinie hinaus zunimmt. Wie vorstehend beschrieben besteht der Grund hierfür darin, dass die Zeitverzögerung eine Periode hervorruft, während welcher die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht. Bei der vierten Ausführungsform berechnet die ECU die tatsächliche AGR-Rate während des Übergangsbetriebs, um die Zeitverzögerung vorherzusagen. Die tatsächliche AGR-Rate wird beispielsweise basierend auf einer Ansaugluftmenge, einem Ladedruck und einem tatsächlichen Öffnungsgrad des AGR-Ventils berechnet. Die Zeitverzögerung entspricht einem Zeitintervall von einem Veränderungspunkt der Ziel-AGR-Rate während des Übergangsbetriebs zu einem Zunahme-Startpunkt der tatsächlichen AGR-Rate. Die tatsächliche AGR-Rate während des Übergangsbetriebs wird berechnet, um das vorstehend beschriebene Zeitintervall zu erhalten, und die tatsächliche Zeitverzögerung Δt kann dadurch vorhergesagt werden.
Bei der vierten Ausführungsform wird eine Position der Umschaltgrenze auf der Grundlage der vorhergesagten Zeitverzögerung Δt angepasst. 10 ist ein Graph, welcher ein Verfahren der Einstellung der Umschaltgrenze bei der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt. Wie in 15 gezeigt, wird der Grad der Veränderung der Umschaltgrenze erhöht, wenn die vorhergesagte Zeitverzögerung Δt größer wird. Das heißt, die Motorlast bei der Umschaltgrenze wird auf einen niedrigeren Wert eingestellt, wenn die vorhergesagte Zeitverzögerung Δt größer wird. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass der Motorlastwert, wenn die Zeitverzögerung Δt null entspricht, wie in 15 gezeigt, dem Motorlastwert bei der Umschaltgrenze während dem stabilen Betrieb entspricht, welcher in 4 gezeigt ist.
Gemäß der vierten Ausführungsform können die zylinderinternen Bedingungen während der Periode verbessert werden, während der die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, um einen Zustand zu vermeiden, welcher dafür anfällig ist, ein Klopfen zu verursachen.
Andere Ausführungsform
Die vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen werden unter der Annahme beschrieben, dass der Verbrennungsmotor mit einer LPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet ist. Jedoch kann der Verbrennungsmotor mit einer HPL-AGR (Hochdruckschleifen-AGR) -Vorrichtung anstatt mit der LPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet sein. Der Verbrennungsmotor kann mit einer nicht aufladenden AGR-Vorrichtung anstatt mit der LPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet sein. Der Verbrennungsmotor kann mit sowohl der LPL-AGR-Vorrichtung als auch der HPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet sein. Wenn jedoch berücksichtigt wird, dass die Häufigkeit des Auftretens des Klopfens reduziert wird, wenn die externe AGR-Rate reduziert ist, sind die bei der vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsform beschriebenen Verfahren insbesondere bei einem Verbrennungsmotor effektiv, welcher mit der LPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet ist. Dieser Grund wird mit Bezug auf 16 beschrieben.
16 ist ein Graph, welcher ein Verhältnis zwischen einer externen AGR-Rate und einer Ansauglufttemperatur und ein Verhältnis zwischen der externen AGR-Rate und einem Kurbelwinkel, bei welchem ein zylinderinterner Druck am höchsten ist (Zeitpunkt der Erzeugung des maximalen zylinderinternen Drucks) jeweils in einem Verbrennungsmotor, welcher mit einer LPL-AGR-Vorrichtung LPL ausgestattet ist, einem Verbrennungsmotor, welcher mit einer HPL-AGR-Vorrichtung HPL ausgestattet ist, und einem Verbrennungsmotor zeigt, welcher mit einer nicht aufladenden AGR-Vorrichtung NA ausgestattet ist. Wie in dem oberen Graph von 16 gezeigt, nimmt die Ansauglufttemperatur ab, wenn die externe AGR-Rate in dem HPL und dem NA abnimmt, und in dem LPL wird die Ansauglufttemperatur fast nicht verändert, sogar wenn die externe AGR-Rate abnimmt. Der Grund dafür liegt darin, dass Abgas mit einer relativ niedrigen Temperatur stromabwärts einer Abgasturbine in den LPL rückgeführt wird. Wie in dem unteren Graph von 16 gezeigt, wird eine Veränderungsweite des Zeitpunkts der maximalen zylinderinternen Druckerzeugung, wenn die externe AGR-Rate abnimmt, in dem HPL und dem NA klein, und in dem LPL groß. Wie aus dem unteren Graph der 16 ersichtlich, wird der Zeitpunkt der maximalen zylinderinternen Druckerzeugung nach vorne bewegt. Das heißt, es tritt leicht ein Klopfen auf, wenn die externe AGR-Rate in einem von den LPL, HPL und NA abnimmt. Die zylinderinternen Bedingungen werden bei dem HPL und dem NA ein wenig verbessert, weil die Ansauglufttemperatur abnimmt, wenn die externe AGR-Rate abnimmt. Im Gegensatz dazu ist bei dem LPL die Veränderungsweite des Zeitpunkts der maximalen zylinderinternen Druckerzeugung groß, wenn die externe AGR-Rate verringert wird, und die Ansauglufttemperatur ist nicht verändert. Im Vergleich zu dem HPL und dem NA besteht besonders bei dem LPL ein Zustand, in welchem ein Klopfen leicht auftritt, wenn die externe AGR-Rate verringert ist. Daher sind die in den vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen beschriebenen Verfahren besonders bei dem Verbrennungsmotor effektiv, welcher mit der LPL-AGR-Vorrichtung ausgestattet ist.
Die vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen wurden unter der Annahme beschrieben, dass der kleine Nocken einen kleinen Hubbetrag und einen kleinen Betriebswinkel und der große Nocken einen großen Hubbetrag und einen großen Betriebswinkel hat. Jedoch hängt die Abnahme der Saugeffizienz, welche in 7 und 10 beschrieben ist, stark von dem Betriebswinkel des kleinen Nocken und dem Einlassventilschließzeitpunkt ab, wenn der kleine Nocken als der Antriebsnocken verwendet wird. Demgemäß muss der Hubbetrag des kleinen Nockens nicht kleiner als der des großen Nockens sein und kann gleich sein wie der des großen Nockens. Zusätzlich wird bei den vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsformen der Antriebsnocken von dem großen Nocken auf den kleinen Nocken umgeschaltet, um den Einlassventilschließzeitpunkt zu verändern, wodurch die Saugeffizienz reduziert wird. Es kann anstelle von diesen zwei Typen von Einlassnocken ein einzelner Nocken verwendet werden und eine Anordnung und Form des einzelnen Nockens kann eingestellt werden, um den Einlassventilschließzeitpunkt derart zu verändern, dass die Saugeffizienz reduziert wird.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem der Betriebspunkt von PA zu PB verschoben wird. Bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in welchem der Betriebspunkt von PB zu PA verschoben wird. Jedoch können die in der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform beschriebenen Verfahren im weiteren Sinne angewandt werden, wenn der Betriebspunkt von einem Teilbereich mit einer niedrigen Ziel-AGR-Rate zu einem Teilbereich mit einer hohen Ziel-AGR-Rate verschoben wird. 17 ist ein Graph, welcher Beispiele der Verschiebung der Betriebspunkte zeigt, auf welche die in den vorstehend beschriebenen ersten und vierten Ausführungsformen beschriebenen Verfahren anwendbar sind. Wie in 17 gezeigt, wird, wenn der Betriebspunkt von PA zu PB verschoben wird, der Betriebspunkt von dem Teilbereich R₂ zu dem Teilbereich R₁ verschoben. Wenn der Betriebspunkt von PB zu PD verschoben wird, wird der Betriebspunkt von dem Teilbereich R₃ zu dem Teilbereich R₁ verschoben. Auf jeden Fall wird, da der Betriebspunkt von dem Teilbereich mit der niedrigen AGR-Rate zu dem Teilbereich mit der hohen AGR-Rate verschoben wird, die tatsächliche AGR-Rate durch die vorstehend beschriebene Zeitverzögerung beeinflusst. Demgemäß können, durch das Anwenden der in der ersten und zweiten Ausführungsform beschriebenen Vorgehensweisen, die zylinderinternen Bedingungen während der Periode verbessert werden, während der die tatsächliche AGR-Rate die Ziel-AGR-Rate nicht erreicht, um einen Zustand zu vermeiden, welcher dafür anfällig ist, ein Klopfen zu verursachen.

Claims

Steuerungsvorrichtung (50) für einen Verbrennungsmotor, welche dazu ausgelegt ist, einen Motor (10) zu steuern, bei welchem ein Teil des Abgases als externes AGR-Gas von einem Abgassystem an ein Ansaugsystem rückgeführt wird, wobei die Steuerungsvorrichtung (50) aufweist: ein AGR-Kennfeld, welches ein Verhältnis zwischen einem Betriebsbereich, welcher durch eine Motorgeschwindigkeit und eine Motorlast definiert ist, und einem Zielwert der externen AGR-Rate definiert, und welcher einen vorbestimmten Teilbereich hat, in welchem der Zielwert auf einen Höchstwert eingestellt ist; und ein Betriebswinkelkennfeld, welches ein Verhältnis zwischen dem Betriebsbereich und einem Betriebswinkel eines Einlassnockens für das Antreiben eines Einlassventils des Motors definiert, wobei das Betriebswinkelkennfeld derart eingestellt ist, dass ein großer Betriebswinkel in einem ersten Bereich ausgewählt wird, welcher einen Bereich umfasst, welcher dem vorbestimmten Teilbereich entspricht, wobei der große Betriebswinkel das Einlassventil in einem ersten Kurbelwinkelprofil (CA₁) schließen kann, welches einen Kurbelwinkel umfasst, bei dem die Saugeffizienz am höchsten ist, und ein kleiner Betriebswinkel in einem zweiten Bereich ausgewählt wird, in welchem die Motorlast höher als in dem ersten Bereich ist, wobei der kleine Betriebswinkel das Einlassventil in einem zweiten Kurbelwinkelprofil (CA₂) schließen kann, welches näher bei der Seite des unteren Totpunkts angeordnet ist als das erste Kurbelwinkelprofil (CA₁), wobei die Steuerungsvorrichtung (50) dazu ausgelegt ist: den Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld auszuwählen, wenn vorhergesagt worden ist, dass der Motorbetriebszustand in einem Teilbereich bleibt, welcher den gleichen Zielwert in dem AGR-Kennfeld hat; und, wenn vorhergesagt ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit einem niedrigen Zielwert zu einem Teilbereich mit einem hohen Zielwert in dem AGR-Kennfeld verschoben wird, eine Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Richtung der abnehmenden Motorlast zu verändern und anschließend den Betriebswinkel in Übereinstimmung mit dem Betriebswinkelkennfeld auszuwählen.
Steuerungsvorrichtung (50) für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei, wenn vorhergesagt ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit dem niedrigen Zielwert zu einem Teilbereich mit dem hohen Zielwert in dem AGR-Kennfeld verschoben wird, die Steuerungsvorrichtung (50) weiterhin dazu ausgelegt ist, wenn der Motorbetriebszustand in einer Richtung der Zunahme der Motorgeschwindigkeit und der Motorlast verschoben wird, einen Veränderungsgrad der Grenze zu erhöhen, wenn eine positive Veränderungsrate eines Beschleunigeröffnungsgrads größer wird; und, wenn der Motorbetriebszustand in einer Richtung der Abnahme der Motorgeschwindigkeit und der Motorlast verschoben wird, den Veränderungsgrad der Grenze zu erhöhen, wenn eine negative Veränderungsrate des Beschleunigeröffnungsgrads größer wird.
Steuerungsvorrichtung (50) für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei, wenn vorhergesagt ist, dass der Motorbetriebszustand von einem Teilbereich mit dem niedrigen Zielwert zu einem Teilbereich mit dem hohen Zielwert in dem AGR-Kennfeld verschoben wird, die Steuerungsvorrichtung (50) weiterhin dazu ausgelegt ist, ein Zeitintervall von einem Veränderungspunkt des in Übereinstimmung mit dem AGR-Kennfeld eingestellten Zielwerts zu einem Startpunkt einer Zunahme der tatsächlichen externen AGR-Rate zu berechnen; und den Veränderungsgrad der Grenze zu erhöhen, wenn das Zeitintervall größer wird.
Steuerungsvorrichtung (50) für einen Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Motor (10) einen Turbolader (18) mit einem Kompressor (18a) und einer Turbine (18b) aufweist, und das externe AGR-Gas von einer Seite stromabwärts der Turbine (18b) zu einer Seite stromaufwärts des Kompressors (18a) rückgeführt wird.