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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Betriebssteuerung für eine Brennkraftmaschine,
bei der eine Einlassluftmenge mit zumindest zwei Arten auf der Grundlage
jener Zeitperiode, während
der ein Einlassventil geöffnet
ist, und auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades eingestellt werden
kann.
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Bei
einigen Brennkraftmaschinen werden Elektromagnetventile als Einlassventile
und Auslassventile verwendet, so dass die Zeitperiode, während der
diese Ventile geöffnet
sind (nachfolgend als „Arbeitswinkel" bezeichnet, der
die Ventilöffnungszeitperiode
hinsichtlich des Kurbelwellenwinkels darstellt), der Hubbetrag der
Ventile und deren Phase geändert werden
können.
Bei derartigen Kraftmaschinen kann die Einlassluftmenge auf der
Grundlage von zwei Faktoren gesteuert werden, nämlich der Einlassventilarbeitswinkel
und der Drosselöffnungsgrad.
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Beispiele
der Technologie zum Steuern der Einlassluftmenge wahlweise auf der
Grundlage des Arbeitswinkels und des Drosselöffnungsgrades sind folgendermaßen. Die
japanische Patentoffenlegungsschrift JP-2001-159355 offenbart eine
Technologie, bei der der Drosselöffnungsgrad
zum Steuern der Einlassluftmenge in einem Niedriglastbereich verwendet
wird, wohingegen in einem Hochlastbereich sowohl der Arbeitswinkel
als auch der Drosselöffnungsgrad
verwendet werden. Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP-2001-221094
offenbart eine Technologie, bei der während eines Kraftmaschinenleerlaufbetriebes
eine Einlassmengensteuerung auf der Grundlage des Arbeitswinkels
und eine Einlassmengensteuerung auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades
wahlweise durchgeführt
werden, und während
der Schaltperiode eines Übergangs
zwischen den beiden Steuerungen wird ein Momentenstoß durch
eine Optimalwertsteuerung reduziert.
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Jedoch
tritt bei den Technologien gemäß dem Stand
der Technik ein Momentenstoß häufig im Zeitraum
des Schaltvorganges zwischen der Einlassmengensteuerung auf der
Grundlage des Arbeitswinkels und der Einlassmengensteuerung auf
der Grundlage der Drossel oder während
einer Ausführung
der Einlassmengensteuerung auf der Grundlage des Arbeitswinkels
während
eines normalen Kraftmaschinenbetriebs auf. Somit gibt es bei der
Einlassmengensteuerung auf der Grundlage des Ventilarbeitswinkels
nach wie vor Raum für
Verbesserungen.
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Dementsprechend
ist es die Aufgabe der Erfindung, das Auftreten eines Momentenstoßes im Wesentlichen
zu verhindern, der mit einer Anwendung der Einlassmengensteuerung
auf der Grundlage des Ventilarbeitswinkels bei einer Brennkraftmaschine
verknüpft
ist.
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Das
zu steuernde Objekt in der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine
mit einem variablen Ventilmechanismus, der eine Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich
eines Einlassventils ändern
kann, und mit einem Drosselventil, das einen Unterdruck in einem Einlassrohr ändern kann.
Um eine derartige Brennkraftmaschine zu steuern, hat ein Steuergerät gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung eine Steuervorrichtung, die die Ventilöffnungscharakteristik
und einen Öffnungsgrad
des Drosselventils steuert, und die eine Einlassluftmenge steuert,
die in die Brennkraftmaschine zumindest durch die Steuerung der
Ventilöffnungscharakteristik
oder der Steuerung des Öffnungsgrads
des Drosselventils gemäß einer
Abgabe eingezogen wird, die von der Brennkraftmaschine gefordert
wird. Die Steuervorrichtung ist des weiteren an einen ersten Betriebszustand
angepasst, bei dem die Einlassluftmenge durch die Steuerung der
Ventilöffnungscharakteristiksteuerung,
durch die Steuerung des Öffnungsgrads
des Drosselventils innerhalb eines Bereiches des Öffnungsgrads
des Drosselventils gesteuert wird, was das Halten eines Atmosphärendruckes
in dem Einlassrohr in jenem Zustand ermöglicht, bei dem die Ventilöffnungscharakteristik
in einem stationären
Zustand zumindest während
des ersten Betriebszustandes ist, während der Öffnungsgrad des Drosselventils
während
einer Schaltperiode zwischen dem ersten Betriebszustand und einem zweiten
Betriebszustand gehalten wird, bei dem die Einlassluftmenge durch
die Steuerung des Öffnungsgrads
des Drosselventils ausschließlich
gesteuert wird. Gemäß dem so
aufgebauten Steuergerät
wird der Öffnungsgrad
des Drosselventils während
eines ersten Betriebszustands, bei dem die Einlassluftmenge auf
der Grundlage der Ventilöffnungscharakteristik
gesteuert wird, unter den folgenden zwei Bedingungen gesteuert.
Eine der Bedingungen ist, dass der Öffnungsgrad des Drosselventils
innerhalb eines derartigen Bereiches liegt, bei dem ein Atmosphärendruck
in dem Einlassrohr in jenem Zustand aufrecht erhalten werden kann,
bei dem die Ventilöffnungscharakteristik
in einem stationären
Zustand zumindest während
des ersten Betriebszustandes ist. Die andere Bedingung ist, dass
das Andauern des Öffnungsgrades
des Drosselventils während
einer Schaltperiode zwischen dem ersten Betriebszustand und einem
zweiten Betriebszustand aufrecht erhalten wird, bei dem die Einlassluftmenge
unter Verwendung des Drosselsteuerabschnittes gesteuert wird, ohne
dass der Ventilsteuerabschnitt verwendet wird.
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Einer
der Faktoren, der für
einen Momentenstoß im
Zeitraum des Schaltvorgangs zwischen der Einlassmengensteuerung
auf der Grundlage der Ventilöffnungscharakteristik
und deren Einlassmengensteuerung ausschließlich auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades
verantwortlich ist, ist eine Schwankung des Unterdrucks in dem Einlassrohr, was
zu einer Einlassluftmenge führt,
die größer oder kleiner
ist als ein Sollwert. Der Einlassrohrunterdruck schwankt auf Grund
einer Änderung
der Ventilöffnungscharakteristik
oder auf Grund eines schwachen Ansprechverhaltens der Einlassmengensteuerung auf
der Grundlage des Drosselöffnungsgrades.
Zum Beispiel wird jener Fall betrachtet, bei dem die Kraftmaschinenabgabe
durch Ändern
der Ventilöffnungscharakteristik
so erhöht
wird, dass die Einlassluftmenge während des zweiten Betriebszustands
erhöht
wird, bei dem die Einlassluftmenge auf der Grundlage ausschließlich des
Drosselöffnungsgrades
gesteuert wird. Im Allgemeinen ist die Steuerung des Drosselöffnungsgrades
schlechter als die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich
des Ansprechverhaltens der Einlassluftmenge. Wenn zum Beispiel eine
Erhöhung
der Einlassluftmenge in einen jeweiligen Zylinder durch Ändern der
Ventilöffnungscharakteristik
versucht wird, während
der Drosselöffnungsgrad
innerhalb eines Bereiches geändert
wird, der das Halten des Atmosphärendrucks ermöglicht,
sofern der Kraftmaschinenbetrieb stationär ist, dann kann die Änderung
des Drosselöffnungsgrades
nicht ausreichend durch eine Änderung des
Einlassrohrdrucks gefolgt werden, was zu einem relativ niedrigen
Einlassrohrdruck führt,
und somit ist eine Einlassluftmenge knapper als der Sollwert. Umgekehrt
kann in einigen Fällen
die Einlassluftmenge den Sollwert auf Grund einer Ansprechverzögerung der
Einlassmengensteuerung auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades
im Zeitraum des Übergangs von
dem ersten Betriebszustand, bei dem die Einlassmengensteuerung auf
der Grundlage des Einlassventils durchgeführt wird, zu dem zweiten Betriebszustand überschreiten.
Eine derartige überschüssige oder
knappe Einlassluftmenge ruft einen Momentenstoß hervor.
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Gemäß der vorstehend
beschriebenen Steuerung wird der Drosselöffnungsgrad so gesteuert, dass
das Andauern des Drosselöffnungsgrades
im Zeitraum des Schaltvorgangs zwischen der Einlassmengensteuerung
auf der Grundlage der Ventilöffnungscharakteristik
und der Einlassmengensteuerung auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades aufrecht
erhalten wird. Daher kann die Ansprechverzögerung der Einlassmengensteuerung
auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades
reduziert werden. Da außerdem
der Schaltvorgang zwischen den Steuerungen durchgeführt wird,
während
der Einlassrohrdruck auf den Atmosphärendruck gehalten wird, kann
der Überschuss
oder der Mangel der Einlassluftmenge reduziert werden, die durch
die Verzögerung
beim Folgen des Einlassrohrdruckes hervorgerufen werden, und daher
kann der Momentenstoß reduziert
oder verhindert werden.
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Hierbei
ist zu beachten, dass die Ventilöffnungscharakteristik
durch Parameter spezifiziert sein kann, die einen Öffnungszustand
des Einlassventils darstellen, und die die Einlassluftmenge beeinflussen,
wie zum Beispiel die Zeitperiode, während der das Einlassventil
offen ist, der Öffnungsbetrag
des Einlassventils, etc. Der Begriff „Andauern des Drosselöffnungsgrades" bedeutet nicht notwendigerweise die
Erfordernis, dass der Drosselöffnungsgrad
sanft geändert
wird. Jedoch würde
eine Steuerung zum sanften Ändern
des Drosselöffnungsgrades
den Momentenstoß weiter
reduzieren, und ist daher vorzuziehen.
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Als
ein Beispiel der vorstehend genannten Steuerung kann das Drosselventil
vollständig
geöffnet
sein, wenn die Einlassmengensteuerung auf der Grundlage der Ventilöffnungscharakteristik
durchgeführt
wird. Der zum Aufrechterhalten des Atmosphärendrucks in dem Einlassrohr
erforderliche Drosselöffnungsgrad
ist nicht notwendigerweise ein vollständig geöffneter Grad. Wenn die vorstehend
beschriebene Steuerung angewendet wird, dann ist es daher vorzuziehen,
den Drosselöffnungsgrad
so zu steuern, dass der Drosselöffnungsgrad
sich von einem Bereich, in dem die Einlassluftmenge ausschließlich über das
Drosselventil gesteuert wird, innerhalb des Bereichs des Drosselöffnungsgrades
kontinuierlich geändert
wird, der das Aufrechterhalten des Atmosphärendruckes in dem Einlassrohr
ermöglicht.
In Folge dieser vorzuziehenden Konfiguration kann die Möglichkeit
eines Momentenstoßes
in Bezug zu einer plötzlichen Änderung
des Drosselöffnungsgrades reduziert
werden.
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Es
ist vorzuziehen, das Drosselventil in jenem Öffnungsgrad zu halten, bei
dem der Atmosphärendruck
in dem Einlassrohr während einer Übergangsperiode
vorhanden ist, während
der sich die Ventilöffnungscharakteristik ändert, und
auch während
einer Zeitperiode, während
der die Ventilöffnungscharakteristik
in einem stationären
Zustand ist. Infolgedessen kann der Momentenstoß während der Übergangsperiode auch reduziert
werden. Der Öffnungsgrad
des Drosselventils, der das Aufrechterhalten des Atmosphärendrucks
ermöglicht,
ist während der Übergangsperiode
größer als
während
der Periode des stationären
Zustandes. Der Öffnungsgrad
des Drosselventils, der das Aufrechterhalten des Atmosphärendruckes
während
der Übergangsperiode
ermöglicht,
kann zum Beispiel durch empirisches oder analytisches Spezifizieren
eines Drosselöffnungsgrades
festgelegt werden, der das Aufrechterhalten des Atmosphärendrucks
in einem Zustand ermöglicht,
in dem die Ventilöffnungscharakteristik
bei einer in der Praxis erforderlichen maximalen Rate geändert wird.
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Als
nächstes
ist ein Steuergerät
gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit
einem variablen Ventilmechanismus, der eine Ventilöffnungscharakteristik
hinsichtlich eines Öffnungszustandes
eines Einlassventils ändern
kann, und mit einem Drosselventil, das einen Unterdruck in einem
Einlassrohr ändern
kann. Das Steuergerät
hat eine Steuervorrichtung, die die Ventilöffnungscharakteristik und einen Öffnungsgrad
des Drosselventils steuern kann, und die daran angepasst ist, eine
Einlassluftmenge zu steuern, die in die Brennkraftmaschine zumindest durch
die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik oder
der Steuerung des Drosselventilöffnungsgrades gemäß einer
Abgabe eingezogen wird, die von der Brennkraftmaschine gefordert
wird. Die Steuervorrichtung ist des weiteren daran angepasst, dass, wenn
ein Schaltvorgang zwischen einer Einlassmengensteuerung durch die
Steuerung des Öffnungsgrades
des Drosselventils und einer Einlassmengensteuerung durch die Steuerung
der Ventilöffnungscharakteristik
gefordert wird, der geforderte Schaltvorgang bewirkt wird, nachdem
eine Abgabe der Brennkraftmaschine auf der Grundlage einer gegenwärtig durchgeführten Einlassmengensteuerung
einen stationären
Zustand erreicht hat. Falls ein Schaltvorgang zwischen einer Einlassmengensteuerung auf
der Grundlage des Drosselöffnungsgrades
und einer Einlassmengensteuerung auf der Grundlage der Ventilöffnungscharakteristik
gefordert wird, dann wird gemäß dem Steuergerät nach der
vorstehenden Beschreibung der Schaltvorgang durchgeführt, nachdem
eine Abgabe von der Brennkraftmaschine auf der Grundlage einer gegenwärtig durchgeführten Einlassmengensteuerung
einen im Wesentlichen stationären
Zustand erreicht hat. Daher kann der Momentenstoß im Zeitraum des Schaltvorganges
zwischen den Steuerungen reduziert werden. Zum Beispiel wird jener
Fall betrachtet, bei dem die Steuerung auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades zu
der Steuerung auf der Grundlage der Ventilöffnungscharakteristik geschaltet
wird. Falls der Schaltvorgang der Steuerung durchgeführt wird,
während die
Einlassluftmenge bei der gegenwärtig
durchgeführten
Steuerung, das heißt
der Steuerung auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades, nicht in dem stationären Zustand
angesiedelt ist, dann besteht die Möglichkeit einer Übergangsschwankung
der Einlassluftmenge, und daher tritt ein Momentenstoß auf, da
der Einlassrohrdruck instabil ist. Falls der Schaltvorgang durchgeführt wird,
nachdem die Einlassluftmenge unter der Steuerung auf der Grundlage
des Drosselöffnungsgrades
den stationären
Zustand erreicht hat, dann kann der Momentenstoß im Gegensatz dazu im Wesentlichen
verhindert werden, der durch den vorstehend genannten instabilen
Einlassrohrdruck hervorgerufen werden würde.
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Die
vorstehend beschriebene Steuerung ist insbesondere in jenem Fall
zu verwenden, wenn das Luft/Kraftstoff-verhältnis auf der Grundlage des
Einlassrohrdruckes gesteuert wird. Die Steuerung ist auch in jenem
Fall zu verwenden, wenn die Einlassmengensteuerung auf der Grundlage
der Ventilöffnungscharakteristik
zum Zwecke einer Verbesserung der Verbrennung oder dergleichen während eines Kraftmaschinenbetriebes
mit relativ niedriger Last angewendet wird, und zwar während eines
Zustands, bei dem der Drosselöffnungsgrad
relativ klein ist.
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In
Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Steuerung bedeutet der „Schaltvorgang" im allgemeinen Sinne
eine Änderung
des Zustandes einer Anwendung von zwei Steuerungsmodi, nämlich der
Einlassmengensteuerung auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades
und der Einlassmengensteuerung auf der Grundlage der Ventilöffnungscharakteristik.
Daher beinhaltet der „Schaltvorgang" einen Schaltvorgang
von der Steuerung auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades zu der Steuerung
auf der Grundlage der Ventilöffnungscharakteristik,
einen Schaltvorgang von der Steuerung auf der Grundlage der Ventilöffnungscharakteristik
zu der Steuerung auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades, einen Schaltvorgang
von einer kombinierten Verwendung der Steuerung auf der Grundlage
des Drosselöffnungsgrades
und der Steuerung auf der Grundlage der Ventilöffnungscharakteristik zu ausschließlich einer
der Steuerungen, und einen Schaltvorgang von ausschließlich einer
der Steuerungen zu einer kombinierten Verwendung der Steuerungen.
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Als
nächstes
ist ein Steuergerät
gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit
einem variablen Ventilmechanismus, der eine Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich
eines Öffnungszustands
eines Einlassventils und eines Öffnungszustands
eines Auslassventils ändern
kann. Das Steuergerät
hat eine Steuervorrichtung, die die Ventilöffnungscharakteristik steuert,
und die eine Einlassluftmenge steuert, die in die Brennkraftmaschine
durch die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik
gemäß einer
Abgabe eingezogen wird, die von der Brennkraftmaschine gefordert
wird. Die Steuervorrichtung ist daran angepasst, die Ventilöffnungscharakteristik
so zu steuern, dass eine Öffnungsstartzeitgebung
des Einlassventils und eine Schließzeitgebung des Auslassventils im
Wesentlichen symmetrisch um einen Zeitpunkt sind, bei dem eine Brennkammerkapazität der Brennkraftmaschine
zumindest während
eines vorbestimmten Betriebszustands der Brennkraftmaschine minimal
wird. Gemäß dem Steuergerät nach der vorstehenden
Beschreibung wird die Ventilöffnungscharakteristik
so gesteuert, dass eine Öffnungsstartzeitgebung
des Einlassventils und eine Schließzeitgebung des Auslassventils
im Wesentlichen symmetrisch um einen Zeitpunkt sind, bei dem eine
Brennkammerkapazität
der Brennkraftmaschine zumindest während eines vorbestimmten Betriebszustands
minimal ist. Der „Zeitpunkt,
bei dem eine Brennkammerkapazität
der Brennkraftmaschine minimal ist" bedeutet zum Beispiel den Zeitpunkt
des oberen Totpunktes bei einer Kolbenkraftmaschine. „Symmetrisch" bedeutet zum Beispiel,
dass, wenn die Öffnungsstartzeitgebung
des Einlassventils um einen bestimmten Betrag vor dem oberen Totpunkt
liegt, die Schließzeitgebung
des Auslassventils um einen gleichen Betrag nach dem oberen Totpunkt
liegt. In ähnlicher
Weise bedeutet „symmetrisch" außerdem, dass,
wenn die Öffnungsstartzeitgebung
des Einlassventils um einen bestimmten Betrag nach dem oberen Totpunkt
liegt, die Schließzeitgebung
des Auslassventils um einen gleichen Betrag vor dem oberen Totpunkt
liegt.
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Durch
diese Steuerung kann die interne Abgasrückführungsmenge (nachfolgend als „interne EGR" bezeichnet) für die Rückverbrennung
eines Nachverbrennungsgases stabilisiert werden. Wenn zum Beispiel
das Auslassventil vor dem oberen Totpunkt geschlossen wird, dann
dient das in dem Zylinder eingeschlossene Abgas als ein internes
EGR. Die interne EGR-Menge versetzt im Wesentlichen den Einlassverlust,
der durch die Verzögerung
der Öffnungszeitgebung
des Einlassventils von dem oberen Totpunkt hervorgerufen wird, so
dass die Wirkung des internen EGR stabil verstärkt werden kann. Falls das
Auslassventil nach dem oberen Totpunkt geschlossen wird, dann wird
das Einlassventil vor dem oberen Totpunkt geöffnet. Daher strömt das Abgas rückwärts in dem
Einlassrohr und wird dann in den Zylinder zurück eingezogen, so dass die
Wirkung des internen EGR stabil verstärkt werden kann.
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Bei
einem der vorstehend beschriebenen Steuergeräten gemäß dem ersten bis dritten Aspekt der
Erfindung ist es vorzuziehen, dass das Einlassventil der Brennkraftmaschine
nach dem Schließen des
Auslassventils geöffnet
wird, falls die Ventilöffnungscharakteristik
in einem minimalen Zustand ist. Eine derartige Ventilöffnungs-/-schließ-Zeitgebung bedeutet,
dass das Schließen
des Auslassventils nicht durch jene Periode begleitet wird, während der sowohl
das Auslassventil als auch das Einlassventil offen sind (diese Periode
oder dieser Zustand wird nachfolgend als „Minusüberlappung" bezeichnet). Es ist nicht erforderlich,
eine Minusüberlappung
im Falle eines erweiterten Zustandes der Ventilöffnungscharakteristik aufrecht
zu erhalten. Falls die Minusüberlappung
angewendet wird, dann können
reduzierte Emissionen und verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit
durch das vorstehend beschriebene interne EGR erzielt werden.
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Wenn
die Brennkraftmaschine eine Vielzahl Zylinder aufweist, dann ist
es bei der Erfindung vorzuziehen, dass ein Minimalwert der Ventilöffnungscharakteristik
innerhalb eines Bereiches festgelegt wird, der für alle Zylinder geeignet ist.
Darüber
hinaus ist es vorzuziehen, dass ein Maximalwert der Ventilöffnungscharakteristik
innerhalb eines Bereiches festgelegt ist, der für alle Zylinder geeignet ist.
Im Allgemeinen ändert
sich die geeignete Ventilöffnungscharakteristik
häufig
zwischen den einzelnen Zylindern aufgrund von Produktionsfehlern
und dergleichen, wenn eine Brennkraftmaschine eine Vielzahl Zylinder
aufweist. Daher wird das Festlegen der Ventilöffnungscharakteristik innerhalb
eines Bereiches, der für
alle Zylinder geeignet ist, die Abgabe von der Kraftmaschine weiter
stabilisieren.
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Die
vorstehend beschriebenen Steuerungen gemäß dem ersten bis dritten Aspekt
der Erfindung können
in geeigneter Weise zur Anwendung kombiniert werden. Die Erfindung
kann nicht nur in der Form eines Steuergerätes einer Brennkraftmaschine, sondern
auch in vielfältigen
anderen Formen wie zum Beispiel ein Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine
und dergleichen aufgebaut sein.
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Die
vorstehend genannte Aufgabe sowie weitere Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
zusammen mit den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich, bei denen die gleichen Bezugzeichen zum
Bezeichnen von ähnlichen
Bauelementen verwendet werden, wobei:
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1 zeigt
eine Ansicht eines Kraftmaschinensystems als ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 zeigt
eine Ansicht des Betriebs des Einlassventils und eines Auslassventils;
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3 zeigt
eine Ansicht von Wirkungen, die durch das Überlappen der Ventile hervorgerufen
werden;
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4 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Steuerungsschaltabbildung;
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5 zeigt
eine Ansicht eines Verfahrens zum Festlegen des Ventilarbeitswinkels;
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6 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Abbildung zum Bestimmen des Drosselöffnungsgrades;
und
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7 zeigt
eine Flusskarte eines Kraftmaschinenbetriebssteuerprozesses.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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A. AUFBAU DES GERÄTES
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Die 1 zeigt
eine Ansicht eines Kraftmaschinensystems als ein Ausführungsbeispiel.
Das Kraftmaschinensystem von diesem Ausführungsbeispiel hat eine Vierzylinder-Benzinkraftmaschine,
die in einem Fahrzeug angebracht ist, und eine Steuereinheit 100 zum
Steuern des Betriebs der Kraftmaschine. In der 1 sind
die Zylinder der Benzinkraftmaschine durch Bezugzeichen #1 bis #4
zur besseren Beschreibung bezeichnet.
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Die
Steuereinheit 100 ist als ein Mikrocomputer ausgebildet,
der eine CPU, einen RAM und einen ROM aufweist. Die CPU steuert
den Betrieb der Benzinkraftmaschine gemäß Programmen, die in dem ROM
gespeichert sind, und sie führt
somit eine softwarebasierte Steuerung der Kraftmaschine durch. Die
Steuereinheit 100 gibt verschiedene Signale zum Ausführen der
vorstehend genannten Steuerung ab und nimmt sie auf. Die 1 zeigt
ausschließlich
repräsentative
Signale. Die Eingabesignale enthalten ein Signal, das den Niederdrückungsbetrag
eines Beschleunigungspedals wiedergibt, der durch einen Beschleunigungsvorrichtungsbetätigungssensor 21 erfasst
wird, ein Signal, das die Kraftmaschinendrehzahl angibt, die durch
einen Drehzahlsensor 23 erfasst wird, etc. Abgabesignale werden
nachfolgend zusammen mit dem Aufbau der Kraftmaschine beschrieben.
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Der
Aufbau der Kraftmaschine wird beschrieben, wobei der Zylinder #1
als ein Beispiel herangezogen wird. Die Kraftmaschine gibt Leistung
ab, indem sie Kraftstoff in einer Brennkammer verbrennt. Ein Einlassrohr 17 zum
Einziehen von Luft in die Brennkammer ist mit einem Einlassventil 11 versehen.
Luft wird in die Brennkammer eingeführt, während das Einlassventil 11 offen
ist. Bei dem Ausführungsbeispiel
werden der Öffnungs-
und der Schließvorgang
des Einlassventils 11 durch einen Aktuator 14 gesteuert,
der zum Beispiel durch ein elektromagnetisch angetriebenes Ventil
gebildet ist, und zwar auf der Grundlage eines Steuersignals von
der Steuereinheit 100.
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Das
Einlassrohr 17 ist mit einer Einspritzvorrichtung 16 zum
Einspritzen von Kraftstoff versehen. Bei dem Ausführungsbeispiel
ist die Kraftmaschine eine Einspritz-Kraftmaschine, bei der Kraftstoff
in das Einlassrohr 17 eingespritzt wird. Jedoch kann auch eine
sogenannte Direkteinspritz-Kraftmaschine verwendet werden. Die Steuereinheit 100 steuert
die Einspritzvorrichtung 16 gemäß der Einlassluftmenge und
bewirkt, dass die Einspritzvorrichtung 16 eine angemessene
Kraftstoffmenge einspritzt, die eine normale Verbrennung ermöglicht.
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Eine
Zündkerze 13 ist
in der Brennkammer vorgesehen. Ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft
wird durch die Zündkerze 13 gezündet, nachdem
dieses in der Brennkammer verdichtet wurde. Die Steuereinheit 100 steuert
die Zündzeitgebung
gemäß der Kraftmaschinendrehzahl,
der erforderlichen Last, etc.
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Nach
der Verbrennung auftretendes Abgas wird über ein Abgasrohr 18 ausgelassen.
Das Abgasrohr 18 ist mit einem Auslassventil 12 versehen.
Der Öffnungs-
und Schließvorgang
des Auslassventils 12 wird durch einen Aktuator 15 gesteuert,
der zum Beispiel durch ein elektromagnetisch angetriebenes Ventil
gebildet ist.
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Die
Aufbauten der Zylinder #2 bis #4 sind im Wesentlichen gleich dem
Aufbau des Zylinders #1, auch wenn deren detaillierte Beschreibung
weggelassen wird, um eine komplizierte Beschreibung zu vermeiden.
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Die
Leistungsabgabe von der Kraftmaschine ändert sich in Abhängigkeit
von der in die Brennkammer eingeführte Einlassluftmenge. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird die Einlassluftmenge in zwei Arten gesteuert, nämlich auf
zwei unterschiedlichen Grundlagen. Eine dieser Grundlagen für die Steuerung
ist der Unterdruck in dem Einlassrohr 17. Einlassrohre
der Zylinder #1 bis #4 sind an einer stromaufwärtigen Seite mit einem Einlasskrümmer verbunden.
Ein Drosselventil 22 ist in dem Einlasskrümmer vorgesehen.
Wenn die Steuereinheit 100 den Öffnungsgrad des Drosselventils 22 steuert,
dann ändert
sich der Unterdruck in dem Einlassrohr, und somit ändert sich
die Einlassluftmenge. Wenn zum Beispiel das Drosselventil 22 im
Wesentlichen vollständig
geöffnet
ist, dann ist der Druck in dem Einlassrohr gleich dem Atmosphärendruck,
und somit ist ein relativ einfaches Ansaugen in die Brennkammer
möglich, so
dass die Einlassluftmenge vermehrt wird. Wenn die Öffnung des
Drosselventils 22 reduziert wird, dann wird der Druck der
Einlassluft zu einem Unterdruck unterhalb des Atmosphärendruckes,
so dass die in die Brennkammer eingezogene Luftmenge verringert
wird.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
kann die Einlassluftmenge auf der Grundlage der Zeitperiode gesteuert
werden, während
der das Einlassventil 11 offen ist, und auf der Grundlage
des Hubs des Einlassventils 11 und auch auf der Grundlage
des Öffnungsgrades
des Drosselventils 22. Die 2 zeigt eine
Ansicht des Betriebs eines Einlassventils und eines Auslassventils.
In der 2 sind die Ventilöffnungsperioden der beiden
Ventile hinsichtlich des Kurbelwinkels angegeben. Die durch den
Winkel im Uhrzeigersinn von dem oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens
zum unteren Totpunkt (BDC) in der 2 angegebene
Periode entspricht dem Einlasshub. Die Periode von dem BDC zu dem
TDC entspricht dem Auslasshub. Die Periode, während der das Auslassventil
offen ist, ist ein Winkelbereich, der durch einen durchgezogenen
Pfeil in der 2 angegeben ist. In der folgenden
Beschreibung wird der Kurbelwinkel so definiert, dass der Uhrzeigersinn
eine positive Winkelrichtung ist, wie dies in der 2 angegeben
ist.
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Die
Periode, während
der das Einlassventil offen ist, ist ein Winkelbereich, der durch
leere Pfeile in der 2 angegeben ist. Nachfolgend
wird dieser Winkelbereich als „Arbeitswinkel" des Einlassventils bezeichnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann die Größe des Arbeitswinkels
durch die Steuerung des Aktuators 14 geändert werden, wenn dies durch einen
durchgezogenen Pfeil und einen gestrichelten Pfeil angegeben ist.
Die Zeitgebung zum Starten zum Öffnen
des Einlassventils, nämlich
deren Phase, kann auch geändert
werden. Falls der Arbeitswinkel groß ist, dann wird der effektive
Einlasshub lang, so dass sich die Einlassluftmenge vermehrt. Falls
der Arbeitswinkel klein ist, dann wird der effektive Einlasshub
kurz, so dass die Einlassluftmenge verringert wird.
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Eine
Charakteristik der Steuerung der Einlassluftmenge auf der Grundlage
des Drosselöffnungsgrades
hat ein relativ niedriges Ansprechverhalten. Der Grund für das niedrige
Ansprechverhalten ist, dass es eine geringfügige Verzögerungszeit gibt, bevor die
Druckänderung
tatsächlich
eine Wirkung der in die Zylinder eingezogenen Luftmengen erzeugt,
falls der Einlassrohrunterdruck in dem Einlasskrümmer geändert wird. Im Gegensatz dazu
hat die Steuerung der Einlassluftmenge auf der Grundlage des Arbeitswinkels
eine Charakteristik eines sehr hohen Ansprechverhaltens. Die Einlassluftmenge kann
auch auf der Grundlage des Hubbetrages des Einlassventils und auch
auf der Grundlage des Arbeitswinkels gesteuert werden. Auch wenn
das Ausführungsbeispiel
nachfolgend zusammen mit jenem Fall beschrieben wird, bei dem die
Steuerung auf der Grundlage des Arbeitswinkels durchgeführt wird,
ist es auch möglich,
den Hubbetrag des Einlassventils anstelle oder zusätzlich zu
dem Arbeitswinkel zu steuern.
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Auch
wenn dies nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, so kann der
Arbeitswinkel und die Phase des Auslassventils in ähnlicher
Weise wie das Einlassventil geändert
werden. Der Arbeitswinkel und die Phase des Auslassventils können unabhängig von
dem Einlassventil geändert
werden. Jedoch werden bei diesem Ausführungsbeispiel der Arbeitswinkel
und die Phase des Auslassventils symmetrisch zu dem Einlassventil
prinzipiell geändert.
Der Begriff „symmetrisch" bedeutet, dass die
Ventilöffnungsperiode
des Einlassventils und die Ventilöffnungsperiode des Auslassventils
im Wesentlichen symmetrisch um eine Linie sind, die durch den TDC
und den BDC gemäß der 2 hindurchtritt.
Wenn zum Beispiel die Öffnungszeitgebung
des Einlassventils „–θ (deg.)" beträgt, wenn
nämlich
das Einlassventil beginnt, sich beim Zeitpunkt θ (deg.) vor dem TDC zu öffnen, dann ist
die Schließzeitgebung
des Auslassventils θ (deg.) nach
dem TDC. Diese Art und Weise der Steuerung erzielt in vorteilhafter
Weise eine stabile Wirkung der internen EGR.
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Die
Zeitperiode nahe oder um den TDC, während der sowohl das Einlassventil
als auch das Auslassventil offen sind, wird als Überlappungsperiode bezeichnet.
Die Überlappungsperiode
verlängert sich,
wenn sich die Öffnungszeitgebung
von dem Einlassventil von dem TDC vorrückt. In umgekehrter Weise tritt
keine Überlappung
auf, wenn die Öffnungszeitgebung
des Einlassventils nach dem TDC liegt. Im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel
wird der Zustand, in dem das Einlassventil geöffnet ist, nachdem das Auslassventil
geschlossen wurde, als eine Minusüberlappung bezeichnet.
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Die 3 zeigt
eine Ansicht von Wirkungen, die durch die Überlappung hervorgerufen werden. Die 3 zeigt
Beziehungen des Überlappungsbetrages
mit dem Momentenstoß,
der Emission von NOx und dem Kraftstoffverbrauch. Der Momentenstoß, nämlich der Änderungsbetrag
des tatsächlichen
Abgabemomentes hinsichtlich dem Sollmoment ist in einem Minusüberlappungsbereich
(zum Beispiel ein Bereich A) relativ günstig, der in der 3 angegeben
ist. Die Emissionen von NOx werden zu einer Seite einer größeren Plusüberlappung
und zu einer Seite einer größeren Minusüberlappung
durch im Allgemeinen als interne EGR-Wirkungen günstiger. Der Kraftstoffverbrauch
wird in dem Minusüberlappungsbereich
relativ günstiger.
Somit ist es klar, dass die Minusüberlappung beim Betrieb der
Brennkraftmaschine nützlich
ist.
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Somit
verwendet das Gerät
von dem Ausführungsbeispiel
wahlweise den Modus zum Steuern der Einlassluftmenge auf der Grundlage
des Drosselöffnungsgrades
(nachfolgend als „drosselbasierter Betrieb" bezeichnet) und
den Modus zum Steuern der Einlassluftmenge auf der Grundlage des
Arbeitswinkels des Einlassventils (nachfolgend als „ventilbasierter
Betrieb" bezeichnet)
gemäß der von
der Kraftmaschine geforderten Last mit dem vorstehend beschriebenen
Aufbau.
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B. EINLASSSTEUERUNGSABBILDUNG
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Die
Steuereinheit 100 schaltet zwischen den Einlasssteuerungen
unter Bezugnahme auf eine Abbildung, die im Voraus vorbereitet wurde.
Die 4 zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer Schaltsteuerungsabbildung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Abbildung so gestaltet, dass der Schaltvorgang einer Steuerung
gemäß der Kraftmaschinenlast
bewirkt wird. Es ist auch möglich, ähnliche
Abbildungen entsprechend den Kraftmaschinendrehzahlen vorzubereiten,
so dass der Steuerungsschaltvorgang gemäß der Kraftmaschinendrehzahl
und der Kraftmaschinenlast durchgeführt werden kann.
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Eine
Abbildung zum Bestimmen der Arbeitswinkel des Einlassventils und
des Auslassventils gemäß der Last
ist an einem linken Abschnitt gemäß der 4 dargestellt.
Falls die Last niedrig ist, dann wird das Auslassventil weit vor
dem TDC geschlossen, und das Einlassventil wird nach dem TDC geöffnet. Die
Schließzeitgebung
des Auslassventils und die Öffnungszeitgebung
des Einlassventils sind um den TDC symmetrisch. Während eines
Niedriglastzustands sind die Arbeitswinkel des Einlassventils und des
Auslassventils minimal.
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Daher
wird das Einlassventil weit vor dem BDC geschlossen, und das Auslassventil
wird nach dem BDC geöffnet.
In der 4 sind Perioden schraffiert dargestellt, während denen
sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil geöffnet sind.
Wenn die Last niedrig ist, dann gibt es keine Periode, während der
beide Ventile offen sind, das heißt ein Minusüberlappungszustand
tritt auf. Es ist vorzuziehen, dass die Größe der Minusüberlappung
so festgelegt wird, dass der Kraftstoffverbrauch verbessert wird.
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Während des
Niedriglastzustands wird die Einlassluftmenge auf der Grundlage
des Drosselöffnungsgrades
anstelle des Ventilarbeitswinkels gesteuert. Ein in der rechten
Seite gemäß der 4 gezeigtes
Diagramm gibt Änderungen
des Einlassrohrdruckes gemäß der Last
an. Wenn sich die Last erhöht,
dann erhöht
sich der Drosselöffnungsgrad,
so dass der Druck in dem Einlassrohr von einem Unterdruck ansteigt
und den Atmosphärendruck
erreicht. Infolgedessen vermehrt sich die Einlassluftmenge und die
Abgabe der Brennkraftmaschine wird auch erhöht.
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Falls
die Last gleich oder größer als
der vorbestimmte Stellwert Tch ist, dann erreicht der Einlassrohrdruck
im Wesentlichen den Atmosphärendruck,
so dass die Einlassluftmenge nicht auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades
allein gesteuert werden kann. In einem Bereich einer hohen Last über dem
Schwellwert Tch schaltet die Steuerung zu der Einlassmengensteuerung
auf der Grundlage des Arbeitswinkels. In dem Hochlastbereich dehnen
sich die Arbeitswinkel des Einlassventils und des Auslassventils
bei ansteigender Last aus, wie dies in der 4 angegeben
ist. Dementsprechend ändert
sich in einigen Fällen
der Überlappungsbetrag
von einem Minuswert zu einem Pluswert, um eine Einlass-/-Auslass-Pulsation
zu nutzen.
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Auch
wenn bei dem Ausführungsbeispiel
der Arbeitswinkel so festgelegt wird, dass er sich gemäß der Last
linear ändert,
so kann sich der Arbeitswinkel auch nichtlinear ändern. Auch wenn bei dem Ausführungsbeispiel
die Ventilöffnungscharakteristika
des Einlassventils und des Auslassventils um den TDC symmetrisch
festgelegt sind, können
darüber
hinaus die Ventilöffnungscharakteristika
des Einlassventils und des Auslassventils ohne eine derartige Beschränkung geändert werden.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird auch eine Korrekturabbildung zur Verwendung im Falle einer
verschlechterten Verbrennung während
eines Niedriglastzustands festgelegt. Falls sich die Verbrennung
während
eines Niedriglastzustands verschlechtert, dann wird die Schließzeitgebung
des Auslassventils zu dem TDC verschoben, und die Schließzeitgebung
des Einlassventils wird zu dem BDC verschoben, wie dies durch gerade
Linien L1, L2 in der 4 gezeigt ist. Und zwar werden
sowohl die Schließzeitgebung
des Einlassventils als auch die Schließzeitgebung des Auslassventils
verzögert. Die Öffnungszeitgebungen
des Einlass- und
Auslassventils werden fixiert. Die Verzögerung der Schließzeitgebung
des Auslassventils erzielt die Wirkung einer Reduzierung der Minusüberlappung,
einer Reduzierung der internen EGR-Menge und daher eine Stabilisierung
der Verbrennung. Die Verzögerung
der Schließzeitgebung
des Einlassventils erzielt die Wirkung einer Verbesserung der Gasmischung
in dem Zylinder und daher eine Stabilisierung der Verbrennung. Das
Aufrechterhalten der späten Öffnungszeitgebung
des Einlassventils fördert
eine Absenkung des Drucks in dem Zylinder und fördert daher eine Zerstäubung des
Kraftstoffes. Auch wenn bei dem Ausführungsbeispiel die im Falle
einer verschlechterten Verbrennung durchgeführte Korrektur im Voraus festgelegt
ist, wie dies durch die Geraden L1, L2 angegeben ist, so ist es
auch möglich,
die Ventilschließzeitgebungen
gemäß dem Verbrennungszustand
allmählich
zu ändern.
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Die 5 zeigt
eine Ansicht eines Verfahrens zum Festlegen des Arbeitswinkels.
In dem Diagramm wird das Verfahren zum Festlegen des Arbeitswinkels
für das
Einlassventil anhand eines Beispieles dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind
vier Zylinder #1 bis #4 vorgesehen, wie dies in der 1 gezeigt
wird. Die Einlassventile der Zylinder haben Änderungen in einstellbaren
Bereichen der Öffnungszeitgebung
und der Schließzeitgebung auf
Grund von Produktionsfehlern und dergleichen. In der 5 sind
die einstellbaren Bereiche der Ventilzeitgebung der einzelnen Zylinder
durch Bänder dargestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
werden angesichts derartiger Änderungen
der Ventilzeitgebungseinstellbereiche ein einstellbarer Bereich
der Ventilöffnungszeitgebung
und ein einstellbarer Bereich der Ventilschließzeitgebung festgelegt, die
für alle
Zylinder geeignet sind, wie dies durch schraffierte Bänder in
einem oberen Abschnitt des Diagramms der 5 gezeigt
ist. Durch das gleiche Verfahren werden einstellbare Bereiche für die Auslassventile ebenso
festgelegt. Die in der 4 dargestellte Abbildung ist
innerhalb der so festgelegten einstellbaren Bereiche vorgeschrieben.
Die Art und Weise der Festlegung vermeidet die Wirkung von Änderungen des
Arbeitswinkels unter den Zylindern.
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In
dem Bereich der hohen Last über
dem Schwellwert Tch wird der Einlassrohrdruck auf den Atmosphärendruck
gehalten, wie dies in der 4 gezeigt
ist. Die vorstehend beschriebene Steuerung kann auch zum Beispiel
dadurch erreicht werden, dass ein vollständig geöffneter Zustand der Drossel gehalten
wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird der Drosselöffnungsgrad
auch in dem Hochlastbereich geändert,
um den Momentenstoß während der Periode
des Übergangs
zwischen dem drosselbasierten Betrieb und dem ventilbasierten Betrieb
zu reduzieren.
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Die 6 zeigt
eine Ansicht einer Abbildung zum Bestimmen des Drosselöffnungsgrades.
Ein oberer Abschnitt der 6 zeigt Änderungen des Einlassrohrdruckes
relativ zu der Last. Ein unterer Abschnitt der 6 zeigt
das Festlegen des Drosselöffnungsgrades.
Der Drosselöffnungsgrad
während des
Zustands niedriger Last unterhalb des Schwellwertes Tch wird gemäß der vorstehenden
Beschreibung zusammen mit der 4 festgelegt.
Und zwar wird der Drosselöffnungsgrad
allmählich
erhöht, wenn
sich die Last erhöht,
bis der Einlassrohrdruck den Atmosphärendruck erreicht. Zu dem Zeitpunkt, wenn
der Einlassrohrdruck den Atmosphärendruck erreicht,
muss der Drosselöffnungsgrad
nicht notwendigerweise der vollständig geöffnete Grad sein.
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In
dem Bereich hoher Last oberhalb des Schwellwertes Tch wird der Drosselöffnungsgrad
angesichts der folgenden vier Bedingungen festgelegt.
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Bedingung
1 (Gerade Lim 1): Der Drosselöffnungsgrad
ist kleiner oder gleich dem vollständig geöffneten Grad.
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Bedingung
2 (Gerade Lim 2): Der Drosselöffnungsgrad
ist größer oder
gleich dem Drosselöffnungsgrad,
der das Halten des Atmosphärendruckes in
dem Einlassrohr im Zeitraum eines stationären Betriebes mit Arbeitswinkeln
entsprechend verschiedener Lasten ermöglicht.
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Bedingung
3 (Gerade Lim 3): Der Drosselöffnungsgrad
ist größer oder
gleich dem Drosselöffnungsgrad,
der das Aufrechterhalten des Atmosphärendrucks in dem Einlassrohr
ermöglicht,
wenn der Arbeitswinkel gemäß Änderungen
der Last geändert wird.
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Bedingung
4: Die Änderung
des Drosselöffnungsgrades
ist kontinuierlich zwischen dem drosselbasierten Betrieb und dem
ventilbasierten Betrieb.
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Im
Allgemeinen vermehrt sich die Einlassluftmenge, wenn sich der Einlassventilarbeitswinkel
vergrößert, und
daher erhöht
sich der Drosselöffnungsgrad,
der zum Halten des Einlassrohrdrucks auf den Atmosphärendruck
erforderlich ist. Daher erhöht
sich der Drosselöffnungsgrad,
der die Bedingung 2 erhöht,
bei Ansteigen der Last, wie dies durch die Gerade Lim 2 angegeben
ist. Wenn sich der Arbeitswinkel ändert, dann wird der Drosselöffnungsgrad,
der zum Halten des Einlassrohrdruckes auf den Atmosphärendruck
erforderlich ist, größer als
der Drosselöffnungsgrad,
der für
einen stationären
Zustand erforderlich ist. Daher sorgt die Gerade Lim 3 entsprechend
Bedingung 3 für
größere Werte
als die Gerade Lim 2 entsprechend Bedingung 2. Hinsichtlich Bedingung
3 ist es sinnvoll, einen Drosselöffnungsgrad empirisch
oder analytisch festzulegen, der das Aufrechterhalten des Atmosphärendrucks
in dem Einlassrohr während
jenes Zustandes aufrecht erhält, bei
dem der Arbeitswinkel mit einer in der Praxis erforderlichen Änderungsrate
geändert
wird.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird der Drosselöffnungsgrad
(Gerade Ls) so festgelegt, dass Bedingung 4 innerhalb eines Drosselfestlegungsbereiches
erfüllt
ist, der die Bedingungen 1 bis 3 erfüllt. Auch wenn bei dem Ausführungsbeispiel
der Drosselöffungsgrad
so festgelegt wird, dass er sich gemäß der Last linear ändert, so
kann sich der Drosselöffnungsgrad
nicht linear ändern.
Es ist auch möglich,
einen Bereich vorzusehen, in dem das Drosselventil vollständig geöffnet ist.
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C. KRAFTMASCHINENBETRIEBSSTEUERUNG
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Die 7 zeigt
eine Flusskarte eines Kraftmaschinenbetriebssteuerprozesses.
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Dieser
Steuerprozess wird durch die Steuereinheit 100 wiederholt
ausgeführt.
Bei diesem Prozess gibt die Steuereinheit 100 zunächst Parameter ein,
die für
die Steuerung erforderlich sind, zum Beispiel die erforderliche
Kraftmaschinendrehzahl, die erforderliche Kraftmaschinenlast, der
Einlassrohrunterdruck, etc. (Schritt S10). Die erforderliche Drehzahl
kann ein Abgabewert von dem Drehzahlsensor 23 sein. Die
erforderliche Kraftmaschinenlast kann auf der Grundlage des Beschleunigungsvorrichtungsbetätigungsbetrages
festgelegt werden.
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Nachfolgend
bestimmt die Steuereinheit 100 einen oberen Grenzwert hinsichtlich
der Änderungsraten
des Arbeitswinkels des Einlassventils und des Auslassventils (nachfolgend
als "Ventiländerungsrate" bezeichnet) (Schritt
S11). Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die Festlegung des oberen Grenzwertes unter Verwendung einer
Abbildung durchgeführt,
die einen oberen Grenzwert entsprechend dem Einlassrohrdruck vorsieht.
Diese Abbildung ist anhand eines Beispiels in der 7 dargestellt.
Wie dies in der 7 gezeigt ist, wird die Ventiländerungsrate
in einem Bereich eines relativ niedrigen Einlassrohrdrucks unterdrückt, und
die Ventiländerungsrate
erhöht
sich, wenn sich der Einlassrohrdruck erhöht. Diese Art und Weise der
Festlegung ermöglicht
es, den Einlassrohrdruck auf dem Atmosphärendruck zu halten, auch wenn
der Arbeitswinkel geändert
wird, so dass die Einlassluftmenge stabilisiert werden kann.
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Die
Steuereinheit 100 legt den Drosselöffnungsgrad und die Ventilzeitgebung
gemäß den Abbildungen
fest, die in den 4 bis 6 dargestellt sind
(Schritt S12). Falls der Verbrennungszustand in jedem Zylinder nicht
verschlechtert ist (Schritt S13), dann steuert die Steuereinheit 100 die
Drossel, die Einlassventile und die Auslassventile, um so den festgelegten
Drosselöffnungsgrad
und die festgelegte Ventilzeitgebung zu erreichen (Schritt S17).
Ob sich die Verbrennung verschlechtert hat, kann zum Beispiel durch
die Menge einer Abgaskomponente wie zum Beispiel NOx oder
dergleichen durch den Momentenstoß, durch die Drehzahländerung,
etc. erfasst werden.
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Wenn
bestimmt wird, dass sich die Verbrennung verschlechtert hat (Schritt
S13), dann bestimmt die Steuereinheit 100, ob die Abgabe
von der Kraftmaschine im Wesentlichen gleich dem Sollmoment ist
(Schritt S14). Diese Bestimmung kann ausschließlich während des drosselbasierten
Betriebes durchgeführt
werden. Falls das Sollmoment im Wesentlichen erreicht wird, dann
wird die Ventilzeitgebung gemäß der Korrekturabbildung
korrigiert, die in der 4 dargestellt ist (Schritt S15).
Insbesondere werden die Schließzeitgebungen
von den Einlass- und Auslassventilen verzögert, um so die Verbrennung
zu verbessern. Falls das Sollmoment nicht erreicht wird, dann werden
die Werte der bei dem Schritt S12 festgelegten Ventilzeitgebung
nicht übernommen,
sondern die vorher festgelegten Werte werden weiterhin verwendet,
so dass der Gegenwärtige
Betrieb fortgesetzt wird (Schritt S16). Im Allgemeinen wird die
Einlassluftmenge durch einen Durchsatzsensor gemessen, der in dem
Einlassrohr vorgesehen ist. Falls die Ventilzeitgebung geändert wird,
während
das Sollmoment nicht erreicht wird, und zwar während sich der Einlassrohrdruck ändert, dann
besteht nämlich die
Möglichkeit,
dass die Einlassmengensteuerung aufgrund einer verschlechterten
Genauigkeit der Durchsatzmessung instabil wird. Nachdem die Korrektur
des festgelegten Wertes der Ventilzeitgebung gemäß der vorstehenden Beschreibung
durchgeführt wurde,
steuert die Steuereinheit 100 den Drosselöffnungsgrad
und die Ventilzeitgebung (Schritt S17).
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Gemäß der vorstehend
beschriebenen Steuerung bei dem Ausführungsbeispiel wird der ventilbasierte
Betrieb durchgeführt,
während
der Einlassrohrdruck im Wesentlichen auf dem Atmosphärendruck gehalten
wird. Daher kann die Einlassluftmenge mit guter Genauigkeit gesteuert
werden, und der Momentenstoß kann
reduziert werden oder verhindert werden. Darüber hinaus kann das Auftreten
eines Momentenstoßes
während
der Periode eines Überganges
von dem drosselbasierten Betrieb zu dem ventilbasierten Betrieb
auch im Wesentlichen verhindert werden.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf
die offenbarten Ausführungsbeispiele
oder Aufbauten beschränkt
ist. Im Gegensatz soll die Erfindung verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen
innerhalb des Umfanges der Erfindung abdecken. Zum Beispiel müssen die
Einlass- und Auslassventile keine Elektromagnetventile sein. Die Steuerung
kann sowohl als eine Hardwarelösung
als auch eine Softwarelösung
verwirklicht werden.
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Eine
Brennkraftmaschine hat einen variablen Mechanismus, der die in jeden
Zylinder eingeführte Einlassluftmenge
einstellen kann, indem der Arbeitswinkel von Einlassventilen (11)
gesteuert wird. In einem Niedriglastbereich wird der Arbeitswinkel
des Einlassventils (11) minimiert, und die Einlassluftmenge
wird auf der Grundlage des Drosselöffnungsgrades gesteuert. In
dem Niedriglastbereich wird der Arbeitswinkel von jedem Ventil so
festgelegt, dass es keine Periode gibt, während der sowohl ein Einlassventil
(11) als auch ein Auslassventil (12) offen sind. In
einem Hochlastbereich, in dem der Einlassrohrdruck gleich dem Atmosphärendruck
ist, wird die Einlassluftmenge auf der Grundlage des Arbeitswinkels gesteuert.
Während
dieses Prozesses wird der Drosselöffnungsgrad so gesteuert, dass
der Einlassrohrdruck auf dem Atmosphärendruck gehalten werden kann,
und zwar bevor oder nachdem die Einlassmengensteuerung auf der Grundlage
des Arbeitswinkels durchgeführt
wird. Daher können
Schwankungen des Einlassrohrdrucks im Zeitraum einer Änderung
des Arbeitswinkels reduziert oder verhindert werden und die Einlassluftmenge
kann mit guter Genauigkeit gesteuert werden. Somit kann der Momentenstoß reduziert
oder verhindert werden.