DE19731373A1 - Steuerungseinrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit eines Verbrennungsmotors für Automobile - Google Patents
Steuerungseinrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit eines Verbrennungsmotors für AutomobileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für die
Leerlaufgeschwindigkeit eines Verbrennungsmotors für Automo
bile gemäß den Ansprüchen 1 und 6.
Allgemein betrifft die vorliegende Erfindung eine Steue
rungseinrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit eines Ver
brennungsmotors für Automobile. Spezieller betrifft die Er
findung eine Steuerungseinrichtung für die Leerlaufgeschwin
digkeit eines Verbrennungsmotors für Automobile, der ein
Einlaß-/Auslaßventil-Steuerungssystem für die automatische
Steuerung des Öffnens und Schließens eines elektromagneti
schen Einlaß-/Auslaßventils aufweist.
Als eines der Steuerungssysteme für Verbrennungsmotoren
bei Automobilen gibt es ein Leerlaufgeschwindigkeits-Steue
rungssystem (welches nachfolgend als ein ISC-System = idle
speed control system bezeichnet wird) zum Aufrechterhalten
einer vorherbestimmten Motorgeschwindigkeit während des Leer
laufs.
Ein typisches ISC-System führt eine Motorgeschwindig
keits-Rückkopplungssteuerung aus, indem die tatsächliche Motorge
schwindigkeit mit einer Zielleerlaufgeschwindigkeit vergli
chen wird, welche entsprechend einer Last gegen die Motordre
hung voreingestellt ist, und indem der Einlaßluftstrom so
eingestellt wird, daß die tatsächliche Motorgeschwindigkeit
gleich der Zielleerlaufgeschwindigkeit ist, wobei dies gemäß
der Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeiten erfolgt.
Herkömmliche ISC-Systeme können grob in zwei Arten eingeteilt
werden, wobei eines ein Umleitungsluftsystem ist, welches den
Luftstrom steuert, indem eine Drosselklappe umgangen wird,
und wobei das andere ein Drosselklappen-Direktantriebssystem
ist, welches die Stellung einer Drosselklappe beim Leerlauf
steuert. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 werden die
se Systeme weiter unten beschrieben.
Fig. 1 ist eine erklärende schematische Ansicht, die ein
ISC-System eines Umleitungsluftsystems funktionell veran
schaulicht. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist auf der Einlaßluftsei
te eines Verbrennungsmotors 110 für Automobile eine Einlaß
luftdurchführung 112 vorgesehen. Die Einlaßluftdurchführung
112 ist mit einer Umleitungsluftdurchführung 116, die eine
Drosselklappe 114 umgeht, ausgestattet. Die Umleitungsluft
durchführung 116 ist mit einer Betätigungseinrichtung 118 zum
wahlweisen Variieren einer offenen Fläche s der Durchführung
ausgestattet. Die Betätigungseinrichtung 118 ist z. B. vom
Schrittmotortyp oder eine Betätigungseinrichtung von der Art
einer linearen Spule. Die Betätigungseinrichtung 118 wird in
Abhängigkeit von einem Steuersignal, das aus einem Steue
rungsbereich (nicht gezeigt) entsprechend der Differenz zwi
schen der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit und einer Ziel
leerlaufgeschwindigkeit ausgegeben wird, betrieben.
In einem Fall, wo die tatsächliche Motorgeschwindigkeit
geringer ist als die Zielleerlaufgeschwindigkeit während des
Leerlaufs, vergrößert die Betätigungseinrichtung 118 z. B. die
offene Fläche s entsprechend der Differenz zwischen den bei
den Geschwindigkeiten, so daß der Einlaßluftstrom des Motors
zunimmt und die Motorgeschwindigkeit um die Differenz zwi
schen den beiden Geschwindigkeiten zunimmt. Andererseits ver
ringert die Betätigungseinrichtung in einem Fall, wo die tat
sächliche Motorgeschwindigkeit größer ist als die Zielleer
laufgeschwindigkeit, die offene Fläche s entsprechend der
Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeiten, um den Ein
laßluftstrom zu verringern und um die Motorgeschwindigkeit um
die Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeiten zu
verringern. Deshalb wird die Motorgeschwindigkeit bei der
Zielleerlaufgeschwindigkeit gehalten, so daß der Motor 110
einen stabilen Leerlauf erreichen kann.
Fig. 2 ist eine erklärende schematische Ansicht, die ein
ISC-System eines Drosselklappen-Direktantriebssystems veran
schaulicht. Die detaillierte Beschreibung derselben Elemente
wie derjenigen der Fig. 1 wird vermieden, indem dieselben Be
zugszahlen verwendet werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die
Drosselklappe 114 mit einem Drosselklappenhebel 120 zum Ein
stellen des Öffnungswinkels der Drosselklappe 114 ausgestat
tet. Der Drosselklappenhebel 120 ist mit einem Drosselklap
pendraht 122 verbunden, der wiederum mit einem Gaspedal
(nicht gezeigt) verbunden ist. Die Drosselklappe 114 weist
eine Rückholfeder (nicht gezeigt) auf und ist immer in Rich
tung auf eine geschlossene Stellung vorgespannt.
Der Drosselklappenhebel 120 ist mit einer Betätigungsein
richtung 124 ausgestattet, welche die geschlossene Stellung
der Drosselklappe 114 entsprechend der Differenz zwischen
einer tatsächlichen Motorgeschwindigkeit und einer Zielleer
laufgeschwindigkeit verändern kann. Somit wird die Lücke zwi
schen der Einlaßluftdurchführung 112 und der Drosselklappe
114 eingestellt, um den Einlaßluftstrom, der in den Motor
eingesaugt wird, zu variieren, so daß die Motorgeschwindig
keit so eingestellt wird, daß sie gleich der Zielleerlaufge
schwindigkeit ist.
Wie zuvor beschrieben, sind alle herkömmlichen ISC-Systeme
dafür konstruiert, den Einlaßluftstrom, der in den Motor ein
gesaugt wird, einzustellen, indem die Fläche eingestellt
wird, durch welche die Luft in der Einlaßluftdurchführung 112
hindurchtritt. Deshalb müssen, um die Leerlaufgeschwindig
keitssteuerung auszuführen, Betätigungseinrichtungen 118 und
124 getrennt in der Nähe der Drosselklappe vorgesehen werden.
Im Falle des Umleitungsluftsystems, muß auch die Umleitungs
durchführung 116 vorgesehen werden. Zusätzlich muß, um die
Betätigungseinrichtungen 118 und 124 entsprechend des Motor
funktionszustandes zu betreiben, eine komplizierte Steuerung
ausgeführt werden.
Außerdem steuert die Betätigungseinrichtung 118 des
ISC-Systems des zuvor erwähnten Umleitungsluftsystems den Einlaß
luftstrom für die Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung nur mit
der Funktionsgeschwindigkeit der Betätigungseinrichtung 118.
Deshalb wird eine vorherbestimmte Zeit benötigt, bis die Be
tätigung der Betätigungseinrichtung 118 beendet ist, so daß
es nicht möglich ist, ein schnelles Reagieren auf die Steue
rung zu erreichen.
Zusätzlich wird, da die Betätigungseinrichtung 124 des
Drosselklappen-Direktantriebssystems die Drosselklappenstel
lung gegenüber einer Vorspannkraft der Rückholfeder (nicht
gezeigt) steuert, im allgemeinen ein Drosselklappen-Rückhol
mechanismus mit einer großen Betätigungskraft und einer ge
ringen Betätigungsgeschwindigkeit verwendet. Deshalb ist die
Betätigungsgeschwindigkeit der Betätigungseinrichtung auf
grund des Drosselklappen-Rückholmechanismus gering, so daß es
schwierig ist, ein schnelles Reagieren der Leerlaufgeschwin
digkeitssteuerung zu erreichen.
Zusätzlich ist das herkömmliche ISC-System in der Nähe der
Drosselklappe 114 vorgesehen, und die Drosselklappe 114 steht
mit dem Motor 110 über einen Einlaßkrümmer usw. in Verbin
dung, so daß die Drosselklappe 114 durch einen vorgegebenen
Abstand räumlich von dem Motor 110 beabstandet ist. Deshalb
wird eine vorherbestimmte Zeit benötigt, bis die eingestellte
Ansaugluft in den Motor 110 eingesaugt wird, so daß es ein
Problem damit gibt, daß das Ansprechen der Leerlaufgeschwin
digkeitssteuerung schlecht ist.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
zuvor erwähnten Probleme zu beseitigen und eine Steuerungs
einrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit eines Verbren
nungsmotors für Automobile zur Verfügung zu stellen, welches
keine ISC-Systeme benötigt, die in herkömmlichen Leerlaufge
schwindigkeits-Steuerungssystemen zum Ausführen der Leerlauf
geschwindigkeitssteuerung vorgesehen sind, und welche augen
blicklich eine Motorgeschwindigkeit, die entsprechend des
Motorbelastungszustandes variiert, während des Leerlaufs auf
eine Zielleerlaufgeschwindigkeit einstellen kann.
Diese Aufgabe wird durch die Steuerungseinrichtungen für
die Leerlaufgeschwindigkeit eines Verbrennungsmotors in Auto
mobilen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6 gelöst.
Die vorliegende Erfindung basiert auf einem System zum
Ausführen der Öffnungs-/Schließsteuerung eines Einlaß-/
Auslaßventils, mit Hilfe einer Betätigungseinrichtung, die
elektromagnetische Vorrichtungen benutzt, anstelle herkömmli
cher Ventilbetätigungsmechanismen, die eine Nockenwelle usw.
aufweisen. Das heißt, die vorliegende Erfindung ist so aus
geführt, daß die Öffnungs- und Schließzeiten eines Einlaß-/
Auslaßventils, welches unter Benutzung einer elektromagneti
schen Betätigungseinrichtung elektrisch geöffnet und ge
schlossen wird, frei eingestellt werden können.
Bei einem herkömmlichen Ventilbewegungsmechanismus, der
eine Nockenwelle benutzt, ist die Öffnungs-/Schließfunktion
eines Einlaß-/Auslaßventils mit der Kurbelwelle eines Ver
brennungsmotors verbunden, so daß dessen Öffnungs- und
Schließzeiten bezüglich der Stellung eines Kolbens des Motors
immer konstant sind und nicht frei eingestellt werden können.
Obwohl in den letzten Jahren variable Ventilantriebsmechanis
men entwickelt wurden, welche den Zeitablauf durch ein Ver
schieben der Phase der Nockenwelle auf der Basis des Be
triebszustandes ändern können, gibt es außerdem eine struktu
relle Grenze für deren Änderung.
Es ist jedoch jetzt möglich, die Öffnungs- und Schließzei
ten durch das elektrische Betreiben eines Einlaß-/Auslaßven
tils wahlweise einzustellen, indem eine elektromagnetische
Betätigungseinrichtung verwendet wird. Deshalb wird, gemäß
der vorliegenden Erfindung, die Motorgeschwindigkeit während
des Leerlaufs mit Hilfe einer elektromagnetischen Betäti
gungseinrichtung gesteuert, welche die Öffnungs- und Schließ
zeiten eines Einlaß-/Auslaßventils entsprechend des Arbeits
zustandes eines Verbrennungsmotors für Automobile wahlweise
einstellen kann.
Um das zuvor erwähnte und andere Ziele zu erreichen, wurde
eine Leerlaufgeschwindigkeits-Steuerungseinrichtung für einen
Verbrennungsmotor für Automobile gemäß der vorliegenden Er
findung dafür konstruiert, den Einlaßluftstrom des Motors zu
vergrößern oder zu verringern, um die Motorgeschwindigkeit
einzustellen, indem wenigstens eine der Ventilöffnungszeiten
oder der Ventilschließzeiten eines Einlaß-/Auslaßventils
während des Leerlaufs entsprechend des Motorlastzustandes
geändert wird.
Deshalb ist es möglich, den Einlaßluftstrom, der in den
Motor eingesaugt wird, direkt und schnell zu verändern, und
das Ansprechen der Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung zu ver
bessern. Da die Motorgeschwindigkeit während des Leerlaufs
gesteuert wird, ist es nicht erforderlich zusätzliche Betäti
gungseinrichtungen und Umleitungsdurchführungen vorzusehen,
so daß es zusätzlich möglich ist, die Steuerung zu vereinfa
chen und die Anzahl der Teile zu verringern, um die Kosten zu
reduzieren.
Wie zuvor erwähnt, ist es gemäß der vorliegenden Erfin
dung nicht erforderlich, die komplizierte herkömmliche Steue
rung für die Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung auszuführen,
und das System dafür vorzusehen, so daß es möglich ist, die
Kosten deutlich zu verringern. Da der Ansaugluftstrom, der in
die Verbrennungskammer eingesaugt wird, direkt gesteuert wer
den kann, wenn der Ansaugluftstrom des Motors eingestellt
wird, ist es zusätzlich möglich, die Motorgeschwindigkeit
aufgrund des schnellen Ansprechens schnell zu ändern, so daß
es möglich ist, die Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung effek
tiv auszuführen.
Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefüg
ten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erklärende schematische Darstellung, die ein
herkömmliches ISC-System eines Umleitungsluftsystems veran
schaulicht;
Fig. 2 eine erklärende schematische Darstellung, die ein
herkömmliches ISC-System eines Drosselklappen-Direktwirkungs
systems veranschaulicht;
Fig. 3 eine schematische Darstellung, die den gesamten
Aufbau eines Verbrennungsmotors für Automobile, bei welchem
die Leerlaufgeschwindigkeits-Steuerungseinrichtung der vor
liegenden Erfindung zum Einsatz kommt, veranschaulicht;
Fig. 4 ein Blockschaltbild des internen Aufbaus einer ECU
56 (ECU = elektronische Steuerungseinheit) , die in Fig. 3 ge
zeigt ist;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des internen Aufbaus
einer Betätigungseinrichtung 44 zum Betreiben eines Auslaß
ventils 42, das in Fig. 3 gezeigt ist;
Fig. 6 ein Funktionsblockschaltbild der bevorzugten Aus
führungsform einer Steuerungseinrichtung gemäß der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 7A und 7B erklärende Darstellungen, die den Zustand
eines Auslaßventils 42 schematisch veranschaulichen, wenn
elektrischer Strom durch die Betätigungseinrichtung 44
fließt;
Fig. 8 ein Flußdiagramm zum Bestimmen, ob der gegenwärtige
Motorarbeitszustand ein Zustand zum Ausführen der Leerlaufge
schwindigkeitssteuerung ist;
Fig. 9 ein Flußdiagramm, das eine Subroutine für das Steu
ern der Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung bei Schritt S103
von Fig. 8 veranschaulicht; und
Fig. 10 ein Zeitablaufdiagramm, das die Beziehung zwischen
der Stellung eines Kolbens 46 bezüglich eines Zylinderberei
ches 12 und die Öffnungs- und Schließzeiten eines Einlaßven
tils 34 und eines Auslaßventils 42 zeigt.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden
jetzt die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Er
findung beschrieben.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die den Gesamt
aufbau eines Verbrennungsmotors für ein Automobil, z. B. eines
Vierzylindermotors, bei dem eine Leerlaufgeschwindig
keits-Steuerungseinrichtung der vorliegenden Erfindung eingesetzt
wird, veranschaulicht.
Ein Motor 10 vom horizontalen Boxermotortyp weist auf:
einen Zylinderbereich 12, der mehrere Zylinder 11 umfaßt, einen Zylinderkopfbereich 14, eine Einlaßdurchführung 16 und eine Auslaßdurchführung 18. Die Einlaßdurchführung 16 weist auf: eine Einlaßkammer 20, einen Luftfilter 22 zum Entfernen des Staubs aus der Luft, einen Luftflußmesser 24, zum Bestim men des Einlaßluftflusses Q, und eine Drosselklappe 26 zum Einstellen des Einlaßluftflusses Q entsprechend dem betätig ten Maß des Gaspedals (nicht gezeigt), wobei diese Ordnung aus stromaufwärtiger Richtung zu sehen ist.
einen Zylinderbereich 12, der mehrere Zylinder 11 umfaßt, einen Zylinderkopfbereich 14, eine Einlaßdurchführung 16 und eine Auslaßdurchführung 18. Die Einlaßdurchführung 16 weist auf: eine Einlaßkammer 20, einen Luftfilter 22 zum Entfernen des Staubs aus der Luft, einen Luftflußmesser 24, zum Bestim men des Einlaßluftflusses Q, und eine Drosselklappe 26 zum Einstellen des Einlaßluftflusses Q entsprechend dem betätig ten Maß des Gaspedals (nicht gezeigt), wobei diese Ordnung aus stromaufwärtiger Richtung zu sehen ist.
Einlaßkrümmer zweigen von der Einlaßdurchführung 16 auf
deren stromabwärtiger Seite ab. Jedes der stromabwärtigen En
den der Ansaugkrümmer 17 steht über einen Ansaugkanal 30 in
Verbindung mit einer Verbrennungskammer 32 des jeweiligen Zy
linders 11. Der Ansaugkanal 30 ist mit einem Einlaßventil 34
ausgestattet, das mit einem gegebenen Zeitablauf geöffnet und
geschlossen werden kann. Die Auslaßdurchführung 18 steht über
Auslaßkanäle 40 bzw. mittels Auslaßrohren 38 mit den Verbren
nungskammern 32 der jeweiligen Zylinder 11 in Verbindung. Je
der der Auslaßkanäle 40 ist mit einem Auslaßventil 42 ausge
stattet, das mit einem gegebenen Zeitablauf geöffnet und ge
schlossen werden kann. Das Einlaßventil 34 und das Auslaß
ventil 42 sind geöffnet, wenn sie sich in Richtung auf die
Verbrennungskammer 32 hin bewegen und geschlossen, wenn sie
sich in die entgegengesetzte Richtung bewegen, so daß sie
eine Verbindung zwischen der Verbrennungskammer 32 und dem
Ansaugkanal 30 oder dem Auslaßkanal 40 herstellen oder bloc
kieren.
Der Zylinderkopfbereich 14 ist mit einer elektromagneti
schen Betätigungseinrichtung 44 für jedes der Einlaßventile
34 und der Auslaßventile 42 ausgestattet. Die elektromagneti
sche Betätigungseinrichtung 44 ist eine Betätigungseinrich
tung vom Spulentyp, die elektrisch ein- und ausgeschaltet
wird und die von einer Ventilbetätigungseinheit 45 betätigt
wird, um ein entsprechendes der Einlaßventile 34 und der Aus
laßventile 42 zu öffnen und zu schließen.
Der Zylinderbereich 12 ist mit einem Kurbelwinkelsensor 50
zum Bestimmen der Stellung des Kolbens 46 (eine Kurbelwinkel
stellung) und einer Motorgeschwindigkeit Ne ausgestattet
sowie mit einem Kühlflüssigkeits-Temperatursensor 52 zum Be
stimmen der Temperatur der Kühlflüssigkeit des Motors 10. Die
Drosselklappe 26 ist mit einem Drosselstellungssensor 54 zum
Bestimmen der Drosselstellung θ ausgestattet.
Als verschiedene Sensoren sind vorgesehen: ein Verdichter
schaltsensor 51 zum Bestimmen des Vorhandenseins einer Ver
dichterbelastung, die auf eine Kühlanlage (nicht gezeigt) ge
geben wird und als eine vom Motor belastete Vorrichtung
dient, und ein Drehmomentwandler-Belastungsmeßsensor 53 zum
Bestimmen der Belastung eines automatischen Getriebes (nicht
gezeigt) . Es ist auch eine elektronische Steuerungseinheit 56
vorgesehen (auf die nachfolgend als "ECU" Bezug genommen
wird), die für das Eingeben der Signale, die von den jeweili
gen Sensoren gemessen werden und für das Ausgeben der Steue
rungssignale an die jeweiligen Steuereinrichtungen zum Steu
ern der Motorfunktion vorgesehen sind.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des internen Aufbaus der
ECU 56, die in Fig. 3 gezeigt ist. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist
die ECU 56 als ein Mikrocomputersystem ausgebildet, das auf
weist: eine Eingabeschnittstelle 56a zum Eingeben der Signa
le, die von den jeweiligen Sensoren gemessen werden; eine
Ausgabeschnittstelle 56b zum Ausgeben der Steuerungssignale
für die jeweiligen Steuereinrichtungen; eine CPU 56c, die als
Hauptprozessor dient; ein ROM 56d, in dem Steuerprogramme und
vorgegebene Festdaten gespeichert sind; ein RAM 56e, um darin
Daten nach der Verarbeitung der Signale von den jeweiligen
Sensoren und Daten, die von der CPU 56c verarbeitet wurden,
zu speichern; ein Backup-RAM 56f, um darin Lerndaten usw. zu
speichern; einen Taktgeber 56g; usw., wobei die jeweiligen
Elemente miteinander mittels einer Busleitung 56h verbunden
sind.
Fig. 5 ist eine erklärende schematische Darstellung, die
die interne Konstruktion des Auslaßventils 42, das in Fig. 3
gezeigt- ist, und der Betätigungseinrichtung 44 zum Betreiben
des Auslaßventils 42 funktionell veranschaulicht. Weiterhin
wurde eine detaillierte Beschreibung des Einlaßventils 34
weggelassen, weil es dieselbe Konstruktion wie das Auslaßven
til 42 aufweist. Wie in Fig. 5 gezeigt, weist das Auslaßventil 42
einen Ventilbereich 42a und einen Ventilschaftbereich
42b auf und ist so auf dem Zylinderkopfbereich 14 vorgesehen,
daß es in der vertikalen Richtung bewegbar ist.
Der Ventilbereich 42a ist so ausgebildet, daß er einen
Ventilblechbereich 60 dicht kontaktieren kann, der an einer
offenen Begrenzungsfläche 40a des Auslaßkanals 40 vorgesehen
ist, wobei diese in dem Zylinderkopfbereich 14 ausgebildet
wird, wenn das Auslaßventil 42 abwärts bewegt wird. Ein be
wegliches Element 64 aus einem magnetischen Material ist mit
dem oberen Bereich des Ventilschaftbereiches 42b verbunden.
Das bewegliche Element 64 ist in einem Gehäuse 62 der Betäti
gungseinrichtung 44 untergebracht, welches oben auf dem Zy
linderkopfbereich 14 vorgesehen ist.
In dem Gehäuse 62 sind eine Ventilöffnungsspule 66 und
eine Ventilschließspule 68 untergebracht, welche an den obe
ren und unteren Enden des beweglichen Elements 64 angeordnet
sind, so daß sich das bewegliche Element 64 in der vertikalen
Richtung zwischen den Spulen 66 und 68 bewegen kann. Inner
halb der Ventilöffnungsspule 66 und auf der äußeren Begren
zungsfläche des Ventilschaftbereiches 42a ist eine Ventil
schließfeder 70 vorgesehen, um das Auslaßventil 42 immer in
der Ventilschließrichtung (in der Zeichnung nach unten ge
richtet) vorzuspannen. Innerhalb der Ventilschließspule 68
und auf der entgegengesetzten Seite des beweglichen Elements
64 bezüglich der Ventilschließfeder 70, ist eine Ventilöff
nungsfeder 72 vorgesehen, um das Auslaßventil 42 in der Ven
tilöffnungsrichtung (in der Zeichnung nach unten gerichtet)
vorzuspannen.
Fig. 6 ist ein funktionelles Blockschaltbild der bevorzug
ten Ausführungsform einer Steuerungseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 6 gezeigt, enthält die
ECU 56 einen Unterscheidungsbereich für den Leerlaufzustand
76, einen Berechnungsbereich für die Zielleerlaufgeschwindig
keit 78, einen Vergleichs- und Unterscheidungsbereich für die
Geschwindigkeitsdifferenz 80 und einen von der Betätigungs
einrichtung gesteuerten Variablen-Berechnungsbereich 82.
Der Unterscheidungsbereich 76 für den Leerlaufzustand be
stimmt auf der Basis der Signale, die von dem Drosselstel
lungssensor 54 und dem Kurbelwinkelsensor 50 gemessen wurden,
ob der gegenwärtige Motorfunktionszustand der Leerlaufzustand
ist. Der Berechnungsbereich für die Zielleerlaufgeschwindig
keit 78 empfängt die gemessenen Signale des Verdichterschalt
sensors 51, des Kühlmittel-Temperatursensors 52 und des Dreh
momentwandler-Belastungsmeßsensors 53, und berechnet eine
Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni, welche entsprechend des Be
lastungszustandes vorgegeben wird.
Der Vergleichs- und Unterscheidungsbereich für die Ge
schwindigkeitsdifferenz 80 vergleicht eine tatsächliche Mo
torgeschwindigkeit Ne, die von dem Kurbelwinkelsensor 50 ge
messen wird, mit der berechneten Zielleerlaufgeschwindigkeit
Ni, um die Geschwindigkeitsdifferenz zu berechnen.
Der von der Betätigungseinrichtung gesteuerte
Variablen-Berechnungsbereich 82 berechnet eine gesteuerte Variable der
Betätigungseinrichtung 44 auf der Basis der Ergebnisse des
Unterscheidungsbereichs für den Leerlaufzustand 76 und des
Vergleichs- und Unterscheidungsbereichs für die Geschwindig
keitsdifferenz 80, um ein Steuersignal c auszugeben. Der Ven
tilbetätigungsbereich 45 bewirkt, daß ein elektrischer Strom
entsprechend dem Steuersignal c durch die Betätigungseinrich
tung 44 fließt, um das Öffnen und Schließen des Einlaßventils
34 und des Auslaßventils 42 zu steuern.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 7A und 7B wird die Funk
tionsweise der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 44
für das Einlaß-/Auslaßventil, das als grundlegendes Element
der vorliegenden Erfindung dient, beschrieben werden. Die
Fig. 7A und 7B sind erklärende Darstellungen, die schema
tisch den Zustand des Auslaßventils 42 veranschaulichen, wenn
die Betätigungseinrichtung 44 von elektrischem Strom durch
flossen wird, wobei Fig. 7A den geöffneten Ventilzustand des
Auslaßventils 42 zeigt, und Fig. 7B den geschlossenen Ventil
zustand des Auslaßventils 42 zeigt. Weiterhin wurde die de
taillierte Beschreibung des Einlaßventils 34 weggelassen, da
es dieselbe Konstruktion wie das Auslaßventil 42 aufweist.
In einem Fall, wo der Ventilbetätigungsbereich 45 (siehe
Fig. 6) bewirkt, daß auf der Basis des Steuersignals c von
der ECU 56 elektrischer Strom durch die Ventilöffnungsspule
66 fließt, wie in Fig. 7A gezeigt, zieht die Ventilöffnungs
spule 66 das bewegliche Element 64 entgegen der Vorspannkraft
der Ventilschließfeder 70 durch die Anregungskraft der Ven
tilöffnungsspule 66 an. Deshalb ragt das Auslaßventil 42 in
die Verbrennungskammer 32 hinein, so daß der Ventilbereich
42a von dem Ventilblechbereich 60 getrennt wird, um die Ver
bindung zwischen der Verbrennungskammer 32 und dem Auslaßka
nal 40 herzustellen.
In einem Fall, wo der elektrische Strom durch die Ventil
schließspule 68 fließt, wie in Fig. 7B gezeigt, zieht die
Ventilschließspule 68 das bewegliche Element 64 entgegen der
Vorspannkraft der Ventilöffnungsfeder 72 durch die Anregungs
kraft der Ventilschließspule 68 an, um das Auslaßventil 42
nach oben zu bewegen. Deshalb wird der Ventilbereich 42a
durch den Ventilblechbereich 60 verschlossen, um die Verbin
dung zwischen der Verbrennungskammer 32 und dem Auslaßkanal
40 zu versperren.
Wie zuvor erwähnt, steuert die Betätigungseinrichtung 44
das Öffnen und Schließen des Einlaßventils 34 und des Auslaß
ventils 42, wenn der Ventilbetätigungsbereich 45 bewirkt, daß
elektrischer Strom entweder durch die Ventilöffnungsspule 66
oder durch die Ventilschließspule 68 fließt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 10 wird ein Verfah
ren zum Steuern des ISC-Stystems für einen Verbrennungsmotor
für ein Automobil gemäß der vorliegenden Erfindung beschrie
ben werden. Weiterhin wird in dieser bevorzugten Ausführungs
form die Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung durch das Ändern
der Öffnungs- und Schließzeiten des Einlaßventils 34 ausge
führt.
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm zur Bestimmung, ob der gegen
wärtige Motorfunktionszustand ein Zustand zum Ausführen der
Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung ist. Zuerst, bei Schritt
101, wird der Motorfunktionszustand bestimmt, indem die tat
sächliche Motorgeschwindigkeit Ne durch den Kurbelwinkelsen
sor 50 bestimmt wird, und indem die Drosselstellung θ durch
den Drosselstellungssensor 54 bestimmt wird.
Bei Schritt 102 wird bestimmt, ob der Motorfunktionszu
stand, der bei Schritt 101 bestimmt wurde, ein Leerlaufzu
stand ist. Das heißt, in einem Fall, wo die Drosselstellung θ
in einer vollständig geschlossenen Position ist und die tat
sächliche Motorgeschwindigkeit Ne weniger als ein vorgegebe
ner Wert ist, wird festgestellt, daß der Motor 10 sich im
Leerlaufzustand befindet. Wenn bestimmt wird, daß der Motor
10 sich im Leerlaufzustand befindet (JA) , geht die Routine zu
Schritt 103 weiter, um die Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung
auszuführen, und wenn bestimmt wird, daß der Motor 10 sich
nicht im Leerlaufzustand befindet (NEIN), endet die Routine
(ENDE), so daß die Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung nicht
ausgeführt wird.
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das eine Subroutine zur Steu
erung der Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung bei Schritt S103
der Fig. 8 veranschaulicht. Bei Schritt 201 wird die tatsäch
liche Motorgeschwindigkeit Ne bestimmt, indem das gemessene
Signal des Kurbelwinkelsensors 50 benutzt und zeitweise in
dem RAM 56e der ECU 56 gespeichert wird.
Danach wird bei Schritt 202 die Zielleerlaufgeschwindig
keit Ni berechnet. Der Berechnungsbereich für die Zielleer
laufgeschwindigkeit 78 (siehe Fig. 6) berechnet die Zielleer
laufgeschwindigkeit Ni aus den Signalen, die von dem Verdich
terschaltsensor 51, dem Kühlflüssigkeitstemperatursensor 52
und dem das Belastungsdrehmoment anzeigenden Signal detektie
renden Sensor 53 detektiert werden, in dem ein Maß (empiri
sche Funktionstabelle) , das in dem ROM 56d der ECU 56 gespei
chert ist, benutzt wird.
Danach wird bei Schritt 203 bestimmt, ob die tatsächliche
Motorgeschwindigkeit Ne, die bei Schritt 201 in dem RAM 56e
gespeichert wurde, gleich der Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni,
die bei Schritt 202 berechnet wurde, ist. Wenn festgestellt
wird, daß diese Geschwindigkeiten zueinander gleich sind
(JA), endet die Routine (ENDE), weil der Motor 10 im Leer
laufzustand bei einer geeigneten Motorgeschwindigkeit, die
dem Motorlastzustand entspricht, arbeitet, so daß es nicht
erforderlich ist, die Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung aus
zuführen. Wenn festgestellt wird, daß diese Geschwindigkeiten
nicht zueinander gleich sind (NEIN), geht die Routine zu
Schritt 204 weiter, worin die tatsächliche Motorgeschwindig
keit Ne so eingestellt wird, daß sie gleich der Zielleerlauf
geschwindigkeit Ni ist.
Bei und nach Schritt 204 wird die tatsächliche Motorge
schwindigkeit Ne verändert. Bei Schritt 204 wird bestimmt, ob
die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne größer ist als die
Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni und die Differenz zwischen
beiden Geschwindigkeiten wird berechnet. Wenn festgestellt
wird, daß die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne größer ist
als die Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni (NEIN) , geht die Rou
tine zu Schritt 205 weiter, worin die tatsächliche Motorge
schwindigkeit Ne um die Differenz zwischen den beiden Ge
schwindigkeiten verringert wird.
Wenn festgestellt wird, daß die tatsächliche Motorgeschin
digkeit Ne kleiner ist als die Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni
(JA) , geht die Routine zu Schritt 206 weiter, worin die tat
sächliche Motorgeschwindigkeit Ne um die Differenz zwischen
den beiden Geschwindigkeiten erhöht wird. Bei Schritt 205
wird der Ventilöffnungszeitraum verringert, indem die Öff
nungs- und Schließzeiten des Einlaßventils 34 geändert wer
den, während bei Schritt 206 der Ventilöffnungszeitraum ver
größert wird, indem die Öffnungs- und Schließzeiten des Ein
laßventils 34 geändert werden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10 wird das Vergrößern und Ver
ringern des Ventilöffnungszeitraums, das bei den Schritten
205 und 206 ausgeführt wird, beschrieben werden.
Fig. 10 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Beziehung zwi
schen der Stellung des Kolbens 46 bezüglich eines Zylinder
bereiches 12 und die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlaß
ventils 34 und des Auslaßventils 42, bei dem Arbeitstakt I,
dem Auspufftakt H, dem Ansaugtakt K und dem Verdichtungstakt
J des Motors 10, zeigt. In Fig. 10 bedeutet IN einen Ventil
öffnungszeitraum der Zeit 1 des Einlaßventils 34, und EX be
zeichnet einen Ventilöffnungszeitraum der Zeit m des Auslaß
ventils 42. Zusätzlich ist die Stellung des Kolbens 46 bezüg
lich des Zylinderbereiches 12 durch den Kurbelwinkel ausge
drückt.
Zuerst werden unter Bezugnahme auf Fig. 10A die Öffnungs-
und Schließzeiten des Einlaßventils 34 beschrieben, wenn die
Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung nicht ausgeführt wird,
d. h., wenn die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne gleich
der Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni ist (JA bei Schritt 203 in
Fig. 9) (auf welche nachfolgend als "übliche Zeit" Bezug ge
nommen wird) . Wie in Fig. 10A gezeigt ist, wird das Einlaß
ventil 34 an einem Punkt (Punkt c in der Zeichnung) in der
zweiten Hälfte des Auspufftaktes H des Motors 10, d. h. kurz
bevor der Kolben 46 den oberen Totpunkt (nachfolgend als
"TDC" = top dead center bezeichnet) (360°) nach dem Auspuff
takt erreicht, in der offenen Stellung belassen.
Das Einlaßventil 34 wird an einem Punkt (Punkt d in der
Zeichnung) geschlossen, nachdem der Ansaugtakt K beendet ist
und kurz nachdem der Verdichtungstakt J beginnt, d. h. kurz
nachdem der Kolben 46 den unteren Totpunkt (nachfolgend als
"BDC" = bottom dead center bezeichnet) (540°) nach dem
Ansaugtakt erreicht.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10B werden die Öffnungs- und
Schließzeiten des Einlaßventils 34 beschrieben, wenn die tat
sächliche Motorgeschwindigkeit Ne sich von der Zielleerlauf
geschwindigkeit Ni unterscheidet (NEIN bei Schritt 203 in
Fig. 9) (auf welche nachfolgend als "Leerlaufkorrekturzeit"
Bezug genommen wird).
Wenn die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne größer ist
als die Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni (NEIN bei Schritt
204), wird der Zeitpunkt des vollständigen Schließens des
Ventils des Einlaßventils 34 entsprechend der Differenz zwi
schen den Geschwindigkeiten, die bei Schritt 204 (Punkt di in
der Zeichnung) berechnet wurden, in Richtung auf den BDC
(540°) nach vorn verlegt. Deshalb wird der Öffnungszeitraum
der Zeit l des Einlaßventils 34 um einen Zeitraum, der der
Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeiten entspricht,
verringert, so daß der Ansaugluftstrom, der in die Verbren
nungskammer 32 eingesaugt wird, verringert wird. Im Ergebnis
nimmt die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne ab, so daß sie
gleich der Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni ist.
Wenn die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne kleiner ist
als die Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni (JA bei Schritt 204)
wird entsprechend der Differenz zwischen den Geschwindigkei
ten (Punkt d2 in der Zeichnung) der Zeitpunkt des vollständi
gen Schließens des Ventils des Einlaßventils 34 in Richtung
auf den TDC (720°) verzögert. Deshalb wird der Öffnungszeit
raum der Zeit l des Einlaßventils 34 um einen Zeitraum, der
der Differenz zwischen den Geschwindigkeiten entspricht, aus
gedehnt, so daß der Ansaugluftstrom, der in die Verbrennungs
kammer 32 eingesaugt wird, vergrößert wird. Im Ergebnis nimmt
die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne zu, so daß sie
gleich der Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni ist.
Wie zuvor erwähnt, kann der Ansaugluftstrom, der in die
Verbrennungskammer 32 eingesaugt wird, durch die Änderung des
Zeitpunktes des vollständigen Schließens des Ventils des Ein
laßventils 34 bei den Schritten 205 und 206 direkt gesteuert
werden, so daß es möglich ist, das Ansprechen der Leerlauf
geschwindigkeitssteuerung zu verbessern, obwohl sich der Mo
torbelastungszustand ändert. Dann endet die Routine (ENDE).
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform kann, während die
Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung mittels des Vergrößerns
oder Verkleinerns des Ventilöffnungszeitraums des Einlaßven
tils 34 ausgeführt wurde, die Leerlaufgeschwindigkeitssteue
rung auch durch das Vergrößern oder Verkleinern des Ventil
öffnungszeitraums des Auslaßventils 42 als eine weitere be
vorzugte Ausführungsform ausgeführt werden.
Zum Beispiel wird, wenn die tatsächliche Motorgeschwindig
keit Ne beim Leerlauf größer ist als die Zielleerlaufge
schwindigkeit Ni (NEIN bei Schritt 204), der Zeitpunkt des
vollständigen Schließens des Ventils des Auslaßventils 42
beibehalten (Punkt b in der Zeichnung), und der Beginn des
Zeitpunkts der Ventilöffnung wird entsprechend der Differenz
der Geschwindigkeiten, die bei Schritt 204 berechnet wurden
(Punkt a1 in der Zeichnung) , verzögert. Zusätzlich wird, in
einem Fall, wo die tatsächliche Motorgeschwindigkeit Ne klei
ner ist als die Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni (JA bei
Schritt 204) der Zeitpunkt des Beginns der Ventilöffnung ent
sprechend der Differenz zwischen den Geschwindigkeiten (Punkt
a2 in der Zeichnung) nach vorn verlegt.
Somit wird der Ventilöffnungszeitraum m des Auslaßventils
42 um einen Zeitraum, welcher der Differenz zwischen den Ge
schwindigkeiten entspricht, vergrößert oder verringert, um
den Ansaugluftstrom, der in die Verbrennungskammer 32 einge
saugt wird, zu vergrößern oder zu verringern, so daß die tat
sächliche Motorgeschwindigkeit Ne gleich der Zielleerlaufge
schwindigkeit Ni ist.
Wie oben erwähnt, ist es möglich, die tatsächliche Motor
geschwindigkeit Ne schnell so einzustellen, daß sie gleich
der Zielleerlaufgeschwindigkeit Ni ist, indem die Öffnungs-
und Schließzeiten des Einlaßventils 34 und des Auslaßventils
42 entsprechend des Motorbelastungszustandes während des
Leerlaufs geändert werden, so daß es möglich ist, eine geeig
nete Leerlaufgeschwindigkeit zu erhalten.
Während die z.Zt. bevorzugte Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, sollte man
verstehen, daß diese Offenbarung zum Zwecke der Veranschau
lichung dient und daß verschiedene Änderungen und Modifika
tionen erfolgen können, ohne daß man sich aus dem Schutz
umfang der Erfindung entfernt, wie er in den beigefügten An
sprüchen ausgeführt ist.
Claims (6)
1. Steuerungseinrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit
eines Verbrennungsmotors für Automobile, die ein Einlaß-/
Auslaßventil-Steuerungssystem zum elektromagnetischen Betrei
ben eines Einlaßventils (34) und eines Auslaßventils (42)
umfaßt, wobei diese Steuerungseinrichtung für die Leerlaufge
schwindigkeit aufweist:
Berechnungseinrichtungen für die Zielleerlaufgeschwin digkeit (78) zum Berechnen der Zielleerlaufgeschwindigkeit, basierend auf den Motorbetriebsbedingungen; und
Einrichtungen für das Verändern des Ventilzeitablaufs (44, 45) zum Ändern eines Öffnungszeitraums von mindestens einem der Ventile, d. h. des Einlaßventils (34) oder des Aus laßventils (42) , so daß die Motorgeschwindigkeit während des Leerlaufs bei der berechneten Zielleerlaufgeschwindigkeit gehalten wird.
Berechnungseinrichtungen für die Zielleerlaufgeschwin digkeit (78) zum Berechnen der Zielleerlaufgeschwindigkeit, basierend auf den Motorbetriebsbedingungen; und
Einrichtungen für das Verändern des Ventilzeitablaufs (44, 45) zum Ändern eines Öffnungszeitraums von mindestens einem der Ventile, d. h. des Einlaßventils (34) oder des Aus laßventils (42) , so daß die Motorgeschwindigkeit während des Leerlaufs bei der berechneten Zielleerlaufgeschwindigkeit gehalten wird.
2. Steuerungseinrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen für die Änderung des Ventilzeitablaufs
(44, 45) dafür angepaßt sind, den Öffnungszeitraum des Ein
laßventils (34) zu verkürzen, indem der Schließzeitpunkt des
Einlaßventils (34) nach vorn verlegt wird, so daß die Motor
geschwindigkeit in Richtung auf die Zielleerlaufgeschwindig
keit verringert wird.
3. Steuerungseinrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen für die Änderungen des Ventilzeitab
laufs (44, 45) dafür angepaßt sind, den Öffnungszeitraum des
Einlaßventils (34) auszudehnen, indem der Schließzeitpunkt
des Einlaßventils (34) verzögert wird, so daß die Motorge
schwindigkeit in Richtung auf die Zielleerlaufgeschwindigkeit
erhöht wird.
4. Steuerungseinrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen für die Änderung des Ventilzeitablaufs
(44, 45) dafür angepaßt sind, den Öffnungszeitraum des Aus
laßventils (42) zu verkürzen, indem der Öffnungszeitpunkt des
Auslaßventils (42) verzögert wird, so daß die Motorgeschwin
digkeit in Richtung auf die Zielleerlaufgeschwindigkeit ver
ringert wird.
5. Steuerungseinrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit
nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen für die Änderung des Ventilzeitablaufs
(44, 45) dafür angepaßt sind, den Öffnungszeitraum des Aus
laßventils (42) auszudehnen, indem der Öffnungszeitpunkt des
Auslaßventils (42) nach vorn verlegt wird, so daß die Motor
geschwindigkeit in Richtung auf die Zielleerlaufgeschwindig
keit vergrößert wird.
6. Steuerungseinrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit
eines Verbrennungsmotors für Automobile, die ein Einlaß-/
Auslaßventil-Steuerungssystem für das elektromagnetische Be
treiben eines Einlaßventils (34) und eines Auslaßventils (42)
umfaßt, wobei diese Steuerungseinrichtung für die Leerlaufge
schwindigkeit aufweist:
Einrichtungen zum Bestimmen des Leerlaufzustands (76) für das Feststellen, ob der Motor im Leerlaufzustand arbei tet;
Detektoreinrichtungen für den Motorbelastungszustand (50, 54) für das Detektieren eines Belastungszustands des Mo tors, wenn der Leerlaufzustand festgestellt wird;
Berechnungseinrichtungen für die Zielleerlaufgeschwin digkeit (78) zum Berechnen einer Zielleerlaufgeschwindigkeit, basierend auf dem detektierten Belastungszustand;
Unterscheidungseinrichtungen für die Geschwindigkeits differenz (80) zum Vergleichen der berechneten Zielleerlauf geschwindigkeit mit der detektierten tatsächlichen Motorge schwindigkeit, um eine Differenz zwischen diesen zu berech nen; und
Einrichtungen für die Änderung des Ventilzeitablaufs (44, 45, 82) zum Ändern eines Öffnungszeitraums von wenig stens einem der Ventile, d. h. des Einlaßventils (34) oder des Auslaßventils (42) , so daß die Motorgeschwindigkeit während des Leerlaufs bei der berechneten Zielleerlaufgeschwindigkeit gehalten wird.
Einrichtungen zum Bestimmen des Leerlaufzustands (76) für das Feststellen, ob der Motor im Leerlaufzustand arbei tet;
Detektoreinrichtungen für den Motorbelastungszustand (50, 54) für das Detektieren eines Belastungszustands des Mo tors, wenn der Leerlaufzustand festgestellt wird;
Berechnungseinrichtungen für die Zielleerlaufgeschwin digkeit (78) zum Berechnen einer Zielleerlaufgeschwindigkeit, basierend auf dem detektierten Belastungszustand;
Unterscheidungseinrichtungen für die Geschwindigkeits differenz (80) zum Vergleichen der berechneten Zielleerlauf geschwindigkeit mit der detektierten tatsächlichen Motorge schwindigkeit, um eine Differenz zwischen diesen zu berech nen; und
Einrichtungen für die Änderung des Ventilzeitablaufs (44, 45, 82) zum Ändern eines Öffnungszeitraums von wenig stens einem der Ventile, d. h. des Einlaßventils (34) oder des Auslaßventils (42) , so daß die Motorgeschwindigkeit während des Leerlaufs bei der berechneten Zielleerlaufgeschwindigkeit gehalten wird.
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