DE4135965A1 - Brennkraftmaschine mit variabler nockensteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Brennkraftmaschine, bei der die charakteristischen Größen der Nocken, welche die Lufteinlaß- und Auslaßventile treiben, sich nach Maßgabe des Laufzustandes der Brennkraftmaschine wählen lassen und ins­ besondere bezieht sich die Erfindung auf ein Steuersystem zum Steuern der Brennkraftmaschinenleistung, wenn eine Nockenum­ schaltung bzw. Umsteuerung erfolgt.

Es ist bekannt, daß die optimalen Charakteristika der Luftein­ laß- und Auslaßventile einer Brennkraftmaschine nach Maßgabe der Laufzustände der Brennkraftmaschine unterschiedlich sind. Bei hoher Geschwindigkeit bzw. hoher Drehzahl beispielsweise sind ein großer Ventilhub und eine lange Ventilöffnungszeit erforderlich, um ein großes Drehmoment zu erhalten, während im Niedriggeschwindigkeitsbetrieb bzw. bei niedriger Drehzahl ein vergleichsweise kleiner Ventilhub und eine kurze Ventil­ öffnungsperiode erforderlich sind.

Wenn ferner der Kraftstoffverbrauch von größerer Bedeutung als die abgegebene Leistung ist, wenn die Brennkraftmaschine bei­ spielsweise im Teillastbetrieb arbeitet, sind ein noch kleine­ rer Ventilhub und eine kürzere Ventilöffnungsperiode erforder­ lich. Um den Brennstoffverbrauch bzw. den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, sind der Ansaugunterdruck und der Pumpverlust zu reduzieren und es ist daher notwendig, den Ventilhub herab­ zusetzen und die Ventilöffnungsperiode derart herabzusetzen, daß sich die Drosselklappenöffnung bei ein und dem gleichen Drehmoment vergrößern läßt. Infolge dieser Unterschiede ändern sich die Laufzustände der Brennkraftmaschine, wie bei Brenn­ kraftmaschinen in Fahrzeugen, innerhalb großer Bereiche, und es war daher schwierig, die Form der Ventiltriebnocken derart auszulegen, daß man ein optimales Leistungsverhalten bei al­ len Laufzuständen erhält.

In der veröffentlichten japanischen Patentschrift (Tokkai) Sho 63-1 67 016 (Koho) ist eine Brennkraftmaschine mit einer variablen Nockensteuerung vorgeschlagen, bei welcher einige Nocken mit unterschiedlichen Gestaltgebungen vorgesehen sind, und man erhält die optimale Ventilsteuerzeit oder optimale Ventileinstellung dadurch, daß man die Nocken in Abhängigkeit von den Brennkraftmaschinenlaufbedingungen auswählt.

Um bei einer derartigen Brennkraftmaschine mit variabler Nockensteuerung das Brennkraftmaschinenabtriebsmoment nicht diskontinuierlich zu verändern, erfolgt die Umschaltung zwi­ schen den Nocken bei einer gewissen Brennkraftmaschinenge­ schwindigkeit bzw. Brennkraftmaschinendrehzahl, welche derart gewählt ist, daß die Abtriebsdrehmomente der Nocken für ein und dieselbe Drosselklappenöffnung gleich sind.

Obgleich jedoch eine optimale Drehzahl bzw. Geschwindigkeit für eine Umschaltung bzw. Umsteuerung zwischen einer Niedrigge­ schwindigkeits-Leistungsnocke, welche ein großes Drehmoment bei einer niedrigen Drehzahl liefert, und einer Hochgeschwindig­ keits-Leistungsnocke, welche ein großes Drehmoment bei einer hohen Drehzahl liefert, vorhanden ist, ist keine Drehzahl bzw. Geschwindigkeit zur Umsteuerung bzw. Umschaltung zwischen einer Spar- (Economy) Nocke, bei welcher der Kraftstoffverbrauch ge­ drosselt wird, und ein kleines Betriebsdrehmoment über alle Gangbereiche bzw. Fahrbereiche hinweg abgegeben wird, und den Leistungsnocken vorhanden. Die Nockenumschaltung bzw. Umsteue­ rung ist daher notwendigerweise mit einem Drehmomentsprung verbunden.

Im allgemeinen erfolgen Nockenumschaltungen nach Maßgabe der Beaufschlagung des Gaspedals bzw. Fahrpedals. Wenn beispiels­ weise das Gaspedal bzw. Fahrpedal niedergedrückt wird, und wenn die Brennkraftmaschine mit wirksamer Sparnocke arbeitet, ist ein Abtriebsmoment, welches den von der Sparnocke verfüg­ baren Bereich überschreitet, erforderlich, und es erfolgt dann eine Umschaltung entweder auf die Niedriggeschwindigkeits- oder Hochgeschwindigkeits-Leistungsnocke in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinengeschwindigkeit bzw. Brennkraftmaschi­ nendrehzahl zu dieser Zeit.

Da jedoch die vor und nach der Nockenumschaltung erzeugten Drehmomente bei ein und der gleichen Drosselklappenöffnung äußerst unterschiedlich sind, wird ein sogenannter Drehmoment­ stoß erzeugt. Um dies zu korrigieren, muß der Fahrer das Fahr­ pedal bzw. das Gaspedal bedienen, wodurch in ernsthafter Weise das Fahrverhalten des Fahrzeuges nachteilig beeinflußt wird.

Die Erfindung zielt daher darauf ab, den Drehmomentsprung aus­ zugleichen, wenn eine Umschaltung von den Leistungsnocken auf die Sparnocke und umgekehrt erfolgt.

Hierzu wird nach der Erfindung eine Brennkraftmaschine mit va­ riabler Nockensteuerung mit einem Ventil, welches mittels Nocken getrieben wird, welche sich synchron mit der Brennkraftmaschi­ nenumlaufbewegung bzw. Brennkraftmaschinenumdrehung drehen, be­ reitgestellt, welche folgendes aufweist: Eine Leistungsnocke, deren Form derart beschaffen ist, daß man ein großes Abtriebs­ drehmoment an der Brennkraftmaschine erhält, eine Spar- (Econo­ my) Nocke, deren Form derart gestaltet ist, daß man einen gün­ stigen Kraftstoff- bzw. Brennstoffverbrauch erhält, eine Vor­ gabeeinrichtung, um den Umschaltbereich der Nocke nach Maßgabe der Brennkraftmaschinenlaufzustände vorzugeben, eine Nockenum­ schalteinrichtung, welche eine Umschaltung von der einen zu der anderen Nocke in dem vorgegebenen Umschaltbereich vor­ nimmt und die Bewegung der mittels der Umschaltung gewählten Nocke auf das Ventil vornimmt, ein Drosselventil, dessen Öff­ nung sich unabhängig von dem Fahrpedal bzw. Gaspedal steuern läßt, eine Steuereinrichtung zum Öffnen und Schließen des Dros­ selventils derart, daß das Abtriebsdrehmoment der Brennkraftma­ schine von der Position des Fahrpedals bzw. Gaspedals abhängig ist, und eine Drosselöffnungs-Korrektureinrichtung zum Korri­ gieren der Drosselklappenöffnung derart, daß das vor und nach der Umschaltung einer Nocke erzeugte Drehmoment im wesentlichen gleichgroß ist.

Die Erfindung stellt auch eine Brennkraftmaschine mit einer va­ riablen Nockensteuerung mit einem Ventil bereit, das mittels Nocken betrieben wird, welche sich synchron mit der Brennkraft­ maschinenumdrehung bzw. Brennkraftmaschinendrehzahl drehen, und welche folgendes aufweist: Eine Leistungsnocke, deren Form der­ art gestaltet ist, daß man an der Brennkraftmaschine ein gro­ ßes Abtriebsdrehmoment erhält, eine Spar- (Economy) Nocke, de­ ren Form derart gestaltet ist, daß man einen günstigen Kraft­ stoffverbrauch erhält, eine Vorgabeeinrichtung zum Vorgeben ei­ nes Umschaltbereiches für die Nocken nach Maßgabe der Brenn­ kraftmaschinenlaufbedingungen, eine Nockenumschalteinrichtung, welche eine Umschaltung von der einen zu der anderen Nocke in dem vorgegebenen Umschaltbereich vornimmt und die Bewegung der mit Hilfe der Umschaltung gewählten Nocke auf das Ventil über­ trägt, ein Drosselventil, dessen Öffnung sich unabhängig von dem Fahrpedal bzw. Gaspedal steuern läßt, eine Steuereinrich­ tung zum Öffnen und Schließen des Drosselventils derart, daß das Abtriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine von der Position des Gaspedals bzw. Fahrpedals abhängig ist, und eine Drossel­ öffnungs-Korrektureinrichtung zum Korrigieren der Drosselklap­ penöffnung derart, daß das vor und nach der Umschaltung der Nocke erzeugte Drehmoment im wesentlichen gleich ist, und wel­ che eine Zündzeitpunktverstelleinrichtung aufweist, um einen Zündzeitpunkt zeitweilig im Sinne einer Spätzündung zu verstel­ len (Nachverstellung), wenn eine Nockenumschaltung vorgenommen wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeich­ nung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Nockenwähleinrichtung einer Brennkraftmaschine mit variabler Nocken­ steuerung mit einer Leistungssteuereinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie X-X in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie Y-Y in Fig. 1,

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Nockenhub­ charakteristika der Brennkraftmaschine mit va­ riabler Nockensteuerung mit der Leistungssteuer­ einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Abgabecha­ rakteristik bei vollständig geöffnetem Drossel­ ventil der Brennkraftmaschine mit variabler Nockensteuerung unter Einsatz der Leistungs­ steuereinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 6 ein schematisches Diagramm der Leistungssteuer­ einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung eines Lei­ stungskorrekturalgorithmus, welcher bei einer Nockenumschaltung mit Hilfe der Leistungssteuer­ einrichtung nach der Erfindung eingesetzt und genutzt wird,

Fig. 8(a), (b) Diagramme zur Beschreibung eines Zusammenhangs zwischen einer Drosselklappenöffnung, einem Zündzeitpunkt und einem erzeugten Drehmoment, wenn eine Sparnocke und Leistungsnocken bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Nocken­ steuerung in Verbindung mit der Leistungssteuer­ einrichtung nach der Erfindung eingesetzt werden, und

Fig. 9 ein Zeitsteuerdiagramm zur Verdeutlichung der Betriebskenngrößen, wenn eine Nockenumschaltung bei der Brennkraftmaschine mit variabler Nocken­ steuerung in Verbindung mit der Leistungssteuer­ einrichtung nach der Erfindung erfolgt.

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen den Aufbau einer Nockenwähleinrich­ tung.

Eine erste Nocke 21 (Sparnocke) hat eine Form, bei der man so­ wohl eine kleine Nockenhubgröße als auch eine kurze Hubperiode erhält, und diese ist derart gewählt, daß man im Teillastbe­ trieb einen Kraftstoffsparbetrieb verwirklichen kann. Eine zwei­ te Nocke 22 (Niedriggeschwindigkeits-Leistungsnocke) hat eine Form, bei welcher man eine große Nockenhubgröße und eine länge­ re Hubperiode als bei der ersten Nocke 21 erhält und welche derart gewählt ist, daß ein großes Drehmoment bei niedrigen Dreh­ zahlen bzw. Geschwindigkeiten erzeugt wird. Eine dritte Nocke 12 (Hochgeschwindigkeits-Leistungsnocke) hat eine Form, bei der man eine noch größere Hubgröße und eine noch längere Hub­ periode als bei der zweiten Nocke 22 erhält und welche derart gewählt ist, daß sich bei hohen Geschwindigkeiten bzw. hohen Drehzahlen ein großes Drehmoment erzeugen läßt.

Die Hubkenngrößen dieser Nocken 21 bis 23 sind in Fig. 4 ge­ zeigt. Die Grundkreispositionen der Nocken 21 bis 23, welche in Fig. 3 gezeigt sind, stellen die hublosen Intervalle dieser Nocke dar.

Diese Nocken 21, 22, 23 sind in Reihe auf einer der gleichen Nockenwelle (nicht gezeigt) angeordnet und drehen sich zusam­ men synchron mit der Drehbewegung des Motors.

Ein Lufteinlaßventil oder Auslaßventil (welches nachstehend zur Vereinfachung lediglich mit "einem Ventil" bezeichnet wird) 24 ist federnd nachgiebig in seiner Schließstellung mittels einer Feder 60 gelagert und wird mittels eines Hauptkipphebels 25 ge­ öffnet, welcher um eine Kipphebelwelle 27 schwenkbar ist, wel­ che am Brennkraftmaschinenzylinderkopf gelagert ist. Ein Wälz­ körper 26 bzw. eine Rolle 26 ist an dem Hauptkipphebel 25 der­ art angebracht, daß sie sich frei drehen kann. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die erste Nocke 21 in Kontakt mit diesem Wälz­ körper 26 und drückt den Hauptkipphebel 25 nach Maßgabe seiner Drehstellung nieder, um das Ventil 24 entgegen der Kraft der Feder 60 zu öffnen.

Zwei parallele Ausnehmungen sind auf einer Seite des Wälzkörpers 26 im Hauptkipphebel 25 ausgebildet. In diesen Ausnehmungen sind zwei Hilfs- bzw. Zusatzkipphebel 28 und 29 vorgesehen, welche sich um eine gemeinsame Welle 30 drehen, welche mittels des Haupt­ kipphebels 25 gelagert ist.

Der Zusatzkipphebel 29 ist derart gelagert, daß er mittels einer Feder 31 in Kontakt mit der dritten Nocke 23 ist, wobei die Feder 31 zwischen dem Zusatzkipphebel 29 und dem Hauptkipphebel 25 an­ geordnet ist, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In ähnlicher Weise ist der Zusatzkipphebel 28 derart gelagert, daß er unter der Kraft einer weiteren Feder in Kontakt mit der zweiten Nocke 22 ist. Die Zusatzkipphebel 29 und 28 führen daher eine Schwenkbe­ wegung um die Welle 30 nach Maßgabe der Drehbewegung der Nocken 23 und 22 jeweils aus.

Ein zylindrischer Bolzen 23 ist in einen Kanal eingesetzt, der horizontal durch den Zusatzkipphebel 29 derart verläuft, daß er auf der Innenseite des Kanals frei eine Gleitbewe­ gung ausführen kann. Eine Hydraulikkammer 39 mit demselben Querschnitt wie dieser Kanal öffnet sich auf der Innenseite der Ausnehmung in dem Hauptkipphebel 25, welcher den Zusatz­ kipphebel 29 aufnimmt, und ein weiterer Bolzen 35 mit demsel­ ben Querschnitt wie der Bolzen 33 ist frei gleitbeweglich auf der inneren Fläche der Kammer 39 angeordnet. Diese Bolzen 33 und 35 sind koaxial in der Grundkreisposition der dritten Nocke 23 unter Zuordnung zu der hublosen Position angeordnet, welche in Fig. 3 gezeigt ist.

Eine Öffnung mit demselben Querschnitt wie der vorstehend ange­ gebene Kanal und die Hydraulikkammer 39 des Zusatzkipphebels 29 ist in der gegenüberliegenden Wand der Hydraulikkammer 39 der Ausnehmung vorgesehen, welche den Zusatzkipphebel 29 auf­ nimmt. Ein Kolben bzw. Tauchkolben 37 ist in diese Öffnung ein­ gesetzt, welcher durch die Kraft einer Rückholfeder 37a beauf­ schlagt wird.

Wenn kein in der Hydraulikkammer 39 wirkendes Drucköl vorhanden ist, werden die Bolzen 33 und 35 durch den Kolben 37 mit einer Druckkraft beaufschlagt, welcher durch die Kraft der Rückhol­ feder 37a beaufschlagt wird, so daß die Bolzen jeweils in dem Kanal des Zusatzkipphebels 29 in der Hydraulikkammer 39 gehal­ ten sind. In diesem Zustand kann sich der Zusatzkipphebel 29 frei bezüglich des Hauptkipphebels 25 nach Maßgabe der Drehbewe­ gung der dritten Nocke 23 drehen.

Wenn Drucköl über einen Kanal 41 in die Hydraulikkammer 39 in der Grundkreisposition der dritten Nocke 23 zugeleitet wird, werden die Bolzen 35 und 33, welche koaxial angeordnet sind, um einen vorbestimmten Weg entgegen der Kraft der Rückholfeder 37a ausgeschoben. Ein Teil des Bolzens 35 tritt dann in den Kanal in dem Zusatzkipphebel 29 ein, und ein Teil des Bolzens 33 tritt in die Öffnung in dem Hauptkipphebel ein, welcher den Kolben 37 aufnimmt, wodurch bewirkt wird, daß der Zusatzkipp­ hebel 39 in Eingriff mit dem Hauptkipphebel 25 kommt.

In ähnlicher Weise wird bewirkt, daß der Zusatzkipphebel 28 selektiv in Eingriff mit dem Hauptkipphebel 25 mit Hilfe einer Eingriffseinrichtung kommt, welche Bolzen 32 und 34, eine Rück­ holfeder 36a, einen Kolben 36, eine Hydraulikkammer 38 und einen Kanal 40 aufweist.

Wenn der Zusatzkipphebel 29 in Eingriff mit dem Hauptkipphebel 25 ist, wird das Ventil 24 nach Maßgabe der Bewegung der dritten Nocke 23 geöffnet und geschlossen.

Wenn der Zusatzkipphebel 29 nicht in Eingriff mit dem Haupt­ kipphebel 25 ist, und der Zusatzkipphebel 28 in Eingriff mit dem Hauptkipphebel 25 ist, wird das Ventil 24 nach Maßgabe der Bewegung der zweiten Nocke 22 geöffnet und geschlossen.

Wenn keiner der Zusatzkipphebel 28 und 29 in Eingriff mit dem Hauptkipphebel 25 ist, wird das Ventil 24 nach Maßgabe der Be­ wegung der ersten Nocke 21 geöffnet und geschlossen.

Wenn in allen Fällen die Nocken 21 bis 23 in der Grundkreisposi­ tion sind, wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, sind der Hauptkipphebel 25 und die Zusatzkipphebel 28 und 29 alle in der Position ohne Hub, so daß das Lufteinlaßventil 24 geschlossen ist. Umschaltungen zwischen den Nocken 21 bis 23 werden während des hublosen Intervalls vorgenommen.

Fig. 5 zeigt die Drehmomentkennlinien der Nocken 21 bis 23 bei vollständig geöffneter Drosselklappe. Die erste Nocke 21 er­ zeugt ein kleines Drehmoment über den gesamten Gangbereich bzw. Fahrbereich hinweg, wobei man aber günstige Kraftstoffverbrauchs­ verhältnisse erhält. Die zweite Nocke 22 erzeugt ihr maxi­ males Drehmoment im Niedriggeschwindigkeitsbereich bzw. im niedrigen Drehzahlbereich, während die dritte Nocke 23 ihr maximales Drehmoment im Hochgeschwindigkeitsbereich bzw. im Bereich mit hoher Drehzahl erzeugt.

Die Umschaltungen zwischen den Nocken 21, 22 und 23 erfolgen mit Hilfe einer Steuereinheit 51, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

Die Steuereinheit 51 weist eine Steuertabelle auf, welche in Fig. 5 gezeigt ist, mittels welcher die Bereiche vorgegeben werden, in denen Umschaltungen zwischen den Nocken 21 bis 23 vorzunehmen sind. Diese Steuereinheit steuert die Nockenum­ schaltungen bzw. Nockenumsteuerungen nach Maßgabe des Laufzu­ standes der Brennkraftmaschine. Die Steuereinheit 51 wird mit Signalen versorgt, welche die Brennkraftmaschinendrehzahl wie­ dergeben und von einem Kurbelwinkelsensor 52 abgegriffen wer­ den, und von einer Niederdrückgröße des Fahrpedals bzw. Gas­ pedals mittels eines Beschleunigungspositionssensors 53 abge­ griffen werden, und es wird an die Steuereinheit ein Signal von einem Nockenpositionssensor 58 angelegt, welcher die aus­ gewählte Nocke erfaßt.

Die Auswahl der Nocken 21 bis 23 durch die Steuereinheit 51 erfolgt auf die nachstehend beschriebene Weise. Wenn das er­ forderliche Drehmoment angegeben durch das Signal von dem Be­ schleunigungspositionssensor bzw. Fahrpedalpositionssensor 53 und die Brennkraftmaschinendrehzahl angegeben durch das Signal von dem Kurbelwinkelsensor 52 innerhalb des Bereiches der er­ sten Nocke 21, d. h. der Sparnocke bzw. Economynocke liegt, wird diese Nocke 21 ausgewählt.

Wenn das Fahrpedal bzw. Gaspedal niedergedrückt wird und des­ sen Niederdrückweg sich vergrößert, so daß das erforderliche Drehmoment sich zu dem Bereich der zweiten Nocke 22, d. h. der Niedriggeschwindigkeits-Leistungsnocke, verlagert, wird diese Nocke 22 gewählt.

Wenn dann die Brennkraftmaschinendrehzahl von dem Niedrigge­ schwindigkeitsbereich zu dem Hochgeschwindigkeitsbereich an­ steigt, wird die dritte Nocke 23, d. h. die Hochgeschwindig­ keits-Leistungsnocke, gewählt.

Wenn ferner erfaßt wird, daß eine Nockenumschaltung erforder­ lich ist, wird ein Nockenumschaltsignal an die elektromagne­ tischen Ventile 45 und 46 abgegeben, welche Drucköl den bei­ den vorstehend genannten Hydraulikkammern 38 und 39 zuleiten, wodurch die Ventile 45 und 46 geöffnet oder geschlossen wer­ den, um eine Umschaltung vorzunehmen.

Wenn das elektromagnetische Ventil 45 geöffnet wird, wird Druck­ öl von der Ölpumpe der Hydraulikkammer 38 zugeleitet, so daß bewirkt wird, daß der Zusatzkipphebel 28 in Eingriff mit dem Hauptkipphebel 25 kommt bzw. mit diesem zusammenarbeitet. Wenn das elektromagnetische Ventil 46 geöffnet wird, wird Drucköl von der Ölpumpe der Hydraulikkammer 39 zugeführt, so daß be­ wirkt wird, daß der Zusatzkipphebel 29 in Eingriff mit dem Hauptkipphebel 25 kommt bzw. mit diesem zusammenarbeitet. Die Nocken werden in Abhängigkeit von diesen Eingriffspositionen ausgewählt, wie dies voranstehend beschrieben wurde.

Die Steuereinheit 51 steuert das Öffnen eines Drosselventils 57, welches in der Ansaugleitung 61 angeordnet ist. Das Dros­ selventil 57 kann in einem gemeinsamen Kanalteil der Ansaug­ leitung 61 oder in den jeweils abzweigenden Leitungsteilen der­ selben angeordnet sein. Das Öffnen des Drosselventils 57 wird unabhängig von dem Gaspedal bzw. Fahrpedal über einen Servo­ motor 56, basierend auf dem Abgabesignal von einer Servotrei­ berschaltung 55 eingestellt. Die Steuereinheit 51 steuert das Öffnen des Drosselventils 57 mit Hilfe von Steuersignalaus­ gängen für diese Servotreiberschaltung 55. Zugleich wird die tatsächliche Öffnung des Drosselventils 57 zu der Steuerein­ heit 51 über einen Drosselöffnungssensor 54 zurückgekoppelt.

Die Steuereinheit 51 bestimmt im wesentlichen das erforderliche Drehmoment aus einem Eingangssignal, das von dem Fahrpedalposi­ tionssensor 53 zugeleitet wird, bestimmt die momentan im Ein­ satz befindliche Nocke aus einem Eingangssignal, welches von dem Nockenpositionssensor 58 abgegeben wird, ermittelt die Dros­ selöffnung, welche erforderlich ist, um das erforderliche Dreh­ moment zu erzeugen, und steuert die Öffnung des Drosselventils 57 auf die ermittelte Öffnung mit Hilfe des Servomotors 56.

Die Steuereinheit 51 wirkt auch als eine Einrichtung zum Korri­ gieren der Öffnung des Drosselventils 57 und des Zündzeitpunkts der Zündeinrichtung 59, wenn eine Umschaltung zwischen der Spar­ nocke und dem Leistungsnocken in einer solchen Weise vorgenom­ men wird, daß ein großer Drehmomentsprung infolge der unter­ schiedlichen Nockeneigenschaften vermieden wird.

Wenn beispielsweise eine Umschaltung von der ersten Nocke 21 auf die zweite oder dritte Nocke 22 oder 23 erfolgt, vermindert die Steuereinheit 51 die Öffnung des Drosselventils 57, wäh­ rend dann, wenn die Umschaltung von der zweiten oder der dritten Nocke 22 oder 23 auf die erste Nocke 21 erfolgt, die Steuerein­ heit 51 die Drosselöffnung vergrößert.

Wenn eine Nockenumschaltung vorgenommen wird, verzögert die Steuereinheit 51 auch den Zündzeitpunkt, um eine vorgegebene Zeit mit Hilfe eines Zündsteuersignalausganges, welcher an die Zündeinrichtung 59 der Brennkraftmaschine angelegt wird.

Bei der Umschaltung zwischen der zweiten Nocke 22 und der drit­ ten Nocke 23 ist eine Brennkraftmaschinendrehzahl vorhanden, bei welcher das gleiche Drehmoment durch beide Nocken erzeugt wird, wenn das Gaspedal bzw. Fahrpedal vollständig niederge­ drückt ist, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, so daß die Umschal­ tung bei dieser Geschwindigkeit bzw. Drehzahl erfolgt. Selbst wenn das Gaspedal bzw. Fahrpedal nicht vollständig niederge­ drückt ist, ist nach wie vor noch eine Brennkraftmaschinen­ drehzahl vorhanden, bei der die Drehmomente, die von beiden Nocken erzeugt werden, für ein und dieselbe Drosselöffnung gleich sind, so daß die Umschaltung bei der letztgenannten Dreh­ zahl erfolgt. Ein Drehmomentsprung tritt daher nicht auf, wenn eine Umschaltung zwischen der zweiten Nocke 22 und der dritten Nocke 23 erfolgt und es ist nicht erforderlich, die Drossel­ öffnung oder die Zündperiode bzw. dem Zündzeitpunkt zu korri­ gieren.

Die Korrektursteuerung für die Drosselöffnung und den Zündzeit­ punkt, welche mit Hilfe der Steuereinheit 51 vorgenommen wird, wird nunmehr unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach Fig. 7 und die Zeitdiagramme nach den Fig. 8(a), (b) näher erläutert. Zuerst liest die Steuereinheit 51 in einem Schritt S1, einen Kur­ belwinkel R und eine Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl N von dem Ausgang des Kurbelwinkelsensors 52 ab, und in einem Schritt S2 liest sie die Beschleunigungsöffnung Acc von dem Ausgang des Fahrpedalpositionssensors 53.

In einem Schritt S3 wird ermittelt, ob nach Maßgabe einer Steu­ ertabelle die Brennkraftmaschinenlaufbedingungen sich in einem Nockenumschaltbereich befinden, und wenn dies als zutreffend erkannt wird, wird in einem Schritt S4 bestimmt, ob eine Um­ schaltung von der Sparnocke auf die Leistungsnocken oder umge­ kehrt vorgenommen werden sollte oder nicht. Wenn eine Umschal­ tung von der Sparnocke auf die Leistungsnocke vorgenommen wird, erfolgt eine Korrektur durch Verminderung der Drosselöffnung, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, und zwar um eine korrigierte Drosselöffnung Tvo′, welche derart gewählt ist, daß die Be­ lastung (Drehmoment), welche durch die Brennkraftmaschinendreh­ zahl N und die Drosselöffnung Tvo bestimmt ist, vor und nach der Umschaltung gleich ist, und diese korrigierte Drosselöff­ nung Tvo′ wird aus einer Tabelle ausgelesen, welche zuvor ba­ sierend auf der Brennkraftmaschinendrehzahl N und der Drossel­ klappenöffnung Tvo (S5) erstellt wurde. Auf ähnliche Weise wird ein Nachverstellwert des Zündzeitpunktes in einem Schritt S6 gelesen.

Dann wird in einem Schritt S7 bestimmt, ob der Zeitpunkt für die Durchführung einer Nockenumschaltung günstig ist. Hierbei wird bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit nach der Abgabe eines Nockenumschaltsignales verstrichen ist oder nicht, wobei die tatsächlich für die Umschaltung erforderliche Ansprechzeit be­ rücksichtigt wird. Wenn ermittelt wird, daß der Zeitpunkt günstig ist, werden ein Drosselsignal, basierend auf der korri­ gierten Drosselöffnung Tvo′, welche bereits im Schritt S5 gele­ sen wurde, und ein Zündsignal, basierend auf dem Nachverstell­ wert des Zündzeitpunktes, welcher bereits im Schritt S6 gelesen wurde, an die Servotreiberschaltung 55 und die Zündeinrichtumng 59 jeweils abgegeben.

Als Folge hiervon wird die Drosselventilöffnung vermindert, wenn eine Nockenumschaltung erfolgt, und der Zündzeitpunkt wird um eine gewisse Zeit im Sinne einer Spätzündung verstellt (Nach­ verstellung). In Fig. 8(a) zeigt die durchgezogene Linie im Drehmomentdiagramm den Fall, wenn die Drosselöffnung nicht kor­ rigiert ist. In diesem Fall ist zu ersehen, daß eine große Dreh­ momentdifferenz vor und nach der Umschaltung vorhanden ist. Wenn andererseits die Drosselöffnung korrigiert wird, wie dies mit der Linie A verdeutlicht ist, hat das Drehmoment nach der Um­ schaltung denselben Wert, welcher mit der Linie A hierin eben­ falls gezeigt ist.

In diesem Fall steigt das tatsächliche Drehmoment zeitweilig unmittelbar nach der Umschaltung an. Dies ist darauf zurück­ zuführen, daß Luft in die Brennkraftmaschine infolge der charakteristischen Kenngrößen der Leistungsnocken unmittelbar nach der Umschaltung von der Sparnocke auf die Leistungsnocken gesaugt wird, wenn der Ansaugunterdruck stromabwärtig von dem Drosselventil klein bleibt, und die sich in den Zylindern der Brennkraftmaschine sammelnde Ansaugluft nimmt daher zeitweilig zu. Diese zeitweilige Zunahme wird jedoch durch die Abnahme der Leistung infolge der Zündzeitpunktverstellung im Sinne ei­ ner Spätzündung (Nachverstellung) korrigiert.

Selbst wenn eine Umschaltung von der Sparnocke auf die Leistungs­ nocke erfolgt, wird das erzeugte Drehmoment einschließlich des Zeitraumes unmittelbar nach der Umschaltung im wesentlichen kon­ stant gehalten, wie dies mit der Linie B verdeutlicht ist.

Wenn eine Umschaltung von den Leistungsnocken auf die Sparnocke andererseits erfolgt, wird die Drosselöffnung zusammen mit ei­ ner Nachverstellung des Zündzeitpunktes vergrößert. Nach dem Lesen der korrigierten Werte in den Schritten S9 und S10 wer­ den in diesem Fall ein Drosselsignal und ein Zündsignal vor der Nockenumschaltzeit bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel (S11 und S12) abgegeben.

Wenn daher eine Umschaltung von den Leistungsnocken auf die Sparnocke erfolgt, wie dies mit durchgezogener Linie im Dreh­ momentdiagramm nach Fig. 8(b) gezeigt ist, nimmt das Drehmoment ab, wenn die Drosselöffnung mit im wesentlichen gleichgroßem Wert beibehalten wird; aber es wird eine Abnahme des Drehmo­ ments dadurch verhindert, daß die Drosselöffnung um einen vor­ bestimmten Wert vergrößert wird, wie dies mit der Linie A ver­ deutlicht ist.

Da ferner die Umschaltung auf die Sparnocke bei einem großen Ansaugunterdruck erfolgt, der unmittelbar vor der Umschaltung herrscht, nimmt die die Zylinder ausfüllende Luftmenge un­ mittelbar nach der Umschaltung abrupt ab, so daß dann, wenn die Drosselöffnung bei dem Durchführen der Umschaltung ver­ größert wird, das Drehmoment zwischenzeitlich abfällt. Wenn man das Drosselventil vor der Durchführung der Umschaltung je­ doch öffnet, wird eine derartige Abnahme verhindert.

Ferner wird verhindert, daß ein zu großes Drehmoment infolge des Arbeitszustandes, wie dies mit der Linie A verdeutlicht ist, auftritt, indem der Zündzeitpunkt gleichzeitig mit der Zu­ nahme der Drosselöffnung im Sinne einer Spätzündung verstellt wird.

Selbst wenn eine Umschaltung von den Leistungsnocken auf die Sparnocke daher vorgenommen wird, wird das erzeugte Drehmoment einschließlich des Zeitraumes unmittelbar nach der Umschaltung im wesentlichen konstant gehalten, wie dies mit der Linie B in dieser Figur verdeutlicht ist.

Auf diese Weise kann die Umschaltung von der Sparnocke auf die Leistungsnocken oder umgekehrt ruckfrei bzw. gleichmäßig ohne die Erzeugung irgendeines Drehmomentsprunges erfolgen.

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wurde der Zündzeit­ punkt gleichzeitig mit der Korrektur der Drosselöffnung korri­ giert. Wenn die Drosselöffnung korrigiert wird, treten jedoch störende Leistungsschwankungen auf, wenn der Fahrer das Gaspe­ dal bzw. Fahrpedal bedient, und diese werden ausgeglichen. Auf diese Weise lassen sich spezielle Bedienungsweisen des Gaspe­ dals bzw. Fahrpedals vor und nach einer Nockenumschaltung auf zuverlässige Weise vermeiden.

Die voranstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungs­ form zur Erläuterung der Erfindung hat keinen beschränkenden oder einschränkenden Charakter, da zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich sind, die der Fachmann im Bedarfs­ fall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (5)

1. Brennkraftmaschine mit variabler Nockensteuerung und einem Ventil, welches mittels Nocken betrieben wird, die sich synchron mit der Brennkraftmaschinendrehbewegung drehen, gekennzeichnet durch:
eine Leistungsnocke (22, 23), welche derart gestaltet ist, daß sie ein großes Abtriebsdrehmoment an der Brennkraft­ maschine bereitstellt,
eine Sparnocke (21), welche derart gestaltet ist, daß sie einen günstigen Kraftstoffverbrauch ermüglicht,
eine Vorgabeeinrichtung (51) zur Vorgabe eines Um­ schaltbereiches für die Nocken (21, 22, 23) nach Maßgabe der Brennkraftmaschinenlaufbedingungen,
eine Nockenumschalteinrichtung, welche eine Umschaltung von der einen auf die andere Nocke (21, 22, 23) im vorgegebe­ nen Umschaltbereich vornimmt und die Bewegung der durch die Umschaltung ausgewählten Nocke (21, 22, 23) auf das Ventil (24) überträgt,
ein Drosselventil (57), dessen Öffnung sich unabhängig von dem Fahrpedal bzw. Gaspedal steuern läßt,
eine Steuereinrichtung (51) zum Öffnen und Schließen des Drosselventils (57) derart, daß das Abtriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine von der Position des Fahrpedals bzw. Gaspedals abhängig ist, und
eine Drosselöffnungskorrektureinrichtung zur Korrektur der Drosselöffnung derart, daß das vor und nach der Durchfüh­ rung einer Nockenumschaltung erzeugte Drehmoment gleich bleibt.

2. Brennkraftmaschine mit variabler Nockensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnungs­ korrektureinrichtung eine Korrektur zur Verkleinerung der Drosselöffnung des Drosselventils (57) vornimmt, wenn eine Umschaltung von der Sparnocke (21) auf die Leistungsnocke (22, 23) erfolgt.

3. Brennkraftmaschine mit variabler Nockensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnungs­ korrektureinrichtung eine Korrektur zur Zunahme der Öffnung des Drosselventils (57) vornimmt, bevor eine Umschaltung von der Leistungsnocke (22, 23) auf die Sparnocke (21) erfolgt.

4. Brennkraftmaschine mit variabler Nockensteuerung mit einem Ventil, welches mittels Nocken betrieben wird, die sich synchron mit der Brennkraftmaschinendrehbewegung drehen, gekennzeichnet durch:
eine Leistungsnocke (22, 23), welche derart gestaltet ist, daß sie ein großes Abtriebsdrehmoment der Brennkraftma­ schine bereitstellt,
eine Sparnocke (21), welche derart gestaltet ist, daß sie einen günstigen Kraftstoffverbrauch ermöglicht,
eine Vorgabeeinrichtung zur Vorgabe eines Umschaltbe­ reichs für die Nocken (21, 22, 23) nach Maßgabe der Brennkraft­ maschinenlaufbedingungen,
eine Nockenumschalteinrichtung, welche eine Umschaltung von der einen auf die andere Nocke (21, 22, 23) in dem vor­ gegebenen Umschaltbereich vornimmt und die Bewegung der durch die Umschaltung gewählten Nocke auf das Ventil (24) überträgt,
ein Drosselventil (57), dessen Öffnung sich unabhängig von dem Fahrpedal bzw. Gaspedal steuern läßt,
eine Steuereinrichtung (51) zum Öffnen und Schließen des Drosselventils (57) derart, daß das Abtriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine von der Position des Fahrpedals bzw. Gaspe­ dals abhängig ist,
eine Drosselöffnungskorrektureinrichtung zum Korrigieren der Drosselöffnung derart, daß das vor und nach der Durchfüh­ rung einer Nockenumschaltung erzeugte Drehmoment gleich bleibt und
eine Zündzeitpunktnachverstelleinrichtung zum zeitwei­ ligen Verstellen eines Zündzeitpunktes der Brennkraftmaschine im Sinne einer Spätzündung, wenn eine Nockenumschaltung erfolgt.

5. Brennkraftmaschine mit variabler Nockensteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündzeitpunktnach­ verstelleinrichtung den Zündzeitpunkt gleichzeitig mit der Kor­ rektur der Drosselöffnung durch die Drosselöffnungskorrekturein­ richtung im Sinne einer Spätzündung verstellt.