DE10336488B4 - Steuergerät und -verfahren für eine Brennkraftmaschine mit variablem Ventilsystem - Google Patents

Steuergerät und -verfahren für eine Brennkraftmaschine mit variablem Ventilsystem Download PDF

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Abstract

Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilmechanismus, der eine Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich eines Öffnungszustandes eines Einlassventils (11) ändern kann, und mit einem Drosselventil (22), das einen Unterdruck in einem Einlassrohr (17) ändern kann, wobei das Steuergerät eine Steuervorrichtung (100) aufweist, die die Ventilöffnungscharakteristik und einen Öffnungsgrad des Drosselventils (22) steuern kann, wobei die Steuervorrichtung (100) daran angepasst ist, eine in die Brennkraftmaschine eingelassene Einlassluftmenge zumindest durch die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik oder die Steuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils (22) gemäß einer Abgabe zu steuern, die von der Brennkraftmaschine gefordert wird, und das Steuergerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (100) des Weiteren daran angepasst ist, während eines ersten Betriebszustandes, in dem die Einlassluftmenge durch die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik gesteuert wird, den Öffnungsgrad des Drosselventils (22) innerhalb eines Bereiches des Öffnungsgrades des Drosselventils (22) zu steuern, der das Aufrechterhalten eines Atmosphärendruckes in dem Einlassrohr (17) in jenem Zustand ermöglicht, in dem die...

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • 1 zeigt eine Ansicht eines Kraftmaschinensystems als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 zeigt eine Ansicht des Betriebs des Einlassventils und eines Auslassventils;
  • 3 zeigt eine Ansicht von Wirkungen, die durch das Überlappen der Ventile hervorgerufen werden;
  • 4 zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer Steuerungsschaltabbildung;
  • 5 zeigt eine Ansicht eines Verfahrens zum Festlegen des Ventilarbeitswinkels;
  • 6 zeigt eine Ansicht zum Darstellen einer Abbildung zum Bestimmen des Drosselöffnungsgrades; und
  • 7 zeigt eine Flusskarte eines Kraftmaschinenbetriebssteuerprozesses.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • A. AUFBAU DES GERÄTES
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • B. EINLASSSTEUERUNGSABBILDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In dem Bereich hoher Last oberhalb des Schwellwertes Tch wird der Drosselöffnungsgrad angesichts der folgenden vier Bedingungen festgelegt.
  • Bedingung 1 (Gerade Lim 1): Der Drosselöffnungsgrad ist kleiner oder gleich dem vollständig geöffneten Grad.
  • 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.
  • 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.
  • Bedingung 4: Die Änderung des Drosselöffnungsgrades ist kontinuierlich zwischen dem drosselbasierten Betrieb und dem ventilbasierten Betrieb.
  • 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.
  • 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.
  • C. KRAFTMASCHINENBETRIEBSSTEUERUNG
  • Die 7 zeigt eine Flusskarte eines Kraftmaschinenbetriebssteuerprozesses.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (11)

  1. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilmechanismus, der eine Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich eines Öffnungszustandes eines Einlassventils (11) ändern kann, und mit einem Drosselventil (22), das einen Unterdruck in einem Einlassrohr (17) ändern kann, wobei das Steuergerät eine Steuervorrichtung (100) aufweist, die die Ventilöffnungscharakteristik und einen Öffnungsgrad des Drosselventils (22) steuern kann, wobei die Steuervorrichtung (100) daran angepasst ist, eine in die Brennkraftmaschine eingelassene Einlassluftmenge zumindest durch die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik oder die Steuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils (22) gemäß einer Abgabe zu steuern, die von der Brennkraftmaschine gefordert wird, und das Steuergerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (100) des Weiteren daran angepasst ist, während eines ersten Betriebszustandes, in dem die Einlassluftmenge durch die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik gesteuert wird, den Öffnungsgrad des Drosselventils (22) innerhalb eines Bereiches des Öffnungsgrades des Drosselventils (22) zu steuern, der das Aufrechterhalten eines Atmosphärendruckes in dem Einlassrohr (17) in jenem Zustand ermöglicht, in dem die Ventilöffnungscharakteristik in einem stationären Zustand zumindest während des ersten Betriebszustandes ist, während der Öffnungsgrad des Drosselventils (22) während einer Schaltperiode zwischen dem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand weiterhin aufrecht erhalten wird, in dem die Einlassluftmenge ausschließlich durch die Steuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils (22) gesteuert wird.
  2. Steuergerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (100) des Weiteren daran angepasst ist, den Bereich des Öffnungsgrades des Drosselventils (22) aufrecht zu erhalten, der den Atmosphärendruck in dem Einlassrohr (17) einstellt, und zwar während einer Übergangsperiode, während der sich die Öffnungsventilcharakteristik ändert.
  3. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilmechanismus, der eine Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich eines Öffnungszustandes eines Einlassventils (11) ändern kann, und mit einem Drosselventil (22), das einen Unterdruck in einem Einlassrohr (17) ändern kann, wobei das Steuergerät eine Steuervorrichtung (100) aufweist, die die Ventilöffnungscharakteristik und einen Öffnungsgrad des Drosselventils (22) steuern kann, wobei die Steuervorrichtung (100) daran angepasst ist, eine in die Brennkraftmaschine eingelassene Einlassluftmenge zumindest durch die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik oder der Steuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils (22) gemäß einer Abgabe zu steuern, die von der Brennkraftmaschine gefordert wird, und das Steuergerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (100) des Weiteren daran angepasst ist, dass, falls ein Schaltvorgang zwischen einer Einlassmengensteuerung durch die Steuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils (22) und einer Einlassmengensteuerung durch die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik gefordert wird, der geforderte Schaltvorgang bewirkt wird, nachdem eine Abgabe von der Brennkraftmaschine auf der Grundlage einer gegenwärtig durchgeführten Einlassmengensteuerung einen stationären Zustand erreicht hat.
  4. Steuergerät gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der geforderte Schaltvorgang ein Schaltvorgang von der Einlassmengensteuerung durch die Steuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils (22) zu der Einlassmengensteuerung durch die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik ist.
  5. Steuergerät für eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilmechanismus, der eine Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich eines Öffnungszustandes eines Einlassventils (11) und eines Öffnungszustands eines Auslassventils (12) ändern kann, wobei das Steuergerät eine Steuervorrichtung (100) aufweist, die die Ventilöffnungscharakteristik steuern kann und daran angepasst ist, eine in die Brennkraftmaschine eingelassene Einlassluftmenge durch die Steuerung der Ventilöffnungscharakteristik gemäß einer Abgabe zu steuern, die von der Brennkraftmaschine gefordert wird, und das Steuergerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (100) des weiteren daran angepasst ist, die Ventilöffnungscharakteristik so zu steuern, dass eine Öffnungsstartzeitgebung des Einlassventils (11) und eine Schließzeitgebung des Auslassventils (12) im Wesentlichen symmetrisch zu einer Zeitgebung sind, bei der eine Brennkammerkapazität der Brennkraftmaschine zumindest während eines vorbestimmten Betriebszustands der Brennkraftmaschine minimal ist.
  6. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (100) des weiteren daran angepasst ist, das Einlassventil (11) der Brennkraftmaschine zu öffnen, nachdem das Auslassventil (12) geschlossen wurde, falls die Ventilöffnungscharakteristik in einem Minimalzustand ist.
  7. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine eine Vielzahl Zylinder aufweist, die mit dem variablen Ventilmechanismus ausgestattet sind, und dass ein Minimalwert der Ventilöffnungscharakteristik, die durch die Steuervorrichtung (100) zu steuern ist, innerhalb eines Bereiches festgelegt ist, der für alle Zylinder geeignet ist.
  8. Steuergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Ventilmechanismus ein elektromagnetisch angetriebenes Ventil aufweist.
  9. Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilmechanismus, der eine Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich eines Öffnungszustandes eines Einlassventils (11) ändern kann, und mit einem Drosselventil (22), das einen Unterdruck in einem Einlassrohr (17) ändern kann, und das Steuerverfahren weist folgendes auf: einen Ventilsteuerschritt zum Steuern der Ventilöffnungscharakteristik; einen Drosselsteuerschritt zum Steuern eines Öffnungsgrades des Drosselventils (22); und einen Einlassmengensteuerschritt zum Steuern einer in die Brennkraftmaschine eingelassenen Einlassluftmenge zumindest unter Verwendung des Ventilsteuerschrittes oder des Drosselsteuerschrittes gemäß einer Abgabe, die von der Brennkraftmaschine gefordert wird, und das Steuerverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Drosselsteuerschritt der Öffnungsgrad des Drosselventils (22) während eines ersten Betriebszustands, in dem die Einlassluftmenge durch den Ventilsteuerschritt gesteuert wird, innerhalb eines Bereiches des Öffnungsgrades des Drosselventils (22) gesteuert wird, der das Aufrechterhalten eines Atmosphärendruckes in dem Einlassrohr (17) unter einer Bedingung ermöglicht, bei der die Ventilöffnungscharakteristik in einem stationären Zustand zumindest während des ersten Betriebszustandes ist, während der Öffnungsgrad des Drosselventils (22) während einer Schaltperiode zwischen dem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand weiterhin aufrecht erhalten wird, bei dem die Einlassluftmenge unter Verwendung des Drosselsteuerschrittes gesteuert wird, ohne dass der Ventilsteuerschritt verwendet wird.
  10. Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilmechanismus, der eine Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich eines Öffnungszustandes eines Einlassventils (11) ändern kann, und mit einem Drosselventil (22), das einen Unterdruck in einem Einlassrohr (17) ändern kann, wobei das Steuerverfahren folgendes aufweist: einen Ventilsteuerschritt zum Steuern der Ventilöffnungscharakteristik; einen Drosselsteuerschritt zum Steuern eines Öffnungsgrades eines Drosselventils (22); und einen Einlassmengensteuerschritt zum Steuern einer in die Brennkraftmaschine eingelassenen Einlassluftmenge zumindest unter Verwendung des Ventilsteuerschrittes oder des Drosselsteuerschrittes gemäß einer Abgabe, die von der Brennkraftmaschine gefordert wird, und das Steuerverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass, falls ein Schaltvorgang zwischen einer Einlassmengensteuerung unter Verwendung des Drosselsteuerschrittes und einer Einlassmengensteuerung unter Verwendung des Ventilsteuerschrittes gefordert wird, der Schaltvorgang bei dem Einlassmengensteuerschritt durchgeführt wird, nachdem eine Abgabe von der Brennkraftmaschine auf der Grundlage einer gegenwärtig durchgeführten Einlassmengensteuerung einen im Wesentlichen stationären Zustand erreicht hat.
  11. Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilmechanismus, der eine Ventilöffnungscharakteristik hinsichtlich eines Öffnungszustandes eines Einlassventils (11) und eines Öffnungszustandes eines Auslassventils (12) ändern kann, wobei das Steuerverfahren folgendes aufweist: einen Ventilsteuerschritt zum Steuern der Ventilöffnungscharakteristik; und einen Einlassmengensteuerschritt zum Steuern einer in die Brennkraftmaschine eingelassenen Einlassluftmenge unter Verwendung des Ventilsteuerschrittes gemäß einer Abgabe, die von der Brennkraftmaschine gefordert wird, und das Steuerverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Ventilsteuerschritt die Ventilöffnungscharakteristik so gesteuert wird, dass eine Öffnungsstartzeitgebung des Einlassventils (11) und eine Schließzeitgebung des Auslassventils (12) im Wesentlichen symmetrisch zu einem Zeitpunkt sind, bei dem eine Brennkammerkapazität der Brennkraftmaschine zumindest während eines vorbestimmten Betriebszustandes minimal ist.
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