DE19731373A1 - Steuerungseinrichtung für die Leerlaufgeschwindigkeit eines Verbrennungsmotors für Automobile - Google Patents

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.

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.

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.