DE102018109821A1

DE102018109821A1 - Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102018109821A1
Application number: DE102018109821.9A
Authority: DE
Inventors: Noriyasu Adachi; Keisuke Sasaki; Shigehiro Sugihira; Takayoshi Kawai; Shinji Sadakane; Hiroyuki Sugihara; Kaoru Ohtsuka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: CN108730046A; JP2018184838A; CN108730046B; DE102018109821B4; US20180306069A1; JP6620779B2; US10513950B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1), die eine Nockenschalteinrichtung (20) einschließlich einer auf der Außenumfangsoberfläche einer Nockenwelle (12) angeordneten Nockennut, und einen Aktuator (24) vom elektromagnetischen Solenoidtyp umfasst, der in der Lage ist, in Richtung der Nockenwelle (12) einen Eingriffsstift (28) ausfahren zu lassen, der in Eingriff mit der Nockennut (26) bringbar ist. Die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, bei dem Veranlassen der Nockenschalteinrichtung (20) zur Durchführung eines Nockenschaltvorgangs, die Leistungszufuhr zu dem Aktuator (24) in der Weise durchzuführen, dass der Eingriffsstift (28) auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert wird, und dann, wenn ein durch den Aktuator (24) als Ergebnis der Leistungszufuhr fließender elektrischer Strom (Spulenstrom I) größer ist, eine mittlere elektrische Spannung je Zeiteinheit, die an den Aktuator (24) angelegt wird, weiter zu vermindern, wenn der Eingriffsstift (28) in Richtung der Nockennut (26) von der vorderen Außenumfangsoberfläche hervorsteht.

Description

Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, und im Einzelnen auf eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die eine Nockenschalteinrichtung aufweist, die in der Lage ist, einen Nocken zur Antreiben eines Einlassventils oder eines Auslassventils zum Öffnen und Schließen einer Brennkammer zu schalten.
Stand der Technik
Als ein Beispiel offenbart die Druckschrift DE 10 2004 027 966 A1 ein Brennkraftmaschinensystem, das eine Nockenschalteinrichtung aufweist, die in der Lage ist, selektiv zwischen einer Vielzahl von Nocken zum Antreiben eines Ventils zum Öffnen und Schließen einer Brennkammer umzuschalten. Die Nockenschalteinrichtung ist mit einer Nockennut oder Nockenrille (beispielsweise einer Spiralnut), einem Aktuator und einem Nockenträger ausgestattet. Der Träger ist an einer Nockenwelle in der Weise angebracht, dass er in einer axialen Richtung der Nockenwelle gleiten kann. Die Nockennut ist an einer Außenumfangsoberfläche des Nockenträgers ausgebildet. Des Weiteren ist eine Vielzahl der vorstehend beschriebenen Nocken an dem Nockenträger angeordnet. Der Aktuator umfasst einen Eingriffsstift oder ein Verstellelement, das in der Lage ist, in Eingriff mit der Nockennut zu stehen, und das in der Weise ausgebildet ist, dass der Eingriffsstift in Richtung der Nockennut hervorsteht. Ferner ist die Nockenschalteinrichtung in der Weise aufgebaut, dass der Nockenträger in axialer Richtung auf der Nockenwelle in Zusammenhang mit der Drehung der Nockenwelle gleitet, während der Eingriffsstift durch die Wirkungsweise des Aktuators in die Nockennut eingreift. Gleitet der Nockenträger in der angegebenen Weise, dann wird der Nocken zum Antreiben des Ventils geschaltet.
Der vorstehend beschriebene Aktuator ist vom elektromagnetischen Solenoidtyp bzw. umfasst eine Magnetspule. Die Betriebszeiten des Aktuators (und im Einzelnen die Zeiten, in denen ein Betrieb zum Ausfahren des Eingriffsstifts in Richtung der Nockennut erfolgt) werden in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsbedingungen des Aktuators angepasst (im Einzelnen zumindest in Abhängigkeit von zumindest einem der Temperatur und der Betriebsspannung des Aktuators).
Die Druckschrift DE 10 2004 027 966 A1 ist ein Patentdokument, das in Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung stehen kann.
Kurzdarstellung der Erfindung
Bei der Nockenschalteinrichtung, die einen elektromagnetischen Solenoidaktuator aufweist zum Bewirken eines Eingriffs des Eingriffsstifts in die Nockennut, in gleicher Weise wie die Nockenschalteinrichtung gemäß der Offenbarung in der Druckschrift DE 10 2004 027 699 A1 , wird der elektrische Strom (der Spulenstrom), der durch die Spule zum Antreiben des Eingriffsstifts fließt, in Abhängigkeit von verschiedenen Änderungsfaktoren des elektrischen Stroms, wie einer Änderung der Temperatur der Spule des Aktuators unterschiedlich, auch wenn die an die Spule des Aktuators angelegte elektrische Spannung konstant ist. Wird beispielsweise die Spulentemperatur niedriger, dann vermindert sich im Einzelnen der Widerstandswert derselben, und der Wert des Spulenstroms bei derselben elektrischen Spannung wird größer. In Folge dessen bestehen bedenken, dass, falls die Spulentemperatur erheblich niedriger wird, der Spulenstrom exzessiv größer wird, und dass im Ergebnis entsprechende Teile (beispielsweise eine elektronische Steuerungseinheit (ECU)) in der Umgebung des Aktuators überhitzt werden können.
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit dem vorstehend beschriebenen Problem, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereit zu stellen, die eine Nockenschalteinrichtung mit einer an der Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle ausgebildeten Nockennut sowie einen elektromagnetischen Aktuator vom Solenoidtyp aufweist, der in der Lage ist, in Richtung der Nockenwelle einen Eingriffsstift hervorstehen bzw. ausfahren zu lassen für einen Eingriff mit der Nockennut, und die eine Nockenschaltvorgang durchführen kann, wobei verhindert wird, dass der Spulenstrom des Aktuators in exzessiver Weise in Folge verschiedener elektrischer Stromänderungsfaktoren, wie beispielsweise einer Änderung der Spulentemperatur, ansteigt.
Eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ausgebildet, um eine Brennkraftmaschine zu steuern, welche eine zur Drehung angetriebene Nockenwelle, eine Vielzahl von Nocken, die an der Nockenwelle angeordnet sind und deren Profile zueinander unterschiedlich sind, und eine Nockenschalteinrichtung umfasst, die ausgebildet ist, um einen Nockenschaltvorgang durchzuführen, der einen Nocken aus einer Vielzahl von Nocken schaltet, welcher ein Ventil zum Öffnen und Schließen einer Brennkammer antreibt.
Die Nockenschalteinrichtung umfasst eine Nockennut, die an der Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle ausgebildet ist, und einen elektromagnetischen Solenoidaktuator, der für einen Eingriff mit der Nockennut einen Eingriffsstift aufweist und der in der Lage ist, den Eingriffsstift in Richtung der Nockenwelle ausfahren zu lassen.
Die Nockenschalteinrichtung ist in der Weise ausgebildet, dass, während der Eingriffsstift in Eingriff mit der Nockennut steht, der Nocken, der das Ventil antreibt, im Zusammenhang mit der Drehung der Nockenwelle zwischen der Vielzahl der Nocken umgeschaltet wird.
Die Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle umfasst eine vordere Außenumfangsoberfläche, die weiter vorn als ein Ende der Nockennut auf der voreilenden Seite in einer Drehrichtung der Nockenwelle angeordnet ist.
Die Steuerungsvorrichtung ist in der Weise ausgebildet, dass dann, wenn die Nockenschalteinrichtung den Nockenschaltvorgang durchführen soll, der Aktuator derart aktiviert wird bzw. mit Spannung versorgt wird, dass der Eingriffsstift an der vorderen Außenumfangsoberfläche angeordnet oder positioniert ist, und dass dann, wenn ein durch den Aktuator als Ergebnis der Leistungszufuhr fließender elektrischer Strom größer ist, eine durchschnittliche je Zeiteinheit an den Aktuator angelegte elektrische Spannung weiter vermindert wird, wenn der Eingriffsstift in Richtung der Nockennut von der vorderen Außenumfangsoberfläche hervorsteht.
Die Steuerungsvorrichtung kann in der Weise aufgebaut sein, falls eine erforderliche Zeit von einem Start eines Vorgangs des Eingriffsstifts in Richtung der Innenseite der Nockennut bis zu einem Abschluss desselben länger ist als eine bestimmte Zeit zum Veranlassen der Nockenschalteinrichtung zur Durchführung des Nockenschaltvorgangs mit einer Leistungszufuhr zum Positionieren des Eingriffsstifts an der vorderen Außenumfangsoberfläche, den Eingriffsstift von der vorderen Außenumfangsoberfläche zurückzuziehen, nachdem der Eingriffsstift an der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist, und die Leistungszufuhr zu dem Aktuator in der Weise durchzuführen, dass der Eingriffsstift in die Nockennut in einem Verbrennungszyklus hervorsteht, der derselbe ist, wie der Verbrennungszyklus, in dem der Eingriffsstift an der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert war.
Die bestimmte Zeit kann kürzer sein, wenn die Maschinendrehzahl höher ist.
Entsprechend der Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung wird zum Veranlassen der Nockenschalteinrichtung zur Durchführung des Nockenschaltvorgangs die Ansteuerung oder Leistungszufuhr zu dem Aktuator in der Weise durchgeführt, dass der Eingabestift auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist, und derart, dass eine elektrische Durchschnittsspannung je Zeiteinheit, die an den Aktuator angelegt wird, bei dem nachfolgenden Ausfahrenlassen des Eingriffsstifts in Richtung der Nockennut von der vorderen Außenumfangsoberfläche vermindert wird, wenn ein durch den Aktuator fließender elektrischer Strom als Ergebnis der Leistungszufuhr größer ist. Der durch den Aktuator vom elektrischen Solenoidtyp fließende elektrische Strom als Reaktion auf die Leistungszufuhr ändert sich in Abhängigkeit von verschiedenen Änderungsfaktoren des elektrischen Stroms, wie einer Änderung der Temperatur der Spule des Aktuators. Beispielsweise wird der elektrische Strom größer, wenn die Spulentemperatur des Aktuators niedriger ist. Durch weiteres Vermindern der durchschnittlichen elektrischen Spannung in dem Fall, dass der elektrische Strom größer ist, kann somit die Steuerungsvorrichtung einen Nockenschaltvorgang durchführen, während verhindert wird, dass der Spulenstrom des Aktuators infolge der verschiedenen Änderungsfaktoren des elektrischen Stroms, wie einer Änderung der Spulentemperatur, exzessiv ansteigt.
Figurenliste

1 zeigt eine grafische Darstellung zur schematischen Veranschaulichung des Aufbaus eines Hauptteils einer Ventilanordnung einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung,
2A und 2B zeigen Darstellungen zur Beschreibung eines konkreten Aufbaus einer in 1 gezeigten Nockennut,
3 ist eine grafische Darstellung zur schematischen Beschreibung eines Beispiels eines Aufbaus eines in 1 gezeigten Aktuators,
4 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Nockenschaltvorgangs mittels einer Nockenschalteinrichtung,
5A bis 5C sind grafische Darstellungen zur Beschreibung einer Übersicht eines Tiefnutenpositionierungsverfahrens, eines Außenumfangspositionierverfahrens und eines Zweifachzuführungsverfahrens,
6 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Spulentemperatur und einem Spulenstrom I,
7 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Öltemperatur/Wassertemperatur der Brennkraftmaschine und der Spulentemperatur,
8 ist eine grafische Darstellung zur Beschreibung eines Stromschätzverfügbarkeitsteils, der der Durchführung eines Schätzvorgangs des Spulenstroms I unterworfen ist,
9 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Drehzahl (Ne/2) der Nockenwelle und der Zeit,
10 ist eine grafische Darstellung zur Beschreibung eines Beispiels eines Berechnungsverfahrens für einen geschätzten Stromwert Iest,
11A und 11B sind grafische Darstellungen zur Beschreibung einer Beziehung zwischen einer Außenumfangspositionierungsposition und einer Vollhubantwortzeit T_oland,
12 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer erforderlichen Zeit für eine Außenumfangspositionierung (d. h., eine Zeit, die für den Hub S1 erforderlich ist), und einer Öltemperatur und dem Spulenstrom I,
13 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer erforderlichen Antwortzeit und einer Maschinendrehzahl Ne, und
14 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Programmablaufs der Verarbeitung bezüglich der Zuführungssteuerung für den Aktuator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die 1 bis 14 beschrieben. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass bei der Nennung der Anzahl, der Menge, des Betrags, des Bereichs oder der anderen numerischen Attribute eines Elements in der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele die vorliegende Offenbarung nicht auf die erwähnten oder genannten numerischen Attribute beschränkt ist, sofern dies nicht explizit in anderer Weise beschrieben oder sofern die vorliegende Offenbarung explizit durch die numerischen Attribute theoretisch bestimmt ist. Des Weiteren sind die Strukturen oder Schritt oder dergleichen, die in Zusammenhang mit den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben sind, nicht notwendiger Weise wesentlich für die vorliegende Offenbarung, sofern diese nicht in anderer Weise gezeigt sind, oder sofern die vorliegende Offenbarung nicht explizit durch die Strukturen, Schritte oder dergleichen theoretisch bestimmt wird.
Aufbau des Systems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
Eine Brennkraftmaschine 1, die ein System gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, ist in einem Fahrzeug angeordnet und wird als einer Antriebsquelle desselben verwendet. Die Brennkraftmaschine 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel eine Viertakt-Reihen-Vierzylindermaschine. Die Zündreihenfolge der Brennkraftmaschine 1 verläuft von einem ersten Zylinder #1 zu einem dritten Zylinder #3, zu einem vierten Zylinder #4 und zu einem zweiten Zylinder #2, wobei dies ein Beispiel ist.
1 zeigt eine grafische Darstellung zur schematischen Veranschaulichung eines Aufbaus eines Hauptteils einer Ventilanordnung der Brennkraftmaschine 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. In der Brennkraftmaschine 1 sind zwei (in den Figuren nicht gezeigte) Einlassventile für jeden Zylinder als ein Beispiel angegeben. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine 1 eine variable Ventilbetätigungseinrichtung 10 zum Ansteuern oder Antreiben dieser beiden Einlassventile. Hierbei ist zu beachten, dass die variable Ventilbetätigungseinrichtung 10 gemäß der nachstehenden Beschreibung bei einem Ventil zum Öffnen und Schließen einer Brennkammer anwendbar ist, und es besteht ebenfalls die Möglichkeit der Verwendung zum Ansteuern oder Antreiben eines Auslassventils anstelle eines Einlassventils.
Nockenwelle
Die variable Ventilbetätigungseinrichtung 10 ist mit einer Nockenwelle 12 zum Antreiben der Einlassventile für jeden Zylinder ausgestattet. Die Nockenwelle 12 ist verbunden mit einer (in den Figuren nicht gezeigten) Kurbelwelle über eine Zeitgeber-Riemenscheibe und eine Zeitgeber-Kette (oder einen Zeitgeber-Riemen), die nicht veranschaulicht sind, und es dreht sich die Nockenwelle mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle durch das Drehmoment bzw. den Antrieb der Kurbelwelle.
Einlassnocken
Die variable Ventilbetätigungseinrichtung 10 ist ausgestattet mit einer Vielzahl von (als ein Beispiel: zwei) Einlassnocken 14 und 16, deren Profile unterschiedlich zueinander sind und die für die individuellen Einlassventile in jedem Zylinder vorgesehen sind. Die Einlassnocken 14 und 16 sind in einer nachstehend noch beschriebenen Weise an der Nockenwelle 12 angeordnet. Das Profil des Einlassnockens 14 ist in der Weise ausgebildet, dass der Einlassnocken 14 als „kleiner Nocken“ zum Erhalten eines Hubbetrags und eines Betätigungswinkels (d. h., die Kurbelwinkelweite, in der das Einlassventil geöffnet ist) des Einlassventils dient, d. h. eines Hubbetrags und eines Betätigungswinkels, die relativ kleiner sind. Das Profil des verbleibenden Einlassnockens 16 ist derart ausgebildet, dass der Einlassnocken 16 als „langer Nocken“ dient zum Erhalten eines Hubbetrags und eines Betätigungswinkels, die größer sind als der Hubbetrag und der Betätigungswinkel, die mit der Einlassnocke 14 erhalten werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Profile der Vielzahl der Einlassnocken lediglich einen Grundkreisteil aufweisen können, in welchem der Abstand von der Achse der Nockenwelle 12 konstant ist. Es kann somit eine der Einlassnocken alternativ als ein Nullhubnocken eingestellt werden, der keine Druckkraft auf das Einlassventil ausübt.
Ein Kipphebel 18 zum Übertragen einer Druckkraft von dem Einlassnocken 14 oder 16 zu dem Einlassventil ist für jedes der Einlassventile vorgesehen. 1 zeigt einen Betätigungszustand, in welchem die Einlassventile mittels der Einlassnocken (den kleinen Nocken) 14 angetrieben oder betätigt werden. In diesem Betriebszustand steht jeder der Einlassnocken 14 in Kontakt mit dem entsprechenden Kipphebel 18 (und im Einzelnen einer Rolle des Kipphebels 18).
Nockenschalteinrichtung
Die variable Ventilbetätigungseinrichtung 10 umfasst des Weiteren eine Nockenschalteinrichtung 20. Die Nockenschalteinrichtung 20 führt einen Nockenschaltvorgang durch, mittels dessen der Nocken zum Antrieben des Einlassventils (mit anderen Worten der Nocken, der mechanisch mit dem Einlassventil zu verbinden ist) umgeschaltet wird zwischen dem Einlassnocken 14 und 16. Die Nockenschalteinrichtung 20 umfasst einen Nockenträger 22 und einen Aktuator 24 für jeden Zylinder.
Der Nockenträger 22 wird durch die Nockenwelle 12 in einer derartigen Form getragen bzw. gestützt, dass der Nockenträger 22 in axialer Richtung auf der Nockenwelle 12 gleiten kann, und dass die Bewegung des Nockenträgers 22 in der Drehrichtung der Nockenwelle 12 beschränkt ist. Gemäß der Darstellung in 1 sind zwei Paare der Einlassnocken 14 und 16 zum Antreiben der Einlassventile in demselben Zylinder auf dem Nockenträger 22 ausgebildet. Ebenso sind die Einlassnocken 14 und 16 jedes Paars benachbart zueinander angeordnet. Des Weiteren ist eine Nockennut 26 in der Außenumfangsoberfläche jedes Nockenträgers 22 ausgebildet, der einem Teil der Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle 12 entspricht.
(Nockennut)
Die 2A und 2B zeigen Darstellungen zur Beschreibung eines konkreten Aufbaus der Nockennut 26 gemäß 1. Im Einzelnen zeigt 2A einen Überblick, der erhalten wird durch eine ebene Abwicklung der in der Außenumfangsoberfläche des Nockenträgers 22 ausgebildeten Nockennut 26. Die Nockennut 26 ist als ein Paar Nockennuten 26a und 26b vorgesehen, entsprechend einem Paar Eingriffsstifte 28a und 28b, die nachstehend noch im Einzelnen beschrieben werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Richtung der Bewegung eine Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung der Nockenwelle 12 gemäß der Darstellung in 2A ist, da die Bewegung des Eingriffsstifts 28 bezüglich der Nockennut 26 auf der Drehung der Nockenwelle 12 beruht.
Jedes Paar der Nockennuten 26a und 26b ist in der Weise ausgebildet, dass sie sich in der Umfangsrichtung der Nockenwelle 12 erstrecken, und Verläufe der Nockennuten 26a und 26b einander gemäß der Darstellung in 2A folgen bzw. treffen. Im Einzelnen sind die Nockennuten 26a und 26b jeweils entsprechend den Eingriffsstiften 28a und 28b angeordnet, und es umfasst jeder derselben einen „Einsetzbereich“ und einen „Schaltbereich“.
Jeder der Einsetzbereiche ist ausgebildet zur Erstreckung in einer „senkrechten Richtung“, die senkrecht ist zu der axialen Richtung der Nockenwelle 12, und in der Weise ausgebildet, dass einer der Eingriffsstifte 28a und 28b eingesetzt werden kann. Der Schaltbereich ist ausgebildet als eine kontinuierliche Weiterführung eines Endes des Einsetzbereichs an einem Ort auf der Rückseite bezüglich des Einsetzbereichs in der Drehrichtung der Nockenwelle 12, und zu einer Erstreckung in einer Richtung, die bezüglich des senkrechten Abschnitts geneigt ist. Der Schaltbereich ist in der Weise ausgebildet, dass er in einen Bereich oder Abschnitt (beispielsweise in einen Grundkreisbereich) fällt, in dem keine der Einlassnocken 14 und 16, die an dem Nockenträger 22 angeordnet sind und auf der Nockennut 26 mit diesem Schaltbereich ausgebildet ist, das jeweilige Einlassventil anhebt. Der Schaltbereich der Nockennut 26a und der Schaltbereich der Nockennut 26b sind entgegen gesetzt zueinander geneigt bezüglich der axialen Richtung der Nockenwelle 12. Ferner entspricht ein gemeinsamer Bereich der Nocken 26a und 26b, in welchem die Verläufe sich treffen, einem „Austrittsbereich“, in welchem der Eingriffsstift 28 aus der Nockennut 26 austritt.
In 2A ist ein Bewegungsweg C des Eingriffsstifts 28 in Verbindung mit der Drehung der Nockenwelle 12 gezeigt. 2B zeigt eine Längsschnittansicht der Nockennut 26A, die erhalten wird durch Schneiden des Nockenträgers 22 entlang der Linie A-A in 2A (d. h., entlang dem Bewegungsweg C des Eingriffsstifts 28). Ferner ist die Längsschnittansicht der Nockennut 26b hierzu gleichartig. Gemäß der Darstellung in 2B sind die Nutentiefen des Einsetzbereichs und des Schaltbereichs konstant, wobei dies ein Beispiel ist. Andererseits ist die Nutentiefe des Austrittsbereichs nicht konstant und wird allmählich kleiner, wenn die Position der Nut näher an das Ende des Austrittsbereichs auf der hinteren Seite in der Drehrichtung der Kurbelwelle 12 gelangt. Dabei ist zu beachten, dass die Nockennuten 26 für die individuellen Zylinder mit einer Phasendifferenz von 90 Grad im Nockenwinkel zwischen den benachbarten Zylindern in der Reihenfolge entsprechend der vorstehend beschriebenen Zündreihenfolge ausgebildet sind.
Des Weiteren ist gemäß der Darstellung in 2B eine äußere oder periphere Oberfläche des Nockenträgers 22, die einem Teil der Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle 12 entspricht, auf der vorderen Seite bezüglich des Einsetzbereichs der Nockennut 26a in der Drehrichtung der Nockenwelle 12 angeordnet. Auf die Außenumfangsoberfläche, die an diesem Ort vorliegt, wird nachstehend als „vordere Außenumfangsoberfläche“ zur Erleichterung der Darstellung Bezug genommen. Wie es in 2A gezeigt ist, ist eine gleichartige vordere Außenumfangsoberfläche in Nachbarschaft zu der Nockennut 26b vorgesehen.
Es ist in diesem Zusammenhang zu beachten, dass in dem in den 2A und 2B gezeigten Beispiel ein „geneigter Bereich“ zwischen der „vorderen Außenumfangsoberfläche“ und dem „Einsetzbereich“ bei jeder Nockennut 26a und 26b vorgesehen ist, in welchem sich die Tiefe der Nut allmählich ändert. Diese Art eines geneigten oder schrägen Bereichs muss jedoch nicht immer bei der Nockennut gemäß der vorliegenden Offenbarung vorgesehen sein, und es kann die Grenze oder der Grenzbereich zwischen der „vorderen Außenumfangsoberfläche“ und dem „Einsetzbereich“ kontinuierlich zueinander in einer schrittweisen Anordnung ausgebildet sein. In der Nockennut 26 mit dem vorstehend beschriebenen geneigten Bereich kann des Weiteren ein Ende des geneigten Bereichs auf der vorderen Seite in der Drehrichtung der Nockenwelle 12 einem „Ende der Nockennut auf der vorderen Seite in der Drehrichtung der Nockenwelle“ gemäß der vorliegenden Offenbarung entsprechen. Andererseits entspricht in einer Nockennut ohne den geneigten Bereich ein Ende des Einsetzbereichs auf der vorderen Seite in der Drehrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung diesem Sachverhalt.
(Aktuator)
Der Aktuator 24 ist an einem stationären Teil 27, wie einem Zylinderkopf, an einem Ort angeordnet, der gegenüber der Nockenwelle 26 liegt. Der Aktuator 24 umfasst die Eingriffsstifte 28a und 28b, die jeweils in der Lage sind, in Eingriff mit den Nockennuten 26a und 26b zu gelangen. Der Aktuator 24 ist in der Weise aufgebaut, dass er in der Lage ist, selektiv einen der Eingriffsstifte 28a und 28b in Richtung der Nockenwelle 12 (und speziell in Richtung der Nockennut 26) ausfahren oder herausragen zu lassen.
Es ist hierbei zu beachten, dass als eine Voraussetzung für den Nockenschaltvorgang die folgende Positionsbeziehung erfüllt ist zwischen dem Paar Einlassnocken 14 und 16, dem Paar Nockennuten 26a und 26b und dem Paar der Eingriffsstifte 28a und 28b, wie es in 1 gezeigt ist. Im Einzelnen ist ein Abstand zwischen einer Nutenmittellinie des Einsetzbereichs der Nockennut 26a und einer Nutenmittellinie des (gemeinsamen) Austrittsbereich der Nockennuten 26a und 26b ein Abstand D1, und es ist dies der gleiche, wie ein Abstand zwischen einer Nutenmittellinie des Einsetzbereichs der Nockennut 26b und der Nutenmittellinie des Austrittsbereichs. Ferner ist der Abstand D1 der gleiche wie jeder eines Abstands D2 zwischen den Mittellinien des Paars der Einlassnocken 14 und 16 und einem Abstand D3 zwischen den Mittellinien des Paars der Eingriffsstifte 28a und 28b.
3 zeigt eine schematische Darstellung zur Beschreibung eines Beispiels eines Aufbaus des in 1 gezeigten Aktuators 24. Der Aktuator 24 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist beispielsweise vom elektromagnetischen Solenoidtyp. Gemäß der Darstellung in 3 ist der Aktuator 24 ausgestattet mit einem Elektromagneten 30 (ein Paar von Elektromagneten 30a und 30b) für das Paar der Eingriffsstifte 28a und 28b. Jeder der Elektromagneten 30a und 30b umfasste eine Spule 32 und einen Kern 34 und ist in einem aus Metall bestehenden Gehäuse 36 angeordnet. Der Eingriffsstift 28 ist in dem Aktuator 24 eingebaut. Der Eingriffsstift 28 umfasst einen plattenförmigen Magnetteil 29, der an einem Ende des Eingriffsstifts 28 auf der Seite gegenüber dem Elektromagneten 30 in dem Gehäuse 36 angeordnet und der aus einem magnetischen Material gebildet ist.
Jedem der Elektromagnete 30a und 30b wird von einer Batterie 38 eine elektrische Leistung zugeführt. Die Steuerung der elektrischen Leistungszufuhr oder Erregung des Aktuators 24 (des Elektromagneten 30) wird auf der Basis eines Befehls von einer elektronischen Steuerungseinheit (electronic control unit, ECU) 40 durchgeführt, wobei diese später noch beschrieben wird. Der Aktuator 24 ist in der Weise ausgebildet, dass dann, wenn die Leistungszufuhr zum Elektromagneten 30 durchgeführt wird, der Eingriffsstift 28 relativ zu dem Elektromagneten 30 reagiert und in Richtung der Nockenwelle 12 (dem Nockenträger 22) hervorsteht oder herausragt. Mit der Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 zu einer angemessenen oder passenden Zeit, die nachstehend noch im Einzelnen beschrieben wird, gelangt der Eingriffsstift 28 in Eingriff mit der Nockennut 26. Gemäß dem Beispiel des Aufbaus des Aktuators 24 in der Darstellung von 3 wird der Magnetteil 29 des Eingriffsstifts 28 durch eine an der gegenüberliegenden Seite des Elektromagneten 30 angeordneten Wandoberfläche des Gehäuses 36 angezogen, und wird an der Wandoberfläche positioniert, wenn der Eingriffsstift 28 als Ergebnis der Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 in Richtung der Nockenwelle 12 hervorsteht. In diesem Fall führt der Eingriffsstift 28 einen vollen Hub durch. Nachdem der Eingriffsstift 28 einen vollen Hub durchführt, kann der Vollhubzustand ohne das Erfordernis der Fortsetzung der Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 aufrechterhalten werden.
Tritt der Eingriffsstift 28, der sich in Eingriff mit der Nockenwelle 26 befindet, in den Einsetzbereich als Ergebnis der Drehung der Nockenwelle 12 ein, dann wird der Eingriffsstift versetzt und wird zu der Seite des Elektromagneten 30 durch die Wirkung der Bodenoberfläche, bei der die Nockentiefe allmählich kleiner wird, zurückgedrückt. Wird der Magnetteil 29 des Eingriffsstifts 28 zurückgedrückt, dann wird durch die Wirkung dieser Bodenoberfläche zu der Seite, die näher an dem Elektromagneten 30 liegt als die Mittelposition des Hubs des Magnetteils 29, der Eingriffsstift 28 zu dem Elektromagneten 30 angezogen, und es wird das Austreten des Eingriffsstifts 28 aus der Nockennut 26 vollendet bzw. abgeschlossen. Wird der Eingriffsstift 28 auf diese Weise zurückgedrückt, dann wird in dem Elektromagneten 30b eine elektromagnetische Kraft erzeugt. Es kann auf diese Weise die elektronische Steuerungseinheit ECU bestimmen, ob der Nockenschaltvorgang abgeschlossen ist oder nicht, auf der Basis des Vorliegens oder Nichtvorliegens der Erfassung dieser induzierten elektromagnetischen Kraft.
Steuerungssystem
Das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die elektronische Steuerungseinheit ECU 40 aus einer Steuerungsvorrichtung. Verschiedene Sensoren, die an der Brennkraftmaschine 1 und dem Fahrzeug, an dem die Brennkraftmaschine 1 angebracht ist, vorgesehen sind und verschiedene Aktuatoren zur Steuerung des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 sind mit der ECU 40 verbunden.
Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Sensoren umfassen einen Kurbelwellenwinkelsensor oder Kurbelwinkelsensor 42, einen Öltemperatursensor 44, einen Wassertemperatursensor 46 und einen Luftströmungsmesser 48. Der Kurbelwinkelsensor 42 gibt ein Signal in Abhängigkeit von dem Kurbelwinkel aus. Die ECU 40 kann daraus eine Maschinendrehzahl unter Verwendung des Kurbelwinkelsensors 42 erhalten. Der Öltemperatursensor 44 gibt ein Signal in Abhängigkeit von der Temperatur eines Öls aus, das jeden Teil der Brennkraftmaschine 1 (wobei dies jeden Teil (beispielsweise die Nockenwelle 12) der variablen Ventilbetätigungsvorrichtung 10 umfasst) schmiert. Der Wassertemperatursensor 46 gibt ein Signal in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlwassers aus, das die Brennkraftmaschine 1 kühlt. Der Luftströmungssensor 48 gibt ein Signal zur Angabe der Strömungsrate der Luft aus, die in die Brennkraftmaschine eingebracht wird. Des Weiteren umfassen die verschiedenen vorstehend beschriebenen Aktuatoren Brennstoffeinspritzventile 50 und eine Zündeinrichtung 52 sowie die Aktuatoren 24.
Die ECU 40 umfasst einen Prozessor, einen Speicher und eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle. Die Eingabe/Ausgabeschnittstelle empfängt entsprechende Sensorsignale von den verschiedenen vorstehend beschriebenen Sensoren, und gibt Ausgangssignale zu den verschiedenen vorstehend beschriebenen Aktuatoren aus. In dem Speicher werden verschiedene Steuerungsprogramme und Kennfelder zur Steuerung der verschiedenen Aktuatoren gespeichert. Der Prozessor liest ein Steuerungsprogramm aus dem Speicher aus und verarbeitet das Steuerungsprogramm. Im Ergebnis wird eine Funktion der „Steuerungsvorrichtung“ gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erhalten.
Nockenschaltvorgang
Nachstehend wird der Nockenschaltvorgang mit der Nockenschalteinrichtung 20 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Welcher der Einlassnocken (kleine Nocken) 14 und der Einlassnocken (große Nocken) 16 als Nocken zum Antreiben des Einlassventils verwendet wird, wird beispielsweise bestimmt in Abhängigkeit von dem Maschinenbetriebsbedingungen (speziell der Maschinenlast und der Maschinendrehzahl Ne) und der Stärke einer Änderungsrate eines angeforderten Drehmoments von dem Fahrer.
Nockenschaltvorgang vom kleinen Nocken zum großen Nocken
4 zeigt eine grafische Darstellung zur Beschreibung eines Beispiels des Nockenschaltvorgangs mittels der Nockenschalteinrichtung 20. Im Einzelnen entspricht das in 4 gezeigte Beispiel dem Nockenschaltvorgang, der in der Weise durchgeführt wird, dass der Nocken, der das Ventil antreibt, geschaltet oder umgeschaltet wird von dem Einlassnocken (kleiner Nocken) 14 zu dem Einlassnocken (großer Nocken) 16. In 4 sind der Nockenträger 22 und der Aktuator 24 bei ihrem jeweiligen Nockenwinkel A bis D dargestellt. In Bezug auf 4 ist hierbei zu beachten, dass sich die Nockennut 26 von der oberen Seite in Richtung der unteren Seite in 4 im Zusammenhang mit der Drehung der Nockenwelle 12 bewegt.
Bei dem Nockenwinkel A in 4 ist der Nockenträger 22 auf der Nockenwelle 12 derart angeordnet, dass der Einsetzbereich der Nockennut 26b gegenüber dem Eingriffsstift 28b liegt. Bei diesem Nockenwinkel A wird die Leistungszufuhr zu den Elektromagneten 30a und 30b des Aktuators 24 nicht durchgeführt. Ferner ist bei dem Nockenwinkel A jeder der Kipphebel 18 in Kontakt mit dem entsprechenden Einlassnocken 14.
Der Nockenwinkel B in 4 entspricht einem Nockenwinkel, der erhalten wird, wenn die Nockenwelle 12 um 90 Grad gegenüber dem Nockenwinkel A gedreht wird. Im Ergebnis dessen, dass der Eingriffsstift 28b in Richtung der Nockenwelle 12 (dem Nockenträger 22) in Abhängigkeit von der Durchführung der Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 (dem Elektromagneten 30b) hervorsteht, gelangt der Eingriffsstift 28b in Eingriff mit der Nockennut 26b in dem Einsetzbereich. Gemäß der Darstellung in 4 steht bei dem Nockenwinkel B der Eingriffsstift 28 in Eingriff mit der Nockennut 26b in dem Einsetzbereich.
Der Nockenwinkel C in 4 entspricht einem Nockenwinkel, der erhalten wird, wenn sich die Nockenwelle 12 gegenüber dem Nockenwinkel B weiter um 90 Grad dreht. Der Eingriffsstift 28b tritt über den Einsetzbereich in den Schaltbereich als Ergebnis der Drehung der Nockenwelle 12 ein. Gemäß der Darstellung in 4 steht entsprechend dem Nockenwinkel C der Eingriffsstift 28b in Eingriff mit der Nockennut 26b in dem Schaltbereich. Da sich der Eingriff des Eingriffsstifts 28 auf diese Wiese in dem Schaltbereich befindet, gleitet der Nockenträger 22 zur linken Seite in der Darstellung von 4 ausgehend von der Position entsprechend dem Nockenwinkel B als Ergebnis der Drehung der Nockenwelle 12 und wie dies aus 4 durch einen Vergleich des Nockenwinkels B mit dem Nockenwinkel C erkennbar ist.
Der Nockenwinkel D in 4 entspricht einem Nockenwinkel, der erhalten wird, wenn die Nockenwelle 12 gegenüber dem Nockenwinkel C um weitere 90 Grad gedreht wird. Der Eingriffsstift 28b gelangt in den Austrittsbereich, nachdem er den Schaltbereich durchlaufen hat. Gelangt der Eingriffsstift 28b in den Austrittsbereich, dann wird der Eingriffsstift 28b zu der Seite des Elektromagneten 30b durch die Wirkung der Bodenoberfläche des Austrittsbereichs in der vorstehend beschriebenen Weise zurückgedrückt. Wird der Eingriffsstift 28b zurückgedrückt, dann erfasst die ECU 40 die induzierte elektromotorische Kraft des Elektromagneten 30b zum Beenden der Leistungszufuhr zu dem Elektromagneten 30b. Im Ergebnis wird der Eingriffsstift 28b zu dem Elektromagneten 30b angezogen, und es ist das Austreten des Eingriffsstifts 28b aus der Nockennut 26b abgeschlossen. In 4 sind der Nockenträger 22 und der Aktuator 24 bei dem Nockenwinkel D gezeigt, bei dem das Austreten des Eintrittsstifts 28b aus der Nockennut 26b vollendet bzw. abgeschlossen ist.
Des Weiteren ist bei dem Nockenwinkel D in 4 der Gleitvorgang bzw. das Gleiten des Nockenträgers 22 zu der linken Seite in 4 ebenfalls abgeschlossen. Somit wird der Nockenschaltvorgang abgeschlossen, durch den der Nocken, der eine Druckkraft auf den Kipphebel 18 ausübt, umgeschaltet wird auf den Einlassnocken (großer Nocken) 16 ausgehend von dem Einlassnocken (kleiner Nocken) 14. Mittels dieser Art des Nockenschaltvorgangs kann ein Schalten oder Umschalten des Nockens durchgeführt werden, während sich die Nockenwelle 12 um eine Umdrehung dreht.
Wird der Nockenumschaltvorgang von dem Einlassnocken (kleiner Nocken) 14 zu dem Einlassnocken (großer Nocken) 16 abgeschlossen, dann steht des Weiteren der verbleibende Eingriffsstift 28a gegenüber dem Einsetzbereich der verbleibenden Nockennut 26a, wie dies aus der Darstellung bezüglich des Nockenwinkels D in 4 erkennbar ist.
Nockenschaltvorgang vom großen Nocken zum kleinen Nocken
Da der Nockenschaltvorgang zu dem Einlassnocken (kleiner Nocken) 14 ausgehend von dem Einlassnocken (großer Nocken) 16 gleichartig ist zu dem vorstehend beschriebenen Nockenschaltvorgang von dem Einlassnocken (kleiner Nocken) 14 zu dem Einlassnocken (großer Nocken) 16, erfolgt nachstehend in schematischer Weise eine Beschreibung desselben.
Der Nockenschaltvorgang zu dem Einlassnocken (kleiner Nocken) 14 von dem Einlassnocken (großer Nocken) 16 wird durchgeführt, wenn sich der Nockenträger 22 bei einer Position gleichartig zu der Darstellung bezüglich des Nockenwinkels D in 4 befindet. Zuerst wird die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 (dem Elektromagneten 30a) in der Weise durchgeführt, dass der Eingriffsstift 28a in den Einsetzbereich der Nockennut 26a eingesetzt wird. Während der Eingriffsstift 28a den Schaltbereich durchläuft, gleitet danach der Nockenträger 22 zu der rechten Seite in 4 als Ergebnis der Drehung der Nockenwelle 12. Hat der Eingriffsstift 28a den Schaltbereich durchlaufen, dann ist der Gleitvorgang des Nockenträgers 22 abgeschlossen, und der Nocken, der eine Druckkraft auf den Kipphebel 18 ausübt, wird umgeschaltet von dem Einlassnocken (großer Nocken) 16 zu dem Einlassnocken (kleiner Nocken) 14. Danach erfolgt das Austreten des Eingriffsstifts 28a aus der Nockennut 26a. Es ist zu beachten, dass dann, wenn auf diese Weise der Nockenschaltvorgang abgeschlossen ist, die Position des Nockenträgers 22 zu der Position zurückkehrt, bei der der Eingriffsstift 28b gegenüber dem Einsetzbereich der Nockennut 26b angeordnet ist, wie dies in Verbindung mit dem Nockenwinkel A in 4 veranschaulicht ist.
Steuerungsbetriebsart des Aktuators zum Einsetzen des Stifts in die Nockennut.
Entsprechend der vorstehend beschriebenen Nockenschalteinrichtung 20 kann die Steuerungsbetriebsart des Aktuators 24 zum Einsetzen des Eingriffsstifts 28 in die Nockennut 26 ausgewählt werden aus einer „Tiefnutenpositionierungsbetriebsart“, einer „Außenumfangspositionierungsbetriebsart“ und einer „Zweifachzuführungsbetriebsart“. Im Einzelnen kann ein Umschalten zwischen der „Tiefnutenpositionierungsbetriebsart“, der „Außenumfangspositionierungsbetriebsart“ und der „Zweifachzuführungsbetriebsart“ durch die ECU 40 erhalten werden, die die Zuführungszeiten und die Zuführungsperiode bzw. Zuführungsdauer des Aktuators 24 steuert. Die 5A bis 5C sind grafische Darstellungen zur Beschreibung einer Übersicht über die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart, die Außenumfangspositionierungsbetriebsart und die Zweifachzuführungsbetriebsart.
Tiefnutenpositionierungsbetriebsart
Gemäß der Darstellung in 5 entspricht die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart einer Betriebsart, bei der die Energiezuführungszeit für den Aktuator 24 in der Weise gesteuert wird, dass der Eingriffsstift 28 direkt auf der Bodenoberfläche des Eintrittsbereichs der Nockennut 26 positioniert ist bzw. anliegt, ohne auf der vorderen Außenumfangsoberfläche anzuliegen oder positioniert zu sein. Hierbei ist zu beachten, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und der gerade beschriebenen Weise ein Beispiel vorliegt, bei dem das äußere Ende des Eingriffsstifts 28 direkt auf der Bodenoberfläche des Einsetzbereichs der Nockennut 26 positioniert ist, wenn der Eingriffsstift 28 direkt in das Innere der Nockennut 26 eingesetzt ist. Wird jedoch bewirkt, dass ein Eingriffsstift direkt in das Innere der Nockennut in deren Einsetzbereich in eine Nockenschalteinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung eingesetzt ist, dann muss der Eingriffsstift nicht immer in der Weise ausgebildet sein, dass das äußere Ende desselben auf der Bodenoberfläche anliegt (in Kontakt mit dieser steht), wie dies in dem vorstehend beschriebenen Beispiel der Fall ist. Solange der Eingriffsstift in die Nockennut eingesetzt ist, kann in speziellerer Weise und gemäß dem Beispiel des Aktuators 24 in der Darstellung von 3 beispielsweise ein Aufbau in alternativer Weise derart vorgesehen sein, dass der Magnetteil 29 auf der Wandoberfläche auf der gegenüberliegenden Seite zu dem Elektromagneten 30 anliegt bzw. positioniert ist, ohne dass der Eingriffsstift 28 auf der Bodenoberfläche der Nockennut 26 anliegt.
Außenumfangspositionierungsbetriebsart
Gemäß der Darstellung in 5B entspricht die Außenumfangspositionierungsbetriebsart einer Betriebsart, in der der Aktuator 24 derart gesteuert wird, dass der Eingriffsstift 28 einmal auf der vorderen äußeren Peripherieoberfläche positioniert ist, und sodann in die Nockennut 26 ausgehend von der vorderen äußeren Peripherieoberfläche eingesetzt wird. Gemäß der Außenumfangspositionierungsbetriebsart wird im Einzelnen die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 zu einer Zeit gestartet, die früher ist, als diejenige, wenn die Tiefnutenpositionierbetriebsart verwendet wird, zum Bewirken, dass der Eingriffsstift 28 einmal auf der vorderen äußeren Peripherieoberfläche positioniert wird. Die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 wird kontinuierlich durchgeführt, bis zu einer Zeit, bei der das Einsetzen des Eingriffsstifts 28 in den Einsetzbereich der Nockennut 26 von der vorderen Außenumfangsoberfläche abgeschlossen ist, nachdem der Eingriffsstift 28 einmal auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert war.
Zweifachzuführungsbetriebsart
Gemäß der Darstellung in 5C entspricht die Zweifachzuführungsbetriebsart einer Betriebsart, die erhalten wird mittels Durchführung des Umschaltens der Steuerungsbetriebsart zu der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart, nachdem die Außenumfangspositionierungsbetriebsart gestartet wurde. Gemäß der Zweifachzuführungsbetriebsart und in gleichartiger Weise wie bei Außenumfangspositionierungsbetriebsart wird im Einzelnen die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 zu einer Zeit gestartet, die früher ist als diejenige, wenn die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart verwendet wird, so dass bewirkt wird, dass der Eingriffsstift 28 einmal auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert wird. Gemäß der Zweifachzuführungsbetriebsart wird somit die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 einmal beendet, nachdem der Eingriffsstift 28 auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist, zu einer Zeit, die früher ist, als die Leistungszuführungszeit bei der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart. Wird die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 während eines Zustands eines kleinen Hubs beendet, indem der Eingriffsstift 28 auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist, dann wird der Eingriffsstift 28 (der Magnetteil 29 desselben) durch den Elektromagneten 30 angezogen, und es wird im Ergebnis der Eingriffsstift 28 zurückgezogen. Gemäß der Zweifachzuführungsbetriebsart wird danach die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 erneut durchgeführt zu einer Zeit gleichartig zu derjenigen der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart und derart, dass der Eingriffsstift 28 auf den Bodenoberfläche des Einsetzbereichs der Nockennut 26 positioniert ist.
Leistungszuführungssteuerung zum Aktuator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
Problem bezüglich der Leistungszuführungssteuerung zum Aktuator
Bei der Nockenschaltvorrichtung, die einen Aktuator vom elektromagnetischen Solenoidtyp aufweist, zum bewirken, dass ein Eingriffsstift in eine Nockennut eingesetzt wird, und in gleicher Weise wie bei der Nockenschalteinrichtung 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wird der elektrische Strom (nachstehend vereinfacht als „Spulenstrom I“ bezeichnet), der durch die Spule fließt zum Antreiben des Eingriffsstifts, in Abhängigkeit von unterschiedlichen Änderungsfaktoren für den elektrischen Strom, wie einer Änderung der Temperatur der Spule oder einer Änderung eines Spulenwiderstands R unterschiedlich, auch wenn die an die Spule des Aktuators angelegte elektrische Spannung konstant ist. Wird beispielsweise und im Einzelnen die Spulentemperatur niedriger, dann vermindert sich der Spulenwiderstandswert R, und es wird somit der Wert des Spulenstroms I bei derselben elektrischen Spannung größer. Infolgedessen bestehen in diesem Zusammenhang Bedenken, dass der Spulenstrom I in exzessiver Weise größer wird und dass im Ergebnis Teile um den Aktuator überhitzt werden können, falls die Spulentemperatur erheblich niedriger wird. Beispielsweise bestehen Bedenken, dass die elektronische Steuerungseinheit ECU überhitzt werden kann, falls eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern des Aktuators in der ECU eingebaut ist.
Übersicht über die Leistungszuführungssteuerung für den Aktuator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
Angesichts des vorstehend beschriebenen Problems wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die nachstehende Leistungszuführungssteuerung durchgeführt, bei der ein Nockenschaltvorgang durchgeführt werden kann, während ein exzessives Ansteigen des Spulenstroms I infolge verschiedener Änderungsfaktoren des elektrischen Stroms, wie einer Änderung der Spulentemperatur, vermindert wird.
Beziehung zwischen der Spulentemperatur und dem Spulenstrom I
6 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Spulentemperatur und dem Spulenstrom I. Gemäß der Darstellung in 6 mittels einer geraden Linie L1 wird der Spulenstrom I allmählich niedriger, wenn die Spulentemperatur größer wird. Ein „Aktuatorbetriebs-Garantietemperaturbereich“ in 6 ist ein Auslegungstemperaturbereich, in welchem die Durchführung einer gewünschten Maßnahme oder eines Betriebs des Aktuators 24 für den Nockenschaltvorgang garantiert werden kann. Ferner ist ein „Betriebsgarantie-Minimumstromwert“ in 6 ein Minimumstromwert des Spulenstroms I, der erforderlich ist für den Aktuator 24 zur Durchführung der vorstehend beschriebenen gewünschten Funktion, und ein „oberer Stromgrenzwert“ ist ein oberer Grenzwert des Spulenstroms I, der erforderlich ist im Hinblick auf das Temperaturmanagement von Teilen um den Aktuator 24, die Zielobjekt sind zur Verminderung einer Überhitzung infolge der Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist beispielsweise eine Schaltung zum Ansteuern des Aktuators 24 in die elektronische Steuerungseinheit ECU 40 eingebaut, und ein Beispiel der vorstehend beschriebenen Teile und in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen ist die ECU selbst. Somit ist der obere Stromgrenzwert in der Weise bestimmt, dass die Restriktionen bezüglich des Temperaturmanagements der ECU 40 erfüllt sind.
Gemäß der Darstellung in 6 ist des Weiteren ein elektrischer Sollstrom Iref ein Sollwert (ein Referenzwert) des Spulenstroms I, und dieser wird bestimmt im Voraus als ein Wert, der zwischen dem oberen Stromgrenzwert und dem Betriebsgarantie-Minimumstromwert (und spezieller, im Wesentlichen als ein Zwischenwert von beiden) liegt.
Ein Schwellenwert TH1 der Spulentemperatur in 6 entspricht einem Spulentemperaturwert, der erhalten wird, wenn der Spulenstrom I gleich dem oberen Stromgrenzwert wird. Unter einer Bedingung, bei der die Spulentemperatur höher ist als der Schwellenwert TH1, sinkt der Spulenstrom I unter den oberen Stromgrenzwert. Bei dieser Bedingung übersteigt der Spulenstrom I nicht den oberen Stromgrenzwert, auch wenn die Spulentemperatur nicht in spezieller Weise gesteuert wird. Ein Spulentemperaturbereich auf der Seite, die höher ist bezüglich der Temperatur als der Schwellenwert TH1, entspricht somit einem „Stromsteuerungsunnötigbereich“, in welchem eine Steuerung des elektrischen Stroms zum Begrenzen des Spulenstroms I unnötig bzw. nicht erforderlich ist.
Unter einer Bedingung, dass die Spulentemperatur niedriger ist als der Schwellenwert TH1 oder gleich demselben ist, wird demgegenüber der Spulenstrom I den oberen Stromgrenzwert überschreiten, falls eine spezielle Steuerung nicht durchgeführt wird. Somit entspricht ein Spulentemperaturbereich auf der Seite, die bezüglich der Temperatur niedriger ist als der Schwellenwert TH1, einem „Stromsteuerungsnötigbereich“, in welchem eine Steuerung des elektrischen Stroms zur Begrenzung des Spulenstroms I nötig bzw. erforderlich ist.
Ferner bezieht sich die Beziehung zwischen dem Spulenstrom I und der Spulentemperatur und dargestellt durch die gerade Linie L1 in 6 auf die Bedingung, bei der eine elektrische Batteriespannung V+B ein Standardwert ist. Ist beispielsweise die elektrische Batteriespannung V+B niedriger als dieser Standardwert, dann wird der Wert des Spulenstroms I in dem gesamten Bereich der Spulentemperatur kleiner. Somit ändert sich der Schwellenwert TH 1 in Abhängigkeit von der elektrischen Batteriespannung V+B. Des Weiteren ist der „Aktuatorbetriebs-Garantietemperaturbereich“ in 6 ein Temperaturbereich, in welchem der gewünschte Betrieb des Aktuators 24 unter der Berücksichtigung einer angenommenen Fluktuation der elektrischen Batteriespannung V+B garantiert wird.
Abschätzen der Spulentemperatur auf der Basis der Öltemperatur/Wassertemperatur
7 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Öltemperatur/Wassertemperatur der Brennkraftmaschine 1 und der Spulentemperatur. Die Beziehung zwischen der Öltemperatur und der Spulentemperatur und die Beziehung zwischen der Wassertemperatur und der Spulentemperatur sind zueinander gleichartig. Es zeigt somit 7 auf der horizontalen Achse die Öltemperatur/Wassertemperatur an, und es sind diese beiden Beziehungen zusammen dargestellt bzw. veranschaulicht.
Die Spulentemperatur weist eine Korrelation mit jeweils der Öltemperatur und der Wassertemperatur mit Variationen auf. Im Einzelnen wird der Wert der Spulentemperatur, der jedem Wert der Öltemperatur/Wassertemperatur entspricht, höher mit einer Änderungs- oder Variationsbreite gemäß der Darstellung in 7, wenn die Öltemperatur höher ist, und wird in gleicher Weise höher mit einer Variation, wenn die Wassertemperatur höher ist. Mit der Beschreibung unter Bezugnahme auf 6 wird die Begrenzung des Spulenstroms I in hohem Maße erforderlich, falls die Spulentemperatur niedriger wird. Somit wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein niedriger Grenzwert der Variationsbreite der Spulentemperatur, die jedem Wert der Öltemperatur/Wassertemperatur in 7 entspricht, für die Steuerung des Spulenstroms I verwendet, wie es nachstehend noch beschrieben ist.
Eine gerade Linie L2 in der Darstellung von 7 wird erhalten durch Verbinden der niedrigeren Grenzwerte bei der Variationsbreite der Spulentemperatur, die jedem Wert der Öltemperatur/Wassertemperatur entspricht. Auf dieser Basis ist ein Bestimmungsschwellenwert TH2 der Öltemperatur/Wassertemperatur in 7 ein Wert der Öltemperatur/Wassertemperatur, der erhalten wird, wenn die Spulentemperatur gemäß der vorstehenden Beschreibung gleich dem Schwellenwert TH1 wird. Entsprechend einer Betrachtung im Voraus der geraden Linie L2 in 7 und der Bestimmung des Bestimmungsschwellenwerts TH2 kann auf der Basis des Werts der Öltemperatur/Wassertemperatur bestimmt werden, ob die Steuerung des elektrischen Stroms zum Bewirken, dass der Spulenstrom I unter den oberen Stromgrenzwert absinkt, erforderlich ist oder nicht. Es kann im Einzelnen bestimmt werden, dass eine Steuerung des elektrischen Stroms nicht erforderlich ist, falls der Wert der Öltemperatur/Wassertemperatur höher als der Schwellenwert TH2 ist, und es kann bestimmt werden, dass die Steuerung des elektrischen Stroms erforderlich ist, falls der Wert der Öltemperatur/Wassertemperatur kleiner oder gleich dem Schwellenwert TH2 ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ferner eine Beziehung zwischen dem unteren Grenzwert in der Variationsbreite der Spulentemperatur, die durch die gerade Linie L2 veranschaulicht ist, und der Öltemperatur/Wassertemperatur im Voraus erhalten, beispielsweise mittels eines Experiments, und wird als ein Kennfeld in der ECU 40 gespeichert. In gleicher Weise wird die Spulentemperatur (niedriger Grenzwert) in Abhängigkeit von der Öltemperatur/Wassertemperatur unter Verwendung dieses Kennfelds geschätzt. Die geschätzte Spulentemperatur wird bei dem folgenden Schätzvorgang für den Spulenstrom I verwendet. Es ist zu beachten, dass im Gegensatz zu dem vorstehend beschriebenen Beispiel die Spulentemperatur (niedriger Grenzwert) alternativ geschätzt werden kann als ein Wert in Abhängigkeit von entweder der Öltemperatur oder der Wassertemperatur.
Schätzvorgang des Spulenstroms I (Berechnungsvorgang von Iest)
8 ist eine grafische Darstellung zur Beschreibung eines Stromschätzverfügbarkeitsteils, der Gegenstand der Durchführung des Schätzvorgangs des Spulenstroms I ist. Der Stromschätzvorgang wird unter Verwendung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart durchgeführt, wenn eine Nockenschaltanforderung zur Durchführung des Nockenschaltvorgangs erfolgt ist.
(Bestimmung von I1 bei Durchführung des Stromschätzvorgangs)
Ein Zuführungsstartnockenwinkel (zum Schätzen des elektrischen Stroms) θcrnk0 entspricht einem Wert des Kurbelwinkels im Zusammenhang mit einer Zeit, bei der die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 für diesen Stromschätzvorgang gestartet wird. Dieser Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk0 entspricht einem Ende auf der voreilenden Seite der vorderen Außenumfangsoberfläche, d. h. einer Position, die am meisten voreilend sein kann, wenn der Nockenschaltvorgang unter Verwendung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart bei einem Verbrennungszyklus durchgeführt wird. Andererseits ist ein Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk ein Wert des Nockenwinkels im Zusammenhang mit einer Zuführungsstartzeit, die erforderlich ist für den Eingriffsstift 28, dass dieser in der Lage ist, bei einer Stiftausfahrabschlusssollposition positioniert zu werden (mit anderen Worten, eine Sollposition innerhalb des Einsetzbereichs), wenn die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart verwendet wird.
Wird die Leistungszufuhr bei einem Nockenwinkel auf der Seite gestartet, die mehr verzögert oder nacheilend ist, als der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk gemäß der vorstehenden Beschreibung, dann kann der Erfolg des Nockenschaltvorgangs nicht gewährleistet werden. Mit anderen Worten, ein Nockenwinkelbereich von dem Zuführungsstartnockenwinkel (zum Schätzen des elektrischen Stroms) θcrnk0 bis zu dem Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk (für die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart) entspricht dem „Stromschätzverfügbarkeitsteil“, der in der Lage ist, den Stromschätzvorgang für den elektrischen Strom durchzuführen. Hierbei ist zu beachten, dass ein Nockenwinkelbereich von dem Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk (für die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart) bis zur Stiftvorstehabschlusssollposition einem „Ausfahrenlassen des Eingriffsstifts 28 in Richtung der Nockennut 26 während der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart“ entspricht.
Falls die Maschinendrehzahl Ne (proportional zu der Nockenwellendrehzahl) höher wird, werden in Ergänzung hierzu der Betrag der Änderung in dem Kurbelwinkel je Zeiteinheit und der Betrag des Nockenwinkels in Übereinstimmung hierzu ebenfalls größer. Somit wird der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl Ne geändert und ist im Einzelnen weiter voreilend, wenn die Maschinenbetriebszahl Ne größer ist. Ist die Viskosität des Öls zum Schmieren jedes Teils der Brennkraftmaschine 1 (einschließlich jedes Teils der variablen Ventilbetätigungseinrichtung 10, wie der Nockenwelle 12) infolge einer niedrigen Temperatur des Öls ebenfalls niedrig, dann kann der Vorstehvorgang des Eingriffsstifts 28 leicht durch das Öl behindert werden. Somit wird der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk in Abhängigkeit von der Temperatur des Öls geändert, und wird speziell mehr voreilend, wenn die Temperatur des Öls niedriger ist. Daher ändern sich der Stromschätzverfügbarkeitsteil und der vorstehende Abschnitt oder Bereich in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl Ne und der Temperatur des Öls.
Bei dem Stromschätzvorgang gemäß der vorstehenden Beschreibung ist ein Wert des Spulenstroms I erforderlich, der erhalten wird zu einer Zeit, bei der eine bestimmte Zeit X (ms (Millisekunden)) seit einem Zeitpunkt (einer Erregungsstartzeit) im Zusammenhang mit dem Zuführungsstartnockenwinkel (zum Schätzen des elektrischen Stroms) θcrnk0 abgelaufen ist, zum Erhalten eines geschätzten elektrischen Stromwerts Iest des Spulenstroms I in Abhängigkeit von der gegenwärtigen Spulentemperatur (ein Schätzwert auf der Basis der Beziehung gemäß der Darstellung in 7, obwohl diese Einzelheiten hierzu nachstehend noch beschrieben werden). Es erfordert eine längere Zeitdauer zum Vorstehenlassen des Eingriffsstifts 28 in Richtung der Bodenoberfläche der Nockennut 26 während der Außenumfangspositionierungsbetriebsart im Vergleich zu dem Vorgang während der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart. Dies liegt daran, das während der Außenumfangspositionierungsbetriebsart die Hervorstehgeschwindigkeit des Eingriffsstifts 28 einmal zu null wird, wenn der Eingriffsstift 28 auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist oder anliegt, und erneut von einem Zustand einer Anfangsgeschwindigkeit von null gemäß der Darstellung in 5B beschleunigt, nachdem die vordere Außenumfangsoberfläche durchlaufen wurde. Hierbei besteht somit die Möglichkeit, dass, falls der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk (für die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart) während der bestimmten Zeit X erscheint, wenn die Außenumfangspositionierungsbetriebsart durchgeführt wird für den Stromschätzvorgang, der Eingriffsstift 28 nicht in der Lage sein kann, den Eingriffsstift 28 in den Einsetzbereich ausfahren zu lassen, während die Verzögerung des Verbrennungszyklus verhindert wird, bei dem der Nockenschaltvorgang durchgeführt wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Bestimmung E1 bei der Durchführung des Stromschätzvorgangs somit durchgeführt, bevor der Stromschätzvorgang für den elektrischen Strom gestartet wird. Diese Bestimmung E1 wird durchgeführt auf der Basis dessen, ob ein Stromschätzabschlussnockenwinkel θestc (ein Voraussagewert), der ein Nockenwinkel ist, der erhalten wird, wenn die bestimmte Zeit X, die von der Zuführungsstartzeit beginnt, abläuft, gleich ist oder weiter voreilend ist oder nicht, als der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk (für die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart).
9 zeigt eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Drehzahl (Ne/2) der Nockenwelle 12 und der Zeit. Eine Maschinendrehzahl Ne0 (grad/ms) zu einem Zeitpunkt (der Zuführungsstartzeit) in Verbindung mit dem Zuführungsstartnockenwinkel (zum Schätzen des elektrischen Stroms) θcrnk0 und eine Änderungsrate ΔNe (grad/ms²) der Maschinendrehzahl kann auf der Basis der Ausgangssignale des Kurbelwinkelsensors 42 berechnet werden. Im Ergebnis können die Nockenwellendrehzahl (Ne0/2) zu der Zuführungsstartzeit und die Änderungsrate (ΔNe/2) der Nockenwellendrehzahl gemäß der Darstellung in 9 erfasst werden, und es kann der Übergang der Nockenwellendrehzahl während der bestimmten Zeit X ebenfalls erfasst werden.
Der linke Teil der nachstehend angegebenen Formel 1 (Ungleichung) entspricht dem Stromschätzabschlussnockenwinkel θestc. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist speziell der Stromschätzabschlussnockenwinkel θestc als ein Beispiel in Abhängigkeit von der Beziehung berechnet, die auf der linken Seite dargestellt ist, auf der Basis der Nockenwellendrehzahl (Ne0/2) bei der Zuführungsstartzeit und der Änderungsrate (ΔNe/2) der Nockenwellendrehzahl. Gemäß der Formel 1 wird des Weiteren bestimmt, ob der Stromschätzabschlussnockenwinkel θestc gleich oder kleiner ist als der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk (für die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart, (d. h., ob der Nockenwinkel θestc gleich oder weiter voreilend ist als der Nockenwinkel θcrnk oder nicht). $\int_{0}^{x} (\frac{1}{2} Ne0+ \frac{1}{2} Δ Ne \cdot t) dt= \frac{1}{2} Ne0 \cdot x+ \frac{1}{4} Δ Ne \cdot x^{2} \leq Tcrnk$
t: Zeit (ms)
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Beispiel 1 gemäß der Darstellung in 8 wird der vorstehend beschriebene Stromschätzvorgang durchgeführt, falls der Stromschätzabschlussnockenwinkel θestc gleich oder weiter voreilend ist als der Nockenwinkel θcrnk. Ist andererseits und gemäß einem Beispiel 2 der Stromschätzabschlussnockenwinkel θestc weiter nacheilend als der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk, dann wird die Zuführung bei dem Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk ohne Durchführung des vorstehend beschriebenen Stromschätzvorgangs (d. h. ohne Durchführung einer genauen Schätzung des Spulenstroms I in Abhängigkeit von der Spulentemperatur) durchgeführt, und es wird im Ergebnis die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart durchgeführt.
(Berechnung des Stromschätzwerts Iest)
10 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Berechnungsverfahrens für den Stromschätzwert Iest. Als Voraussetzung hierfür wird gemäß dem Stromschätzvorgang des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Leistungszufuhr bei dem Zuführungsstartnockenwinkel (zum Schätzen des elektrischen Stroms) θcrnk0 durchgeführt, beispielsweise mit einem Anlegen einer elektrischen Spannung an die Spule 32 mit einem Tastverhältnis von 100 Prozent. Da die elektrische Batteriespannung V+B an die Spule 32 angelegt wird, ist im Einzelnen bei dieser Leistungszufuhr die durchschnittliche elektrische Spannung je Zeiteinheit durch die Tastverhältnissteuerung gleich dem elektrischen Spannungswert V+B.
Wird elektrische Batteriespannung V+B an die Spule 32 gemäß der Darstellung in 10 angelegt, dann wird der Spulenstrom I weiter ansteigen mit einem Ablaufen der Zeit und wird schließlich konvergieren. Der Konvergenzwert entspricht dem geschätzten elektrischen Stromwert bzw. dem Stromschätzwert Iest. In Bezug auf die Eigenschaften des Ansteigens des Spulenstroms gemäß der Darstellung in 10 besteht eine Erkenntnis, dass dann, wenn der Wert des elektrischen Stroms zu einem Zeitpunkt, bei dem eine bestimmte Zeit seit dem Start der Leistungszufuhr abgelaufen ist, ermittelt wird, dann kann der Konvergenzwert es elektrischen Strom ebenfalls ermittelt werden kann. Die bestimmte Zeit X gemäß der vorstehenden Beschreibung entspricht der hier genannten bestimmten Zeit. Mit der Zusammenstellung eines Kennfelds, das im Voraus eine Beziehung zwischen einem elektrischen Stromwert Ix zu dem Zeitpunkt, bei dem die bestimmte Zeit X abgelaufen ist, und den Konvergenzwert bezeichnet, kann dann der Konvergenzwert gemäß dem elektrischen Stromwert Ix, der während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 gemessen wird (d. h., der Stromschätzwert Iest) erhalten werden. Im Einzelnen ändert sich die Beziehung zwischen dem elektrischen Stromwert Ix und dem Konvergenzwert in Abhängigkeit von der Spulentemperatur und der angelegten Spannung (der elektrischen Batteriespannung V+B). Somit ist das vorstehend beschriebene Kennfeld in der Weise bestimmt, dass Kennfeldwerte in Abhängigkeit von der Spulentemperatur und der angelegten elektrischen Spannung unterschiedlich sind. Es ist zu beachten, dass die bestimmte Zeit X derart bestimmt ist, dass sie kürzer ist als eine erforderlichen Zeit für den Spulenstrom I zum Erreichen des Konvergenzwerts, auch wenn der Spulenstrom I einen beliebigen Wert innerhalb von Bereichen der Spulentemperatur und der angelegten elektrischen Spannung aufweist, die angenommen werden. Des Weiteren kann der Spulenstrom I unter Verwendung von beispielsweise eines in der ECU 40 eingebauten Stromsensors gemessen werden.
Im Gegensatz zu dem Verfahren, das diese Art des elektrischen Stromwerts Ix verwendet, ist es denkbar, den Konvergenzwert selbst durch kontinuierliches Messen des Spulenstroms I zu erfassen, bis der Konvergenzwert erhalten wird. Mit einem derartigen Verfahren besteht jedoch die Möglichkeit, dass der Spulenstrom I den oberen Stromgrenzwert (s. 6) wie bei dem Signalzeitverlauf W1 gemäß der Darstellung in 10 in Abhängigkeit von Werten der Spulentemperatur und der angelegten elektrischen Spannung. Im Gegensatz hierzu entsprechend dem Verfahren mit der Verwendung des elektrischen Stromwerts Ix kann der Stromschätzwert Iest unter Vermeidung dessen berechnet werden, dass der Spulenstrom I den oberen Stromgrenzwert während der Messung des Spulenstroms I überschreitet.
Berechnung des Solltastverhältnisses Dutyref
Das Solltastverhältnis Dutyref ist ein Sollwert des Tastverhältnisses der an den Aktuator 24 angelegten elektrischen Spannung (d. h., ein Verhältnis einer Anlegezeit der elektrischen Spannung im Verhältnis zu einer vorbestimmten Zeitdauer oder Periode). Zur Verhinderung, dass ein Spulenstrom I größer als der obere Stromgrenzwert fließt, wird das Solltastverhältnis Dutyref als ein Wert berechnet, der sich in Abhängigkeit von dem Stromschätzwert ändert und wie es nachstehend noch beschrieben wird. Zuerst wird ein Spulenwiderstandswert Rest berechnet zur Berechnung des Solltastverhältnisses Dutyref. Der Spulenwiderstandswert Rest kann gemäß der Darstellung in der nachfolgenden Formel 2 berechnet werden auf der Basis der elektrischen Batteriespannung V+B und dem Stromschätzwert Iest, der erhalten wird durch den Stromschätzvorgang, der im Zusammenhang mit dem Tastverhältnis von 100 Prozent durchgeführt wird (d. h. unter einer Bedingung, bei der die durchschnittliche angelegte elektrische Spannung je Zeiteinheit gleich der elektrischen Batteriespannung V+B ist). $R e s t = \frac{V + B}{I e s t}$
Es kann des Weiteren angegeben werden, dass das Solltastverhältnis Dutyref ein Parameter ist, der eine durchschnittliche angelegte Spannung je Zeiteinheit unter der Bedingung bestimmt, bei der die elektrische Batteriespannung V+B angelegt wird. Das Solltastverhältnis Dutyref wird als ein Wert bestimmt, der erhalten wird durch Teilen eines Produkts aus dem elektrischen Sollstrom Iref (s. 6) und dem Spulenwiderstandswert Rref durch die elektrische Batteriespannung V+B gemäß der Darstellung in der nachfolgenden Formel 3. Durch das Umformen der Formel 3 unter Berücksichtigung der Beziehung von Formel 2 gemäß der vorstehenden Beschreibung wird das Solltastverhältnis Dutyref schließlich bestimmt als ein Wert, der erhalten wird durch Teilen des elektrischen Sollstroms Iref durch den geschätzten Stromwert oder Stromschätzwert Iest. $Duty r e f = \frac{(I r e f \times R e s t)}{V + B} \times 100 = \frac{I r e f}{I e s t} \times 100$
Entsprechend der vorstehend beschriebenen Formel 3 wird das Solltastverhältnis Dutyref unter einer bestimmten elektrischen Batteriespannung V+B und einem bestimmten elektrischen Sollstrom Iref berechnet, wobei sich ein niedriger Wert ergibt, wenn der Spulenwiderstandswert Rref kleiner ist (d. h., die Spulentemperatur niedrig ist). Ist das Produkt aus dem elektrischen Sollstrom Iref und dem Spulenwiderstandswert Rref entsprechend der Formel 3 größer als der Wert der elektrischen Batteriespannung V+B (mit anderen Worten, falls der elektrische Stromschätzwert Iest kleiner oder gleich dem elektrischen Sollstrom Iref ist), dann ist das Solltastverhältnis Dutyref festgelegt bei 100 Prozent, und es ist dies der obere Grenzwert. Ist demgegenüber der Stromschätzwert Iest größer als der elektrische Sollstrom Iref, dann wird das Solltastverhältnis Dutyref begrenzt, so dass es niedriger ist, wenn der Stromschätzwert Iest größer ist (d. h. die Spulentemperatur niedriger ist).
Gemäß dem nach der vorstehend beschriebenen Weise bestimmten Solltastverhältnis Dutyref wird die durchschnittliche elektrische Spannung pro Zeiteinheit, die an den Aktuator 24 angelegt wird, weiter vermindert, wenn der Stromschätzwert Iest größer wird. Es ist zu beachten, dass die Verarbeitung oder der Ablauf zur Verminderung des Solltastverhältnisses Dutyref in der Weise durchgeführt wird, dass der Spulenstrom I nicht unter den Betriebsgarantieminimumstromwert (s. 6) abfällt, auch wenn der Spulenstrom I durch vermindern der elektrischen Spannung begrenzt wird.
Bestimmung von E2 mit der Fortsetzung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart
Die 11A und 11B sind grafische Darstellungen zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Außenumfangspositionierungsposition und einer Vollhubantwortzeit T_oland. Ein Nockenwinkel, der erhalten wird, wenn der Eingriffsstift 28 auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist unter Verwendung der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart wird ebenfalls in Bezug genommen als eine „Außenumfangspositionierungsposition“ zur Vereinfachung der Darstellung. Ebenso wird die Position des Eingriffsstifts 28 auf der vorderen Außenumfangsoberfläche vereinfacht als eine „Außenumfangspositionierung“ bezeichnet.
Die Vollhubantwortzeit T_oland ist eine Zeit, die erforderlich ist für den Eingriffsstift 28 zur Durchführung eines vollen Hubs. Wird der Eingriffsstift 28 einmal auf der vorderen Außenumfangsoberfläche unter Verwendung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart positioniert, dann entspricht die Vollhubantwortzeit T_oland einer Summe einer Zeit, die erforderlich ist für die Außenumfangspositionierung und einer Zeit, die erforderlich ist für den Eingriffsstift 28 zur Durchführung eines Hubs in Richtung der Bodenoberfläche der Nockennut 26 von der vorderen Außenumfangsoberfläche derselben. Es ist zu beachten, dass mit anderen Worten die Zeit, die erforderlich ist für die Außenumfangspositionierung eine Zeit ist, die erforderlich ist für den Eingriffsstift 28 zur Durchführung eines Hubs um einen Hub S1, der einem Abstand zu der vorderen Außenumfangsoberfläche von dem äußeren Ende des Eingriffsstifts 28 entspricht, der während einer ausgeschalteten Leistungszufuhr positioniert ist. Ferner entspricht die Vollhubantwortzeit T_oland einer „Zeit, die erforderlich ist von einem Start des Hervorstehvorgangs des Eingriffsstifts in Richtung der Innenseite der Nockennut bis zu einem Abschluss desselben“.
Die Vollhubantwortzeit T_oland, die erhalten wird, wenn der Eingriffsstift 28 an der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist oder anliegt, ändert sich im Zusammenhang mit der Außenumfangspositionierungsposition, wie es vorstehend beschrieben ist. Die horizontalen Achsen der 11A und 11B bezeichnen einen Nockenwinkel, und auf der Basis dessen veranschaulicht 11B eine Beziehung zwischen der Vollhubantwortzeit T_oland und der Außenumfangspositionierungsposition. Gemäß der in 11B dargestellten Beziehung weist die Vollhubantwortzeit T_oland einen kurzen Wert auf, der gleichartig ist zu demjenigen, wenn die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart verwendet wird, falls die Außenumfangspositionierungsposition näher bei dem Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk0 liegt. Im Gegensatz hierzu wird die Vollhubantwortzeit T_oland schnell länger, wenn die Außenumfangspositionierungsposition verzögert oder nacheilend ist im Vergleich zu einem Nockenwinkel θz in der Darstellung von 11B, beispielsweise infolgedessen, dass die elektrische Batteriespannung V+B niedrig ist. Der Grund, dass die Außenumfangspositionierungsposition in der gerade beschriebenen Weise nacheilend oder verzögert ist, besteht darin, dass der Spulenstrom I klein ist und die Vollhubantwortzeit T_oland in der Folge länger wird, wenn die Außenumfangspositionierungsposition nacheilend ist.
Wird die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart kontinuierlich unter einer Bedingung verwendet, bei der die Vollhubantwortzeit T_oland entsprechend der vorstehenden Beschreibung zu lange ist, dann wird es schwierig, den Eingriffsstift 28 auf einer vorbestimmten Stiftvorstehabschlusssollposition (s. 8) in der Nockennut 26 zu positionieren. Im Ergebnis besteht die Möglichkeit, dass der Nockenschaltvorgang fehlschlägt. Wird somit die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart in Verbindung mit der Einstellung eines Solltastverhältnisses Dutyref auf der Basis des vorstehend beschriebenen Stromschätzvorgangs verwendet, dann wird die Bestimmung E2 bezüglich der Fortsetzung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart in der Weise durchgeführt, wie es nachstehend noch beschrieben wird, zum Sicherstellen, dass der Nockenschaltvorgang nicht fehlschlägt, auch wenn die Begrenzung des Solltastverhältnisses Dutyref durchgeführt wird.
(Einzelheiten der Bestimmung von E2 zur Fortsetzung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart)
12 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer Zeit, die erforderlich ist für die Außenumfangspositionierung (d. h., eine Zeit, die erforderlich ist für den Hub von S1) und der Öltemperatur und des Spulenstroms I. Gemäß der Darstellung in 12 wird die für die Außenumfangspositionierung erforderliche Zeit länger, wenn die Öltemperatur niedriger ist. Dies liegt daran, dass der Hervorstehvorgang des Eingriffsstifts 28 durch das Öl sehr leicht behindert werden kann, falls die Viskosität des Öls infolge der niedrigen Öltemperatur ebenfalls niedrig ist. Gemäß der Darstellung in 12 wird somit eine für die Außenumfangspositionierung erforderliche Zeit unter derselben Öltemperatur länger, wenn der Spulenstrom I niedriger ist.
Eine Beziehung gemäß der Darstellung in 12 wird im Voraus beispielsweise experimentell erhalten, und es wird hierzu ein Kennfeld zur Definition der Beziehung in der ECU 40 gespeichert. Im Zusammenhang mit der Bestimmung E2 bezüglich der Fortsetzung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart wird aus dem Kennfeld zur Bezeichnung der Beziehung gemäß der Darstellung in 12 zuerst eine Zeit erhalten, die erforderlich ist für die Außenumfangspositionierung, wenn der elektrische Strom für den Betriebsgarantie-Minimumstromwert (s. 6) durch die Spule 32 unter der gegenwärtigen Öltemperatur fließt, die ermittelt wird unter Verwendung des Öltemperatursensors 44 (d. h., einem schlechtesten Wert Y (ms) aus der Zeit, die erforderlich ist für die Außenumfangspositionierung unter der gegenwärtigen Öltemperatur).
In den 11A und 1B ist ein Beispiel dargestellt, bei dem der Eingriffsstift 28 auf der vorderen Außenumfangsoberfläche mit dem schlechtesten Wert Y gemäß der vorstehenden Beschreibung positioniert ist. In 11B ist θy ein Beispiel für einen Wert des Nockenwinkels, der erhalten wird, wenn der schlechteste Wert Y von dem Zuführungsstartnockenwinkel θrnck0 abläuft. Gemäß der vorstehend beschriebenen Bestimmung von E2 wird die Außenumfangspositionierungsposition unter einer Bedingung, bei der der schlechteste Wert Y für die Außenumfangspositionierung erforderlich ist, durch Berechnung des Werts dieses Nockenwinkels θy unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Formel 1 geschätzt.
Eine Beziehung zwischen der Vollhubantwortzeit T_oland und der Außenumfangspositionierungsposition gemäß der Darstellung in 11B wird im Voraus beispielsweise experimentell erhalten, und es wird ein Kennfeld zur Definition der Beziehung in der ECU 40 gespeichert. Im Einzelnen ändert sich der Spitzenwert der Vollhubantwortzeit T_oland in Abhängigkeit von der elektrischen Batteriespannung V+B und der Öltemperatur. Es wird somit dieses Kennfeld in der Weise bestimmt, dass sich Kennfeldwerte in Abhängigkeit von der elektrischen Batteriespannung V+B und der Öltemperatur ändern. Gemäß der vorstehend beschriebenen Bestimmung von E2 wird der Wert der Vollhubantwortzeit T_oland in Abhängigkeit von dem in der vorstehend beschriebenen Weise berechneten Nockenwinkel θy aus dieser Art des Kennfelds erhalten.
13 ist eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen einer erforderlichen Antwortzeit und der Maschinendrehzahl Ne. Die erforderliche Antwortzeit bezieht sich auf einen erforderlichen oder notwendigen Wert einer Zeit (einer Antwortzeit), die erforderliche ist für einen vollen Takt des Eingriffsstifts 28, um den Erfolg des Nockenschaltvorgangs zu gewährleisten. Je größer die Maschinendrehzahl Ne ist, desto größer ist der Betrag der Änderung des Nockenwinkels je Zeiteinheit. Je größer die Maschinendrehzahl Ne (proportional zu der Nockenwellendrehzahl) ist, desto kürzer wird gemäß der Darstellung in 13 die erforderliche Antwortzeit. Es ist zu beachten, dass die erforderliche Antwortzeit einer „bestimmten Zeit“ gemäß der vorliegenden Offenbarung entspricht.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Bestimmung von E2 wird die Vollhubantwortzeit T_oland, die erhalten (geschätzt) wird unter Annahme des vorstehend beschriebenen schlechtesten Werts Y, mit der erforderlichen Antwortzeit in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl Ne verglichen. Ist diese Vollhubantwortzeit T_oland kürzer als die oder gleich der erforderlichen Antwortzeit, dann wird bestimmt, dass der Nockenschaltvorgang, der die Außenumfangspositionierungsbetriebsart verwendet, verfügbar ist. Ist ferner die Vollhubantwortzeit T_oland kürzer als die oder gleich der erforderlichen Antwortzeit, dann wird das Solltastverhältnis Dutyref geändert von einem Wert 100 Prozent, der eingestellt ist bei dem Start der Leistungszufuhr, auf einen Wert entsprechend dem Stromschätzwert Iest entsprechend der vorstehend beschriebenen Formel 3 (und speziell einen Wert des elektrischen Stroms, der in der Weise begrenzt ist, dass der Spulenstrom I nicht den oberen Stromgrenzwert überschreitet (s. 6)). Im Ergebnis wird der Eingriffsstift 28 in die Nockennut 26 ausgefahren, wobei die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart kontinuierlich verwendet wird.
Ist des Weiteren gemäß der vorstehend beschriebenen Bestimmung von E2 demgegenüber die Vollhubantwortzeit T_oland in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen schlechtesten Wert Y länger als die erforderliche Antwortzeit, dann wird bestimmt, dass der Nockenschaltvorgang, der die Außenumfangspositionierungsbetriebsart verwendet, nicht verfügbar ist. Ist ferner die Vollhubantwortzeit T_oland länger als die erforderliche Antwortzeit, dann wird die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 einmal abgeschaltet. Im Ergebnis wird der Eingriffsstift 28, der auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist bzw. anliegt, zurückgezogen. Die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 wird danach erneut durchgeführt zu einer Zeit, bei der der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk auftritt. Mit anderen Worten, es wird die vorstehend beschriebene Zweifachzuführungsbetriebsart durchgeführt, und es wird der Eingriffsstift 28 schließlich in die Nockennut 26 unter Verwendung der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart eingesetzt. Es wird ferner das Solltastverhältnis Dutyref (der Wert in Abhängigkeit von dem Stromschätzwert Iest) verwendet.
Gemäß der bisherigen Beschreibung wird der Nockenschaltvorgang, der die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart im Zusammenhang mit der Begrenzung des Spulenstroms I auf der Basis der vorstehend beschriebenen Schätzung des elektrischen Stroms verwendet, lediglich dann durchgeführt, falls das Ergebnis der Bestimmung von E2 positiv ist.
Verarbeitung der ECU bezüglich der Zuführungssteuerung zum Aktuator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
14 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ablaufs der Verarbeitung bezüglich der Zuführungssteuerung zu dem Aktuator 24 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Es ist hierbei zu beachten, dass der vorliegende Ablauf in Abhängigkeit von einem Empfangen einer Nockenschaltanforderung durchgeführt wird. Die Nockenschaltanforderung wird beispielsweise dann bereitgestellt, wenn ein erforderlicher Einlassnocken (der kleine Nocken 14 oder der große Nocken 16) in Abhängigkeit von einer Änderung der Maschinenbetriebsbedingung (im Wesentlichen der Maschinenlast und der Maschinendrehzahl) geändert wird.
Gemäß dem in 14 gezeigten Ablauf bestimmt die ECU 40 zuerst, ob die Öltemperatur/Wassertemperatur niedriger ist als der oder gleich dem Bestimmungsschwellenwert TH2 oder nicht (siehe 7) (Schritt S100). Es wird speziell bestimmt, ob die unter Verwendung des Öltemperatursensors 44 erhaltene Öltemperatur niedriger als der oder gleich dem Öltemperaturschwellenwert ist, der dem Bestimmungsschwellenwert TH2 entspricht, und es wird ebenfalls bestimmt, ob die unter Verwendung des Wassertemperatursensors 46 erhaltene Wassertemperatur niedriger als der oder gleich dem Wassertemperaturschwellenwert ist, der dem Bestimmungsschwellenwert TH2 entspricht. Sofern zumindest ein Ergebnis aus der Bestimmung bezüglich der Öltemperatur und dem Ergebnis aus der Bestimmung bezüglich der Wassertemperatur positiv ist, wird das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S100 positiv. Es ist zu beachten, dass im Gegensatz zu dieser Art des Beispiels auch lediglich eine der Bestimmungen bezüglich der Öltemperatur oder der Wassertemperatur alternativ durchgeführt werden kann.
Ist das Ergebnis der Bestimmung gemäß Schritt S100 negativ, d. h., falls bewertet werden kann, dass die Steuerung zur Begrenzung des Spulenstroms I, dass dieser nicht den oberen Stromgrenzwert überschreitet (s. 6), nicht erforderlich ist, dann startet die ECU 40 die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 zu einer Zeit, bei der der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk auftritt (Schritt S102). Dies bedeutet, dass die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart durchgeführt wird. In der ECU 40 besteht ein (in den Figuren nicht gezeigtes) Kennfeld, das im Voraus eine Beziehung zwischen der Öltemperatur/Wassertemperatur und dem Solltastverhältnis Dutyref bezeichnet. In Schritt S102 beschafft die ECU 40 das Solltastverhältnis Dutyref in Abhängigkeit von der gegenwärtigen Öltemperatur/Wassertemperatur aus dieser Art des Kennfelds, und steuert die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 unter Verwendung des erhaltenen Solltastverhältnisses Dutyref. Es ist zu beachten, dass im Gegensatz zu dem gerade beschriebenen Beispiel das Solltastverhältnis Dutyref alternativ erhalten werden kann als ein Wert in Abhängigkeit von einem der Werte der Öltemperatur oder der Wassertemperatur.
Ist andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S100 positiv, d. h., falls bewertet werden kann, dass die Steuerung zur Begrenzung des Spulenstroms I, dass dieser nicht den oberen Stromgrenzwert überschreitet (s. 6), erforderlich ist, dann geht die ECU 40 über zu Schritt S104.
Die Verarbeitung gemäß Schritt S104 entspricht der Verarbeitung bezüglich der Bestimmung von E1 mit der Durchführung des vorstehend beschriebenen Stromschätzvorgangs. In Schritt S104 bestimmt somit die ECU 40, ob der Stromschätzabschlussnockenwinkel θestc, der in der vorstehend beschriebenen Weise berechnet wurde, gleich dem oder weiter voreilend ist, als der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk (für die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart).
Ist das Ergebnis der Bestimmung gemäß Schritt S104 negativ, d. h., falls bewertet werden kann, dass die Möglichkeit besteht, dass der Eingriffsstift 28 nicht in der Lage ist, in dem gegenwärtigen Verbrennungszyklus in den Einsetzbereich der Nockennut 26 hineinzuragen oder hervorzustehen, falls der Stromschätzvorgang unter Verwendung der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart durchgeführt wird, dann geht die ECU 40 über zu Schritt S102 und führt die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart durch. Ist andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S104 positiv, d. h., falls bewertet werden kann, dass der Eingriffsstift 28 in den Einzugsbereich der Nockennut 26 in dem gegenwärtigen Verbrennungszyklus hineinragen kann, auch wenn der Stromschätzvorgang unter Verwendung der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart verwendet wird, dann startet die ECU 40 die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 mit dem Tastverhältnis von 100 Prozent zu einer Zeit, bei der der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk0 auftritt (Schritt S106).
Danach führt die ECU 40 die Verarbeitung von Schritt S108 durch. Die ECU 40 ist in der Weise ausgebildet, dass sie in der Lage ist, die elektrische Batteriespannung V+B zu erfassen. In Schritt S108 beschafft die ECU 40 zuerst die gegenwärtige elektrische Batteriespannung V+B und berechnet ferner unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Stromschätzvorgangs den elektrischen Stromschätzwert Iest, wobei hierzu die Spulentemperatur berücksichtigt wird. Ferner wird die Berechnung des elektrischen Stromschätzwerts Iest in Schritt S108 bei einer Zeit durchgeführt, bei der die vorstehend beschriebene bestimmte Zeit X abgelaufen ist. In Schritt S108 berechnet sodann die ECU 40 den Spulenwiderstandswert Rest durch Dividieren der elektrischen Batteriespannung V+B durch den Stromschätzwert Iest im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen Formel 2, und berechnet das Solltastverhältnis Dutyref in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Formel 3 (Schritt S108). Wie es aus der Formel 3 erkennbar ist, wird der Stromschätzwert Iest in dem Solltastverhältnis Dutyref wiedergegeben.
Danach berechnet die ECU 40 die Vollhubantwortzeit T_oland des Eingriffsstifts 28 (Schritt S110). Die Verarbeitung des Schritts S110 und des nachfolgenden Schritts 112 entspricht der Verarbeitung betreffend die vorstehend beschriebene Bestimmung von E2 bei der Fortsetzung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart. In dem auf den Schritt S110 folgenden Schritt S112 bestimmt die ECU 40, ob die Vollhubantwortzeit T_oland gemäß der Berechnung in Schritt S110 kürzer ist als die oder gleich der erforderlichen Antwortzeit.
Ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S112 positiv, d. h., falls bewertet werden kann, dass auch wenn die Außenumfangspositionierungsbetriebsart kontinuierlich verwendet wird, wobei der Spulenstrom I begrenzt wird, um den oberen Stromgrenzwert nicht zu überschreiten, und dies erforderlich ist in Bezug auf Restriktionen hinsichtlich der Temperatur der ECU 40, der Eingriffsstift 28 innerhalb der erforderlichen Antwortzeit in die Nockennut 26 ausfahren bzw. hineinragen kann, dann geht die ECU 40 zu Schritt 114 über. In Schritt 114 ändert die ECU 40 das Tastverhältnis von 100 Prozent entsprechend der Verwendung bei der Verarbeitung in Schritt S106 zu dem Solltastverhältnis Dutyref (d. h., dem Wert entsprechend dem Stromschätzwert Iest), das durch die Verarbeitung gemäß Schritt 108 berechnet wurde. Im Ergebnis wird die Tiefnutenpositionierungsbetriebsart kontinuierlich verwendet, und es wird der Eingriffsstift 28 in das Innere der Nockennut 26 von der vorderen Außenumfangsoberfläche eingesetzt, wobei die elektrische Spannung gemäß dem Solltastverhältnis Dutyref an dem Aktuator 24 angelegt wird.
Falls andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S112 negativ ist, d. h., falls bestimmt werden kann, dass die Möglichkeit besteht, falls die Außenumfangspositionierungsbetriebsart kontinuierlich verwendet wird, wobei der Spulenstrom I begrenzt wird, um nicht den obere Stromgrenzwert zu überschreiten, dass der Eingriffsstift 28 nicht innerhalb der erforderlichen Antwortzeit in die Nockennut 26 ausfahren kann, dann schaltet die ECU 40 die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 einmal aus (Schritt S116). Danach startet die ECU 40 die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 bei dem Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk unter Verwendung des Solltastverhältnisses Dutyref (d. h., dem Wert entsprechend dem Stromschätzwert Iest) und das durch die Bearbeitung des Schritts S108 berechnet wurde (Schritt S118). Auf diese Weise wird ein Umschalten von der Außenumfangspositionierungsbetriebsart zu der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart durchgeführt. Somit wird die vorstehend beschriebene Zweifachzuführungsbetriebsart durchgeführt.
Vorteilhafte Wirkungen der Zuführungssteuerung zum Aktuator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
Gemäß der Verarbeitung des in 14 gezeigten und bis jetzt beschriebenen Ablaufs wird in dem Fall, dass eine vorbestimmte exklusive Bedingung auf der Basis jeder der Bestimmungen der Schritte S100, S104 und S112 nicht erfüllt ist (d. h., falls die Ergebnisse der Bestimmungen dieser drei Schritte sämtlich positiv sind), die nachfolgende Leistungszuführungssteuerung durchgeführt. Speziell wird zum Erhalten des Stromschätzwerts Iest (d. h. des Schätzwerts des elektrischen Stroms, der durch den Aktuator 24 (die Spule 32) als Ergebnis der Leistungszufuhr fließt, die zu dem Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk0 durchgeführt wird), die Außenumfangspositionierungsbetriebsart zu einer Zeit durchgeführt, bei der der Zuführungsstartnockenwinkel θcrnk auftritt. Ferner ist das Solltastverhältnis Dutyref umso niedriger, je größer der Stromschätzwert Iest ist. Die Außenumfangspositionierungsbetriebsart wird durchgeführt, wobei die elektrische Spannung in Abhängigkeit von dem auf diese Weise bestimmten Solltastverhältnis Dutyref gesteuert wird. Im Ergebnis dieser Maßnahme wird die mittlere elektrische Spannung je Zeiteinheit, die an den Aktuator 24 angelegt wird, wenn der Eingriffsstift 28 in Richtung der Nockennut 26 von der vorderen Außenumfangsoberfläche hervorsteht, niedriger, wenn der Stromschätzwert Iest größer ist.
Wie es bereits vorstehend beschrieben ist, wird der Spulenstrom I umso größer, je niedriger die Spulentemperatur ist. Es ändert sich ebenfalls der Spulenstrom I in Abhängigkeit von anderen Faktoren, wie einer Änderung des Spulenwiderstandswerts R. Gemäß der Verarbeitung des vorstehend beschriebenen Ablaufs wird die Durchführung der Leistungszufuhr zum Positionieren des Eingriffsstifts 28 auf der vorderen Außenumfangsoberfläche versucht, wenn die Nockenschaltanforderung bereitgestellt wird. Unter einer Bedingung, in der die Außenumfangspositionierung verfügbar ist, kann ferner der Stromschätzwert Iest (der geschätzte Wert Rest des Spulenwiderstands), der durch verschiedene elektrische Stromänderungsfaktoren, wie eine Änderung der Spulentemperatur, beeinträchtigt wird, unter Verwendung des Zuführungsvorgangs für die Außenumfangspositionierung erfasst werden. Auf der Basis dessen, wenn der Stromschätzwert Iest größer ist, kann durch weiteres Vermindern der mittleren oder durchschnittlichen elektrischen Spannung je Zeiteinheit, die an den Aktuator 24 angelegt wird, wenn der Eingriffsstift 28 schließlich von der vorderen Außenumfangsoberfläche in Richtung der Nockennut 26 hervorsteht, der Spulenstrom I, der erhalten wird, wenn der Eingriffsstift 28 auf diese Weise hervorsteht, begrenzt werden, um den oberen Stromgrenzwert nicht zu überschreiten, wobei ebenfalls die Wirkungen der verschiedenen elektrischen Stromänderungsfaktoren gemäß der vorstehenden Beschreibung berücksichtigt werden.
Gemäß der Zuführungssteuerung zu dem Aktuator 24 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann entsprechend der bisherigen Beschreibung der Nockenschaltvorgang durchgeführt werden, während verhindert wird, dass der Spulenstrom I exzessiv infolge der verschiedenen elektrischen Stromänderungsfaktoren, wie der Änderung der Spulentemperatur, ansteigt. Gemäß den Gegenmaßnahmen mittels dieser Art der Leistungszuführungssteuerung kann des Weiteren ein exzessiver Anstieg des Spulenstroms I vermindert werden, während die Effekte der Änderung der Spulentemperatur ohne Erfordernis eines zusätzlichen Temperatursensors (d. h., ohne einen Anstieg der Kosten) erfasst werden können.
(Vorteilhafte Wirkung der Durchführung der Bestimmung von E2 bei der Fortsetzung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart)
Die Verarbeitung des vorstehend beschriebenen Ablaufs umfasst die Bestimmung von E2 mit der Fortsetzung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart. Die Bestimmung von E2 wird vorteilhaft kombiniert mit der vorstehend beschriebenen Verarbeitung zum Begrenzen des Spulenstroms I in Abhängigkeit von dem Stromschätzwert Iest. Ist im Zusammenhang mit der Bestimmung von E2 die Vollhubantwortzeit T_oland des Eingriffsstifts 28 länger als die erforderliche Antwortzeit (s. 13), wenn die Nockenschalteinrichtung 20 veranlasst wird zur Durchführung des Nockenschaltvorgangs unter Verwendung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart, dann wird die Leistungszufuhr einmal ausgeschaltet, nachdem der Eingriffsstift 28 auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist. Es wird somit der Eingriffsstift 28 von der vorderen Außenumfangsoberfläche zurückgezogen. Auf der Basis dessen wird die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 erneut in der Weise durchgeführt, dass der Eingriffsstift 28 in das Innere (in den Einsetzbereich) der Nockennut 26 bei dem Verbrennungszyklus eingreift, der derselbe ist, wie ein Verbrennungszyklus, in welchem die vorstehend beschriebene Außenumfangspositionierung durchgeführt wird. Mit anderen Worten, die Positionierungsbetriebsart wird umgeschaltet von der Außenumfangspositionierungsbetriebsart zu der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart, in der eine kürzere Vollhubantwortzeit T_oland erhalten wird. Auch wenn die Hervorstehgeschwindigkeit des Eingriffsstifts 28 niedrig ist infolge von Faktoren, wie einer niedrigen elektrischen Batteriespannung V+B, kann bei dieser Art der Verarbeitung durch kontinuierliche Verwendung der Tiefnutenpositionierungsbetriebsart in Verbindung mit der Begrenzung des Spulenstroms I auf der Basis der Stärke des Stromschätzwerts Iest ein Versagen des Nockenschaltvorgangs während eines gewünschten Verbrennungszyklus verhindert werden. Mit anderen Worten, auch wenn die Hervorstehgeschwindigkeit des Eingriffsstifts 28 gemäß der vorstehenden Beschreibung niedrig ist, kann die Antwortgeschwindigkeit des Aktuators 24 in angemessener Weise gewährleistet werden. Gemäß der vorstehend beschriebenen Bestimmung von E2 bei der Fortsetzung der Außenumfangspositionierungsbetriebsart wird in Ergänzung hierzu der schlechteste Wert Y, der dem Betriebsgarantie-Minimumstromwert entspricht (s. 6) als eine Zeit betrachtet, die erforderlich ist für die Außenumfangspositionierung. Es kann somit die Bestimmung von E2 unter Berücksichtigung der strengsten Bedingung bezüglich des Hervorstehvorgangs des Eingriffsstifts 28 und durchgeführt mittels des Aktuators 24 durchgeführt werden. Es kann somit die Antwortgeschwindigkeit des Aktuators 24 in sicherer Weise gewährleistet werden.
Ferner wird die erforderliche Antwortzeit zur Verwendung bei der Bestimmung von E2 als ein kürzerer Wert bestimmt, wenn die Maschinendrehzahl Ne höher ist. Wird die Größe der Maschinendrehzahl Ne, die erhalten wird, wenn der Nockenschaltvorgang durchgeführt wird, in dieser Weise bezüglich der Bestimmung der erforderlichen Antwortzeit berücksichtigt, dann kann die Bestimmung von E2 in genauer Weise erfolgen.
Andere Ausführungsbeispiele
(Beispiel der Steuerung der elektrischen Ansteuerungsspannung des Aktuators in anderer Weise als der Tastverhältnissteuerung)
In dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel und wenn der Stromschätzwert Iest größer ist, wird zum weiteren Vermindern der durchschnittlichen oder mittleren elektrischen Spannung je Zeiteinheit, die an den Aktuator 24 angelegt wird, wenn der Eingriffsstift 28 in Richtung der Nockennut 26 von der vorderen Außenumfangsoberfläche hervorsteht, das Solltastverhältnis Dutyref weiter vermindert, wenn der Stromschätzwert Iest größer ist. Im Gegensatz zu dieser Art des Beispiels kann in einem Beispiel einer Steuerungsvorrichtung, die derart ausgebildet ist, dass der Wert selbst der an dem Aktuator angelegten elektrischen Spannung geändert wird, die vorstehend beschriebene mittlere oder durchschnittliche elektrische Spannung alternativ weiter vermindert werden durch vermindern des Werts der angelegten elektrischen Spannung selbst, wenn der Stromschätzwert Iest größer ist.
(Nockenschaltvorgang auf Zylindergruppenbasis)
In dem ersten vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Aufbau mit in jedem Zylinder einem Nockenträger 22, auf dem die Vielzahl der Einlassnocken 14 und 16 und die Nockennut 26 ausgebildet sind, und dem Aktuator 24 in Verbindung mit dem Nockenträger 22 als ein Beispiel betrachtet. Mit anderen Worten, es wurde der Aufbau als ein Beispiel betrachtet, bei dem der Nockenschaltvorgang für jeden Zylinder durchgeführt wird. Es kann jedoch diese Art des Nockenträgers und Aktuators alternativ angeordnet sein für jede Zylindergruppe, die aus zwei oder mehreren Zylindern besteht. Im Einzelnen ist es erforderlich, diese Art der alternativen Nockenschaltvorrichtung derart auszubilden, dass der Nockenträger im Verlauf des Durchlaufens eines Eingriffsstifts durch einen gemeinsamen Grundkreisabschnitt der Nocken einer Vielzahl von in der Zylindergruppe enthaltenen Zylindern, die Gegenstand des Schaltens der Nocken sind, gleitet.
(Beispiel einer Nockenschaltvorrichtung zur Durchführung eines Nockenschaltvorgangs mit einer Nockennut ohne Gleitvorgang des Nockens)
Die Nockenschalteinrichtung 20 entsprechend dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst die Nockennut 26, die an der Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle 12 (und speziell der Außenumfangsoberfläche des Nockenträgers 22) ausgebildet ist, und einen Aktuator 24, der einen Eingriffsstift 28 aufweist, der in Eingriff mit der Nockennut 26 stehen kann und der in der Lage ist, den Eingriffsstift 28 in Richtung der Nockenwelle 12 ausfahren zu lassen. Die Nockenschalteinrichtung 20 ist ebenfalls in der Weise aufgebaut, dass dann, wenn der Eingriffsstift 28 mit der Nockennut 26 in Eingriff steht, die an dem Nockenträger 22 angebrachten Einlassnocken 14 und 16 im Zusammenhang mit der Drehung der Nockenwelle 12 gleiten und im Ergebnis der Nocken, der das Einlassventil ansteuert, geschaltet wird. In der Nockenschalteinrichtung, die für die vorliegende Offenbarung vorgesehen ist, ist das Gleiten des Nocken selbst nicht immer erforderlich, soweit die Nockenschalteinrichtung die vorstehend beschriebene vordere Außenumfangsoberfläche aufweist, auf der der Eingriffsstift positioniert werden kann, der Eingriffsstift in Abhängigkeit von einer Betätigung des Aktuators in die Nockennut eingesetzt wird, und im Ergebnis der Nocken zum Antreiben des Ventils geschaltet wird. Alternativ kann die Nockenschalteinrichtung ausgebildet sein, wie es beispielsweise in der Druckschrift WO 2011/064852 A1 offenbart ist, wobei dies begleitet ist durch den Gleitvorgang des Nockens, auch wenn die an der Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle ausgebildete Nockennut verwendet wird. Im Einzelnen kann die für die vorliegende Offenbarung beabsichtigte Nockennut nicht immer an der Außenumfangsoberfläche eines Nockenträgers ausgebildet sein (der als ein Teil der Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle dient), der getrennt von der Nockenwelle mit der Nockennut 26 der variablen Ventilbetätigungseinrichtung 10 angeordnet ist, und kann alternativ auf der Außenumfangsoberfläche des zylindrischen Teils (der als ein Teil der Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle dient) ausgebildet sein, der ausgebildet (festgelegt) ist als ein Teil der Nockenwelle, wie bei der Nockennut der Nockenschaltvorrichtung entsprechend der Offenbarung in der Druckschrift WO 2011/064852 A1 . Ferner kann der Eingriffsstift, der für die vorliegende Offenbarung beabsichtigt oder vorgesehen ist, nicht immer in dem Aktuator, wie bei dem Eingriffsstift 28 der Nockenschalteinrichtung 20, eingebaut sein. Der Eingriffsstift kann alternativ beispielsweise ein hervorstehendes oder herausragendes Teil eines gleitenden Teils (gleitender Stift) sein, der zwischen einem Sperrstift (der nicht ein „Eingriffsstift“ in Eingriff mit einer Nockennut ist), der in einem elektromagnetischen Aktuator vom Solenoid typ eingebaut ist, und der Nockennut der in der Druckschrift WO 2011/064852 A1 offenbarten Nockenschalteinrichtung angeordnet ist. Des Weiteren kann die Anzahl der Eingriffsstifte, die für jeden Zylinder oder für jede Zylindergruppe vorgesehen sind, nicht immer mehrfach sein, wie es bei dem Eingriffsstift 28 der variablen Ventilbetätigungseinrichtung 10 der Fall ist, und kann auch ein einziger sein, wie bei der in der Druckschrift WO 2011/064852 A1 offenbarten Nockenschalteinrichtung.
Die Ausführungsbeispiele und die Abwandlungen gemäß der vorstehenden Beschreibung können in anderer Weise als diejenigen, die vorstehend explizit beschrieben sind, entsprechend dem Bedarf kombiniert werden, und können ferner in unterschiedlicher Weise ohne Abweichung von dem Bereich der vorliegenden Offenbarung abgewandelt werden.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine 1, die eine Nockenschalteinrichtung 20 einschließlich einer auf der Außenumfangsoberfläche einer Nockenwelle 12 angeordneten Nockennut, und einen Aktuator 24 vom elektromagnetischen Solenoidtyp umfasst, der in der Lage ist, in Richtung der Nockenwelle 12 einen Eingriffsstift 28 ausfahren zu lassen, der in Eingriff mit der Nockennut 26 bringbar ist. Die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, bei dem Veranlassen der Nockenschalteinrichtung 20 zur Durchführung eines Nockenschaltvorgangs, die Leistungszufuhr zu dem Aktuator 24 in der Weise durchzuführen, dass der Eingriffsstift 28 auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert wird, und dann, wenn ein durch den Aktuator 24 als Ergebnis der Leistungszufuhr fließender elektrischer Strom (Spulenstrom I) größer ist, eine mittlere elektrische Spannung je Zeiteinheit, die an den Aktuator 24 angelegt wird, wenn der Eingriffsstift 28 in Richtung der Nockennut 26 von der vorderen Außenumfangsoberfläche hervorsteht, weiter zu vermindern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004027966 A1 [0002, 0004]
DE 102004027699 A1 [0005]
WO 2011/064852 A1 [0107]

Claims

Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1), wobei die Brennkraftmaschine (1) umfasst: eine Nockenwelle (12), die für eine Drehung angetrieben wird, eine Vielzahl von Nocken (14, 16), die an der Nockenwelle (12) angeordnet sind und deren Profile zueinander unterschiedlich sind, und eine Nockenschalteinrichtung (20), die ausgebildet ist, um einen Nockenschaltvorgang durchzuführen, der aus der Vielzahl der Nocken (14, 16) einen Nocken (14, 16) schaltet, der ein Ventil antreibt, welches eine Brennkammer öffnet und schließt, wobei die Nockenschalteinrichtung (20) umfasst: eine Nockennut (26), die an einer Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle (12) ausgebildet ist, und einen elektromagnetischen Solenoidaktuator (24), der einen in Eingriff mit der Nockennut (26) bringbaren Eingriffsstift (28) aufweist und in der Lage ist, den Eingriffsstift (28) in Richtung der Nockenwelle (12) ausfahren zu lassen, wobei die Nockenschalteinrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass dann, wenn der Eingriffsstift (28) in Eingriff mit der Nockennut (26) steht, der Nocken (14, 16), der das Ventil betätigt, in Verbindung mit einer Drehung der Nockenwelle (12) zwischen der Vielzahl der Nocken (14, 16) geschaltet wird, wobei die Außenumfangsoberfläche der Nockenwelle (12) eine vordere Außenumfangsoberfläche aufweist, die weiter vorn auf einer vorderen Seite in einer Drehrichtung der Nockenwelle (12) angeordnet ist als ein Ende der Nockennut (26), und wobei die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, während des Veranlassens der Nockenschalteinrichtung (20) zur Durchführung des Nockenschaltvorgangs, eine Leistungszufuhr zu dem Aktuator (24) derart zu bewirken, dass der Eingriffsstift (28) auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist, und, wenn ein durch den Aktuator (24) als Ergebnis der Leistungszufuhr fließender elektrischer Strom (I) größer ist, eine mittlere elektrische Spannung je Zeiteinheit, die an den Aktuator (24) angelegt wird, wenn dieser den Eingriffsstift (28) von der vorderen Außenumfangsoberfläche in Richtung der Nockennut (26) ausfahren lässt, weiter zu vermindern.
Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, wenn eine Zeit, die von einem Start eines Ausfahrvorgangs des Eingriffsstifts (28) in Richtung der Innenseite der Nockennut (26) bis zu einem Abschluss desselben erforderlich ist, länger ist als eine bestimmte Zeit, um die Nockenschalteinrichtung (20) den Nockenschaltvorgang mit der Leistungszufuhr zum Positionieren des Eingriffsstifts (28) auf der vorderen Außenumfangsoberfläche durchführen zu lassen, den Eingriffsstift (28) von der vorderen Außenumfangsoberfläche zurückzuziehen, nachdem der Eingriffsstift (28) auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert ist, und die Leistungszufuhr zu dem Aktuator (24) derart durchzuführen, dass der Eingriffsstift (28) während eines Verbrennungszyklus in die Nockennut (26) ausgefahren wird, welcher derselbe Verbrennungszyklus ist, in dem der Eingriffsstift (28) auf der vorderen Außenumfangsoberfläche positioniert worden ist.
Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1) gemäß Anspruch 2, wobei die bestimmte Zeit kürzer ist, wenn eine Maschinendrehzahl (Ne) höher ist.