DE4321979A1 - Steuereinrichtung für das Einlaßventil eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuereinrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere eine Ventilsteuereinrich­ tung für einen Verbrennungsmotor, die den Steuerbetrieb des Einlaßventils nach Wunsch steuern kann.

Eine aus der japanischen Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2-28681 bekannte Ventilsteuereinrichtung steuert das Einlaßventil eines Verbrennungsmotors mit einem Zylinderkopf, einer Nockenwelle, die mit Nocken versehen und in einem Oberabschnitt des Zylinderkopfs angeordnet ist, einem Einlaß­ ventil, einem Auslaßventil und an einer Welle schwenkbar gehaltenen Kipphebeln, die zur Kippbewegung durch die Nocken der Nockenwelle antreibbar sind, um das Einlaßventil und das Auslaßventil zu betätigen. Diese Ventilsteuereinrichtung steuert den Einlaßluftfluß durch Ändern des Hebelverhältnis­ ses, das den Abstand zwischen der Achse der die Kipphebel tragenden Welle und einem Punkt an dem Kipphebel, an dem der Nocken auf den Kipphebel drückt, bestimmt.

Diese bekannte Ventilsteuereinrichtung umfaßt einen Nocken­ wellentragarm, der an einer im Unterabschnitt des Zylinder­ kopfs angeordneten Welle schwenkbar gehalten ist und der die Nockenwelle an ihrem freien Ende trägt, und sie ändert die Zeit, in der das Einlaßventil geöffnet ist, und den Hub des Einlaßventils durch Drehen des Nockenwellentragarms, um den Phasenwinkel des Nockens und das Hebelverhältnis des Kipphe­ bels in Abhängigkeit von der Änderung der Motordrehzahl zu ändern. Hierdurch wird das Einlaßventil in einem optimalen Modus entsprechend den Betriebszuständen des Verbrennungsmo­ tors betätigt, was den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungs­ motors mindert und dessen Leistungscharakteristik verbessert.

Diese bekannte Ventilsteuereinrichtung hält jedoch die Ven­ tilbetriebsweise bei, die unmittelbar vor Anhalten des Ver­ brennungsmotors bestimmt wurde, wenn man den Verbrennungsmotor anhält. Diese Ventilbetriebsweise ist nicht notwendigerweise geeignet, den Verbrennungsmotor wieder anzulassen. Daher kann es passieren, daß die Ventilbetriebs­ weise die Starteigenschaften des Verbrennungsmotors ver­ schlechtert.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Ventil­ steuereinrichtung zur Betriebssteuerung des Einlaßventils eines Verbrennungsmotors aufzuzeigen, die die Betriebsweise des Einlaßventils nach Wunsch steuern und die Starteigen­ schaften des Verbrennungsmotors verbessern kann.

Zur Lösung des Problems wird erfindungsgemäß eine Ventilsteu­ ereinrichtung zur Steuerung des Einlaßventils eines Verbren­ nungsmotors angegeben mit einem Zylinderkopf, einer Nockenwelle, die mit Nocken versehen und in einem Oberab­ schnitt des Zylinderkopfs angeordnet ist, einem Einlaßventil und einem Auslaßventil, an einer Welle schwenkbar gehaltenen Kipphebeln, die zur Kippbewegung durch die Nocken der Nocken­ welle antreibbar sind, um das Einlaßventil und das Auslaßven­ til zu betätigen, wobei das den Abstand zwischen der Achse der den Kipphebel tragenden Welle und einem Druckpunkt des Kipphebels, auf den Nocken bestimmende Hebelverhältnis des Kipphebels zum Regeln des Einlaßluftflusses veränderlich ist, welche Ventilsteuereinrichtung umfaßt:
ein Hebelverhältniserfassungsmittel zum Erfassen des Hebel­ verhältnisses des Kipphebels;
ein Betriebsweisenerfassungsmittel zum Erfassen der Be­ triebsweisen des Verbrennungsmotors einschließlich wenigstens der Last auf den Verbrennungsmotor und der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors;
ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel zum Erfassen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft-Kraftstoff-Ge­ mischs auf Basis der Sauerstoffkonzentration im Auspuffgas;
ein Soll-Hebelverhältnis-Berechnungsmittel zur Berechnung eines Soll-Hebelverhältnisses auf Basis der Erfassungssigna­ le, die von dem Betriebsweisenerfassungsmittel und dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmitteln bereitgestellt wer­ den;
ein Hebelverhältnisregelmittel zum Einstellen des durch das Hebelverhältniserfassungsmittel erfaßten Ist-Hebelverhältnis­ ses auf das durch das Soll-Hebelverhältnis-Berechnungsmittel berechnete Soll-Hebelverhältnis; und
ein Optimal-Starthebelverhältnissetzmittel zum Setzen eines optimalen Starthebelverhältnisses für optimalen Betrieb des Verbrennungsmotors in einer Periode vom Anhalten zum Anlassen des Verbrennungsmotors, einschließlich Andrehen, wenn der Verbrennungsmotor wieder angelassen wird.

Die Ventilsteuereinrichtung kann weiter ein Wassertemperatur­ erfassungsmittel zum Erfassen der Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors und ein Versorgungsspannungserfas­ sungsmittel zum Erfassen der Versorgungsspannung der Batterie umfassen, wobei das Starthebelverhältnissetzmittel ein opti­ males Starthebelverhältnis auf Basis des durch das Wassertem­ peraturerfassungsmittel bereitgestellten Erfassungssignals und/oder des durch das Versorgungsspannungserfassungsmittel bereitgestellten Erfassungssignals bestimmt.

Das Starthebelverhältnissetzmittel kann in einer vorbestimm­ ten Periode nach Anhalten des Verbrennungsmotors oder während dem Andrehen zum Wiederanlassen des Verbrennungsmotors arbei­ ten.

Wenn das Optimal-Starthebelverhältnissetzmittel während dem Andrehen zum Wiederanlassen des Verbrennungsmotors arbeitet, unterbricht ein Stromzufuhrsteuermittel die Stromzufuhr zu dem Anlassermotor, wenn die Temperatur des Motorkühlmittels oder die Versorgungsspannung der Batterie gleich oder unter einem Festwert liegt, und es hebt die Unterbrechung der Stromzufuhr zu dem Anlassermotor auf, wenn durch das Starthe­ belverhältnissetzmittel ein optimales Starthebelverhältnis gesetzt ist.

Ein Soll-Hebelverhältnis wird auf Basis der Ausgangssignale von dem Betriebsweisenerfassungsmittel und dem Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis-Erfassungsmittel berechnet, wobei das Hebel­ verhältnis des Kipphebels erfaßt und das Hebelverhältnis auf das Soll-Hebelverhältnis durch eine Rückkopplungssteuerung eingestellt wird. Der Einlaßluftfluß wird auf Basis des Hebelverhältnisses gesteuert, um das Luft-Kraftstoff-Verhält­ nis des Luft-Kraftstoff-Gemisches auf ein Soll-Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis einzustellen.

Das optimale Starthebelverhältnis zum Wiederanlassen des Verbrennungsmotors wird gesetzt, unmittelbar nachdem der Verbrennungsmotor angehalten wurde oder während des Andrehens zum Wiederanlassen des Verbrennungsmotors, und zwar in Abhän­ gigkeit von der Temperatur des Motorkühlwassers und der Versorgungsspannung der Batterie.

Beim Setzen des Starthebelverhältnisses während des Andrehens zum Wiederanlassen des Verbrennungsmotors wird die Stromzu­ fuhr zu dem Anlassermotor gehemmt, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers oder die Versorgungsspannung der Batterie gleich oder unter dem Festwert liegt, um ein gleichzeitiges Andrehen und Setzen des Starthebelverhältnisses zu vermei­ den.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfol­ gend unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrie­ ben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ventilsteuereinrichtung zur Steuerung des Einlaßventils eines Verbrennungsmotors;

Fig. 2 zeigt einen Ventilantriebsmechanismus;

Fig. 3 zeigt schematisch ein Kraftübertragungssystem des Ventilantriebsmechanismus;

Fig. 4 zeigt im Schnitt einen Schwenkwinkelregelmechanismus;

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm einer AGLM-Berechnungsroutine;

Fig. 6 zeigt eine AGLB-Karte;

Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm der Starthebelverhältnissetz­ routine einer ersten Ausführung;

Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm einer Motorsteuerroutine;

Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm einer Starthebelverhältnissetz­ routine einer zweiten Ausführung;

Fig. 10 zeigt ein Flußdiagramm einer Stromzufuhrunterbre­ chungsroutine;

Fig. 11 zeigt ein Flußdiagramm einer Starthebelverhältnis­ setzroutine einer dritten Ausführung;

Fig. 12 zeigt im Schnitt einen Ventilantriebsmechanismus gemäß einer weiteren Ausführung und

Fig. 13 zeigt im Schnitt einen Schwenkwinkelregelmechanismus in dem Ventilantriebsmechanismus nach Fig. 12.

Fig. 1 zeigt einen 4-Zylinder-Reihen-Verbrennungsmotor (nach­ folgend einfach "Motor" genannt) 1 mit einem Zylinderblock, dessen Wände Motorzylinder umgeben und der an seiner Innen­ fläche mit einem Temperatursensor 2 wie etwa einem Thermistor versehen ist, um die Temperatur TW des Motorkühlwassers zu erfassen. Der Temperatursensor 2 gibt ein elektrisches Si­ gnal, welches die Temperatur TW des Motorkühlwassers anzeigt, an eine elektronische Steuereinheit (nachfolgend "ECU" abge­ kürzt) 3.

Ein Kurbelwinkeldetektor (CRK-Detektor) 4 zum Erfassen des Kurbelwinkels der Kurbelwelle und ein Zylinderunterschei­ dungssensor (CYL-Sensor) 5 sind um die Nockenwelle oder die Kurbelwelle des Motors 1 herum angebracht.

Der CRK-Detektor 4 erzeugt einen Impuls (CRK-Impuls) jedes­ mal, wenn die Kurbelwelle sich um einen festen Winkel wie etwa 30° dreht. Der CYL-Sensor 5 erzeugt einen Impuls (nach­ folgend "CYL-Impuls" genannt), wenn die Kurbel eines bestimm­ ten Zylinders sich in einem bestimmten Kurbelwinkel von beispielsweise 90° vor dem oberen Totpunkt (TDC) befindet. Der CRK-Impuls und der CYL-Impuls werden an die ECU 3 ange­ legt.

Ein Einlaßlufttemperatursensor 7 für ein Einlaßlufttemperatur TA ist an der Wand eines Saugrohrs 6 angebracht, welches mit einer Saugöffnung des Motors 1 verbunden ist. Der TA-Sensor 7 leitet ein die Einlaßlufttemperatur TA darstellendes elektri­ sches Signal an die ECU 3.

Ein Kraftstoffeinspritzventil 8 ist kurz vor jedem der Ein­ laßventile des Motors 1 angeordnet. Das Kraftstoffeinspritz­ ventil 8 ist mechanisch mit einer nicht dargestellten Kraftstoffpumpe und elektrisch mit der ECU 3 verbunden. Die Kraftstoffeinspritzzeit (TOUT) des Kraftstoffeinspritzventils wird durch die ECU 3 gesteuert.

Ein Sauerstoffkonzentrationsdetektor (O₂-Detektor) 10 ist an einem Auspuffrohr 9 angeordnet, welches mit der Auslaßöffnung des Motors 1 verbunden ist. Der O₂-Detektor 10 leitet ein die Sauerstoffkonzentration des Auspuffgases darstellendes elek­ trisches Signal an die ECU 3.

Die ECU 3 ist mit Zündkerzen 11 für die Zylinder des Motors 1 elektrisch verbunden, wodurch der Zündwinkel RIG für jede Zündkerze 11 gesteuert wird.

Ein Ventilsteuersystem 12 ist an dem Zylinderkopf des Motors 1 angebracht. Das Ventilsteuersystem 12 ist elektrisch mit der ECU 3 verbunden, wodurch der Betrieb der Einlaßventile gesteuert wird.

An geeigneten Stellen des Motors 1 sind ein Fahrpedal­ stellungs-(RACC)-Detektor 13, ein PA-Sensor zum Erfassen des Atmosphärendrucks PA, ein Zündschalter (IGSW) 15 und ein VB-Detektor 100 zum Erfassen der Versorgungsspannung VB der Batterie angeordnet. Der RACC-Detektor 13, der PA-Sensor 14, der IGSW 15 und der VB-Detektor 100 sind mit der ECU 3 elektrisch verbunden und geben ihre Erfassungssignale an die ECU 3.

Die ECU 3 umfaßt einen Eingangskreis 3a zur Wellenformung der durch diese Sensoren und Detektoren angelegten Eingangssigna­ le, zum Einstellen der Spannungspegel der Eingangssignale auf einen Festpegel und zum Wandeln der Analogeingangssignale in entsprechende Digitalsignale, eine zentrale Rechnereinheit (CPU) 3b, eine Speichereinheit 3c mit einem ROM, das Be­ triebsprogramme zur Durchführung durch die CPU 3b und vorbe­ stimmte Karten speichert, und einem RAM zum Speichern von Bearbeitungsergebnissen, und einen Ausgangskreis 3d zum Anle­ gen von Antriebssignalen an die Kraftstoffeinspritzventile 8, die Zündkerzen 11 und das Ventilsteuersystem 12.

Die ECU 3 (CPU 3b) zählt die Intervalle von bei festen Kur­ belwinkeln erzeugten CRK-Impulsen zur Berechnung eines CRME- Werts, erzeugt ein TDC-Unterscheidungssignal bei jeder Dre­ hung der Kurbelwelle um einen Winkel von 180a, addiert die während der Dauer des TDC-Unterscheidungssignals erzeugten CRME-Werte zur Berechnung eines ME-Werts, welcher der Kehr­ wert der Motordrehzahl NE ist.

Das Ventilsteuersystem 12 umfaßt einen Ventilantriebsmechnis­ mus und einen Kippwinkelsteuermechanismus. Zunächst wird der Ventilantriebsmechanismus beschrieben.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Ventilantriebsmechanismus 16 in einer Ventilkammer 20 angeordnet, die durch einen an einem Zylinderblock 17 angebrachten Zylinderkopf 16 und einen Zylinderkopfdeckel 19 gebildet ist, und er umfaßt einen Einlaßventilantriebsmechanismus 16a und einen Auslaßventilan­ triebsmechanismus 16b.

Brennkammern 22 sind zwischen Oberflächen von Kolben 21, die in in dem Zylinderblock 17 gebildete Zylinder eingesetzt sind, und dem Zylinderkopf 18 gebildet. Eine Ansaugöffnung 23a und eine Auslaßöffnung 23b sind in dem Zylinderkopf 18 so ausgebildet, daß sie in jede Brennkammer 22 hin offen sind. Die Saugöffnung 23a und die Auslaßöffnung 23b sind jeweils mit einer Ansaugöffnung 24a und einer Auslaßöffnung 24b verbunden. Ein Einlaßventil 25a und ein Auslaßventil 25b sind jeweils in der Ansaugöffnung 23a bzw. der Auslaßöffnung 23b angeordnet. Das Einlaßventil 25a und das Auslaßventil 25b sind durch Ventilfedern 26a und 26b so vorgespannt, daß sie die Ansaugöffnung 23a bzw. die Auslaßöffnung 23b schließen.

Der Einlaßventilantriebsmechanismus 16a (der Auslaßven­ tilantriebsmechanismus 16b) umfaßt eine Nockenwelle 27a (27b), einen Nocken 28a (28b), der an der Nockenwelle 27a (27b) zur gemeinsamen Drehung mit der Nockenwelle 27a (27b) angebracht ist, und einen Kipphebel 29a (29b) in Gleitkontakt mit dem Nocken 28a (28b). Der Ventilantriebsmechanismus 16 umfaßt einen Nockenwellentragarm 30, dessen Basisende schwenkbar an einer in dem unteren Abschnitt des Zylinder­ kopfs 18 angeordneten Tragwelle angebracht ist und der die Nockenwellen 27a und 27b trägt. Die Kipphebel 29a und 29b sind zur Kippbewegung an Wellen 31a bzw. 31b schwenkbar gehalten, die an dem Zylinderkopf 18 gehaltert sind. Die Form des Kipphebels 29a (29b) folgt im wesentlichen einen Kreisbo­ gen und hat eine nach oben konvexe Gleitfläche 33a (33b) in Gleitkontakt mit dem Nocken 28a (28b). Ein Druckabschnitt 34a (34b), der an einer der Gleitfläche 33a (33b) entsprechenden Position an der unteren Fläche des Kipphebels 29a (29b) gebildet ist, steht mit Oberenden eines Stiels des Einlaßven­ tils 25a (des Auslaßventils 25b) in Kontakt, um das Einlaß­ ventil 25a (das Auslaßventil 25b) durch den Kipphebel 29a (29b) niederzudrücken.

Ein Antriebssystem zum Antrieb des Einlaßventilantriebsme­ chanismus 16a wird nachfolgend anhand eines Beispiels be­ schrieben.

Fig. 3 zeigt schematisch ein Übertragungssystem zur Übertra­ gung der Kurbelwellendrehung auf die Nockenwelle 27a zum drehenden Antrieb der Nockenwelle 27a.

Ein Einlaßventilantriebsrad 35 (Zwischenrad) ist drehbar an einem Ende einer Welle angebracht, die in Längsrichtung in dem Unterabschnitt des Zylinderkopfs 18 alle Zylinder quert. Das Einlaßventilantriebsrad 35 steht mit einem An­ triebsritzel 36 in Zahneingriff, an das die Drehkraft der Kurbelwelle durch ein nicht gezeigtes Übertragungssystem übertragen wird, und es steht weiter mit einem Abriebsrad 37 in Zahneingriff, welches an einem Ende der Nockenwelle 27a fest angebracht ist. Die Drehung der Kurbelwelle wird durch Antriebsritzel 36, das Antriebsrad 35 und das Abtriebsrad 37 übertragen, so daß sich die Nockenwelle 27a mit einer zur Drehzahl der Kurbelwelle halbierten Drehzahl dreht.

In dem Einlaßventilantriebsmechanismus 16a ist das Hebelver­ hältnis n des Kipphebels 29a ein minimales Hebelverhältnis QP₀, wenn der Nockenwellentragarm 30 so eingestellt ist, daß der Nocken 28a in seiner der Welle 31a nächsten Position ist. Wenn der Nockenwellentragarm 30 um einen Winkel Φ in Rich­ tung des Pfeils A gedreht wird, steigt das Hebelverhältnis n des Kipphebels 29a von dem minimalen Hebelverhältnis QP₀ auf ein Hebelverhältnis QP₁, um die Einlaßventilhubsteuerung um einen Phasenwinkel in Abhängigkeit vom Winkel Φ und dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsrad 35 und dem Abtriebsrad 37 zu verzögern und um hierdurch den Hub des Saugventils 25a zu vergrößern.

Fig. 4 zeigt im Schnitt den Einstellmechanismus 38 der Nockenwellentragarmwinkelposition zum Einstellen des Winkels Φ, um den der Nockenwellentragarm 30 gedreht wird.

Der Einstellmechanismus 38 der Nockenwellentragarmwinkel­ position umfaßt: ein mit einem Loch 39 in seinem Mittelab­ schnitt versehenes Schwenkteil 42, das auf einer Welle 40 schwenkbar gehalten ist, die in dem unteren Abschnitt des Zylinderkopfs das Loch 39 durchsetzt, und das an seinem unteren Ende mit einem Zahnsegment 41 versehen ist; eine rotierende Welle 45, die an ihren gegenüberliegenden Enden in Lagern 43 und 44 gehaltert und mit einer Schnecke 45′ ein­ stückig ist, wobei die Schnecke 45′ mit dem Zahnsektor 41 in Eingriff steht; einen Schwenkwinkeldetektor (AGL-Detektor) 46 wie etwa ein Potentiometer, der mit einem Ende der rotieren­ den Welle 45 verbunden ist, um die Eingriffsposition des Zahnsektors 41 mit der Schnecke 45′ zu erfassen, das ist die durch den Winkel Φ angezeigte Winkelposition des Schwenk­ teils 42, und zur Ausgabe eines den Winkel Φ darstellenden Erfassungssignals an die ECU 3; und einen Motor 47 zum Drehen der rotierenden Welle 45 entsprechend einem von der ECU 3 erzeugten Befehlssignal.

In dem Ventilsteuersystem 12 mit dem Ventilantriebsmechanis­ mus 16 und dem Einstellmechanismus 38 der Nockenwellentrag­ armwinkelposition wird die rotierende Welle 45 gedreht, um das Schwenkteil 42 in die Richtung des Pfeils B in eine Position zu verschwenken, die durch abwechselnd lange und zwei kurze Linien angedeutet ist. Dann wird der Nockenwellen tragarm 30 um einen Winkel Φ in Richtung des Pfeils C gedreht und demzufolge wird das Hebelverhältnis n des Kipphe­ bels 29a geändert, um die Phase des Einlaßventils 25a relativ zu der der Kurbelwelle zu ändern.

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm einer Soll-Schwenkwinkelberech­ nungsroutine (AGLM-Berechnung) zur synchronen Durchführung mit dem TDC-Erfassungsignal.

In Schritt S1 der Fig. 5 wird die Motordrehzahl NE gelesen, in Schritt S2 wird ein analoges Ausgangssignal des RACC- Detektors 13 in ein entsprechendes Digitalsignal gewandelt, um eine Fahrpedalposition RACC zu erfassen.

In Schritt S3 werden ein Grundschwenkwinkel AGLB entsprechend der Motordrehzahl NE und der Fahrpedalstellung RACC aus einer AGLB-Karte entnommen, die in Fig. 6 gezeigt ist. Die AGLB-Karte zeigt die Grundschwenkwinkel AGLB als eine Funkti­ on der Motordrehzahl NE (NE1 bis NE20) und der Fahrpedalstel­ lung RACC (RACC1 bis RACC17). Der Grundschwenkwinkel AGLB wird aus der AGLB-Karte entnommen oder durch Interpola­ tion geschätzt.

In Schritt S4 werden Umgebungszustandskorrekturfaktoren KPA und KTW bestimmt. Die Umgebungszustandskorrekturfaktoren KPA und KTA werden aus einer KPA-Tabelle und einer KTA-Tabelle (nicht gezeigt) entnommen, welche die Umgebungszustandskor­ rekturfaktoren KPA und KTA zeigen, die jeweils durch den Atmosphärendruck PA und die Einlaßlufttemperatur TA bestimmt oder durch Interpolation geschätzt werden.

In Schritt S5 wird eine Schwenkwinkelkorrektur AGLO2 für jeden Zylinder so berechnet, daß eine feste Luftmenge in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des gegenwär­ tigen Luft-Kraftstoff-Gemischs in die Zylinder kommt. Eine nicht gezeigte AGLO2 Berechnungsroutine wird für jeden Zylin­ der durchgeführt, um für jeden Zylinder eine Optimal-Schwenk­ winkelkorrektur AGLO2 zu bestimmen.

In Schritt S6 wird eine gemeinsame Schwenkwinkelkorrektur AGLALL zur gemeinsamen Anwendung an allen Zylindern berech­ net. Die gemeinsame Schwenkwinkelkorrektur AGLALL ist bei­ spielsweise eine Funktion der in Schritt S4 bestimmten Umgebungszustandskorrekturfaktoren KPA und KTA und der Tempe­ ratur TW des Motorkühlwassers.

In Schritt S7 wird ein Soll-Schwenkwinkel AGLM unter Verwen­ dung der Gleichung 1 berechnet, und dann endet die Routine.

AGLM = AGLB + AGLO2 + AGLALL (1)

Dann wird der Schwenkwinkel so gesteuert, daß der durch den AGL-Detektor 46 erfaßte Schwenkwinkel AGL mit dem Soll- Schwenkwinkel AGLM übereinstimmt.

Die Ventilsteuereinrichtung führt eine Starthebelverhältnis­ setzroutine durch, um ein Optimal-Starthebelverhältnis des Kipphebels 29a zum optimalen Start des Motors 1 zu setzen, und zwar in einer Periode vom Anhalten des Motors 1 bis einschließlich der Dauer des Andrehens zum Wiederanlassen des Motors 1. Die Starthebelverhältnissetzroutine wird nachfol­ gend im einzelnen beschrieben.

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der Starthebelverhältnissetzrou­ tine gemäß einer ersten Ausführung.

In Schritt S11 in Fig. 7 wird gefragt, ob der IGSW 15 AUS ist. Wenn die Antwort in Schritt S11 nein ist, wird die Routine beendet. Wenn die Antwort in Schritt S11 ja ist, wird in Schritt S12 gefragt, ob die Motordrehzahl NE=0 ist. Wenn die Antwort in Schritt 12 nein ist, d. h. wenn der Motor 1 läuft, endet die Routine. Wenn die Antwort in Schritt S12 ja ist, wird entschieden, daß der Motor 1 gerade angehalten wurde, und dann wird in Schritt S13 eine Motorsteuerroutine zum Initialisieren des Motors 47 eingeleitet, und dann endet die Routine.

Fig. 8 zeigt die Motorsteuerroutine. In Schritt S21 wird nachgefragt, ob der gegenwärtige Schwenkwinkel AGL gleich einem Optimal-Startschwenkwinkel AGLS ist. Der Optimal-Start­ schwenkwinkel AGLS ist auf Basis der Temperatur TW des Motor­ kühlwassers und der Versorgungsspannung VB der Batterie und gemäß einem Betriebsmodus des Motors 1 so festgelegt, daß der Motor 1 leicht gestartet werden kann. Beispielsweise wird der Optimal-Startschwenkwinkel AGLS so festgelegt, daß er den zufriedenstellenden Betrieb des Motors 1 in einem Hoch­ drehzahl-, Hochlastbetriebsmodus sichert, wenn die Temperatur TW des Motorkühlwassers gleich oder über einer Festtemperatur liegt und der Motor 1 aufgewärmt ist. Der Optimal-Start­ schwenkwinkel AGLS wird weiter so festgelegt, daß er den zufriedenstellenden Betrieb des Motors 1 in einem Niederdreh­ zahl-, Niederlastbetriebsmodus sicherstellt, wenn die Tempe­ ratur TW des Motorkühlwassers nicht höher als die Festtemperatur und die Versorgungsspannung VB der Batterie nicht höher als eine Festspannung ist.

Wenn die Antwort in Schritt S21 ja ist, d. h. wenn der gegen­ wärtige Schwenkwinkel AGL gleich dem Optimal-Startschwenk­ winkel AGLS ist, endet die Routine. Wenn die Antwort in Schritt S21 nein ist, wird in Schritt S22 die Drehrichtung der Ausgangswelle des Motors 47 bestimmt, d. h. entweder die Normalrichtung (Richtung im Uhrzeigersinn) oder die Rück­ wärtsrichtung (Richtung im Gegenzeigersinn). Das Schwenkteil 42 wird in Richtung des Pfeils D (Fig. 4) gedreht, wenn die Ausgangswelle des Motors 47 in die Normalrichtung gedreht wird, und das Schwenkteil 42 wird in Richtung des Pfeils B (Fig. 4) gedreht, wenn die Ausgangswelle des Motors 47 sich in Rückwärtsrichtung dreht.

In Schritt S23 wird gefragt, ob die Ausgangswelle des Motors 47 in die Normalrichtung gedreht werden muß. Wenn die Antwort in Schritt S23 ja ist, wird in Schritt S24 gefragt, ob ein Normaldrehungsfreigabeflag FLG auf "1" gesetzt ist. Die Routine geht direkt zu Schritt S26 weiter, wenn die Antwort in Schritt S24 ja ist, oder die Routine geht zu Schritt S26 weiter, nachdem das Normaldrehungsfreigabeflag FLG in Schritt S25 auf "1" gesetzt ist, wenn die Antwort in Schritt S24 nein ist. In Schritt S25 wird der Motor 47 zur Drehung in Normal­ richtung angetrieben, und dann endet die Routine.

Wenn andererseits die Antwort in Schritt S23 nein ist, wird in Schritt S27 gefragt, ob das Normaldrehungsfreigabeflag FLG auf "0" gesetzt ist. Dann geht die Routine zu Schritt S29 weiter, wenn die Antwort in Schritt S27 ja ist, oder die Routine geht zu Schritt S29 weiter, nachdem das Normaldre­ hungsfreigabeflag FLG in Schritt S28 auf "0" gesetzt ist, wenn die Antwort in Schritt S27 nein ist. Dann wird in Schritt S29 der Motor 47 zur Drehung in Rückwärtsrichtung angetrieben und die Routine endet.

Hierdurch setzt die Starthebelverhältnissetzroutine in der ersten Ausführung einen optimalen Startschwenkwinkel in einer festen Periode, die dem Anhalten des Motors 1 folgt, nachdem der IGSW 15 abgeschaltet wurde.

Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm einer Optimalstart-Hebelver­ hältnissetzroutine einer zweiten Ausführung.

In Schritt S31 in Fig. 9 wird nach Anlegen eines Motorstart­ signals an die ECU 3 diese initialisiert, und dann wird in Schritt S32 gefragt, ob die Temperatur TW des Motorkühlwas­ sers gleich oder unter einer festen Wassertemperatur TWS von beispielsweise 20°C liegt oder nicht. Die Routine geht direkt zu Schritt S34 weiter, wenn die Antwort in Schritt S32 nein ist. Wenn die Antwort in Schritt S32 ja ist, wird in Schritt S33 der Anlassermotor von der Stromzufuhr getrennt, um eine gleichzeitiges Andrehen und Setzen des Optimal-Startschwenk­ winkels zu verhindern, wonach das Programm zu Schritt S34 weitergeht. Wie in Fig. 10 dargestellt, wird in Schritt S41 gefragt, ob der Schwenkwinkel AGL gleich dem Optimal-Start­ schwenkwinkel AGLS ist oder nicht. Wenn die Antwort in Schritt S41 nein ist, wird in einem Schritt S42 ein Unterbre­ cherrelais erregt, um den Anlassermotor von der Stromzufuhr abzutrennen, so daß ein Andrehen unterbrochen wird. Die Schritte S41 und S42 werden wiederholt, bis die Antwort in Schritt S41 ja wird. Nachdem die Antwort in Schritt S41 ja wurde, wird das Unterbrecherrelais in Schritt S43 ausgeschal­ tet, um den Anlassermotor mit der Stromzufuhr zum Andrehen zu verbinden, und dann kehrt die Routine zu Schritt S34 zurück, um die Motorsteuerroutine nach Fig. 8 durchzuführen. Nach Beendigung dieser Motorsteuerroutine endet der Steuerbe­ trieb.

Die Starthebelverhältnissetzroutine der zweiten Ausführung führt den Starthebelverhältnissetzbetrieb während des Motor­ startbetriebs einschließlich dem Andrehen durch und trennt den Anlassermotor von der Stromzufuhr während des Starthebel­ verhältnissetzvorgangs, um ein gleichzeitiges Setzen des Starthebelverhältnisses und Andrehen zu vermeiden, so daß der Motor 1 leicht wieder angelassen werden kann.

Fig. 11 zeigt ein Flußdiagramm einer Starthebelverhältnis­ setzroutine einer dritten Ausführung.

Nach Anlegen eines Motorstartsignals an die ECU 3 wird diese in Schritt S51 initialisiert, und zwar in ähnlicher Weise wie in Schritt S31 nach Fig. 9. In Schritt S52 wird gefragt, ob die Versorgungsspannung VB der Batterie gleich oder unter einer Festspannung VBS liegt. Die Routine geht direkt zu Schritt S54 weiter, wenn die Antwort in Schritt S52 nein ist, oder wenn die Antwort in Schritt S52 ja ist, geht die Routine zu Schritt S53 weiter, wo die Stromzufuhr zu dem Anlassermo­ tor unterbrochen wird, um ein gleichzeitiges Andrehen und Setzen des Starthebelverhältnisses zu vermeiden, wonach die Routine zu Schritt S54 weitergeht. Es werden Schritte ähnlich denen in Fig. 10 durchgeführt, um das Andrehen dadurch zu unterbrechen, daß man den Anlassermotor von der Stromzufuhr während des Startschwenkwinkelsetzvorgangs getrennt hält. Nachdem ein Startschwenkwinkel AGLS gesetzt wurde (AGL = AGLS), wird der Anlassermotor mit der Stromzufuhr zum Andre­ hen verbunden. In Schritt S54 wird die in Fig. 8 gezeigte Routine zur Motorsteuerung ausgeführt, und dann wird die Routine beendet.

Die Starthebelverhältnissetzroutine der dritten Ausführung führt, ähnlich der Starthebelverhältnissetzroutine der zwei­ ten Ausführung, den Starthebelverhältnissetzvorgang während des Motoranlaßbetriebs einschließlich Andrehen durch und vermeidet ein gleichzeitiges Setzen des Starthebelver­ hältnisses und Andrehen dadurch, daß die Stromzufuhr zu dem Anlassermotor unterbrochen wird, so daß der Motor 1 leicht wieder angelassen werden kann.

Die Erfindung ist in ihrer praktischen Anwendung nicht auf die vorstehenden Ausführungen beschränkt. Viele Änderungen und Varianten sind möglich, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist die Erfindung bei einem Ventilsteuersystem anwendbar, daß das Hebelverhältnis des Kipphebels des Ventilantriebsmechanismus, d. h. die Winkelpo­ sition des Nockenwellentragarms, mechanisch erfaßt.

Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht eines Ventilantriebsmecha­ nismus nach einer anderen Ausführung. Fig. 13 zeigt einen in dem Ventilantriebsmechanismus nach Fig. 12 enthaltenen Ein­ stellmechanismus einer Nockenwellentragarmwinkelposition.

Der Ventilantriebsmechanismus 51 umfaßt: eine Nockenwelle 54, die über in einem Zylinderkopf 52 gebildeten Brennkammern 53 angeordnet ist, an der Nockenwelle 54 fest angebrachte Ein­ laßventilantriebsnocken 55a, und an der Nockenwelle 54 fest angebrachte Auslaßventilantriebsnocken 55b. Die Nocken 55a und 55b drehen sich zusammen mit der Nockenwelle 54.

Ein Einlaßventilantriebsmechanismus 51a umfaßt: eine Welle 55a, an der Welle 55a schwenkbar gehaltene Kipphebel 57a mit jeweils einer Gleitfläche 58 und einen Nockenfolger 59, der an einer Welle 60 drehbar gehalten und zwischen jedem Einlaß­ ventilantriebsnocken 55a und der Gleitfläche 58 jedes Kipphe­ bels 57a angeordnet ist.

Ein Auslaßventilantriebsmechanismus 51b umfaßt: eine Welle 56b, an der Welle 56b schwenkbar gehaltene Kipphebel 57b und einen Nockenfolger 61, der am äußeren Ende jedes Kipphebels 57b drehbar gelagert ist, so daß er mit dem Auslaßventilan­ triebsnocken 55b in Kontakt kommt.

Wie in Fig. 13 dargestellt, ist die Nockenwelle 54 zwischen einem mit dem Zylinder 52 einstückigen Nockenlager 62 und einem Nockenwellenhalter 63 drehbar gehalten. Das Hebelver­ hältnis der Kipphebel 57a wird durch einen Einstellmechanis­ mus 64 der Nockenwellentragarmwinkelposition reguliert.

Der Einstellmechanismus 64 der Nockenwellentragarmwinkelposi­ tion umfaßt: eine Führungsbrücke 66, an deren Oberende ein Zahnsegment 65 vorgesehen ist, eine drehbare Welle 68, die integral mit einer Schnecke 67 ausgebildet und so angeordnet ist, daß die Schnecke 67 mit dem Zahnsegment 65 in Eingriff steht, einen Motor 68 zum Drehen der drehbaren Welle 68 entsprechend einem durch die ECU 3 gegebenen Befehl und einen AGL-Detektor 70, wie etwa ein Potentiometer, der eine feste Eingriffsposition des Zahnsegments 65 mit der Schnecke 67 erfaßt und der ECU 3 ein Erfassungssignal zuführt. Wenn der Motor 69 die Welle 68 drehend antreibt, dreht sich die Füh­ rungsbrücke 66 an der Nockenwelle 54 zusammen mit der Welle 60 zum Verschieben des Nockenfolgers 59. Hierdurch wird das Hebelverhältnis des Kipphebels 57a entsprechend der Bewegung des Nockenfolgers 59 geändert.

Der derart ausgebildete Ventilantriebsmechanismus 51 führt die AGLM-Rechnungsroutine nach Fig. 5 aus, um einen Soll- Schwenkwinkel AGLM zu berechnen und den Einlaßluftfluß zu steuern. Der Ventilantriebsmechanismus 51 führt weiter eine der Starthebelverhältnissetzroutinen der ersten bis dritten Ausführungen nach den Fig. 7 bis 11 aus, um einen Optimal- Startschwenkwinkel zum Wiederanlassen des Motors zu bestim­ men, so daß der Motor leicht wieder angelassen werden kann.

Die Ventilsteuerung des Verbrennungsmotors umfaßt: das Hebel­ verhältniserfassungsmittel zum Erfassen des Kipphebelverhält­ nisses; das Betriebszustandserfassungsmittel zum Erfassen von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors einschließlich wenigstens der auf den Verbrennungsmotor wirkenden Last und der Drehzahl des Verbrennungsmotors; das Luft-Kraftstoff- Verhältniserfassungsmittel zum Erfassen des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des Luft-Kraftstoffgemischs auf Basis der Sauerstoffkonzentration in dem Auspuffgas; das Sollhebelver­ hältnisberechnungsmittel zum Berechnen eines Sollhebelver­ hältnis auf Basis der Signalerfassung durch das Betriebszustanderfassungsmittel und das Luft-Kraftstoff- Verhältniserfassungsmittel; das Hebelverhältniseinstellmittel zum Einstellen des durch das Hebelverhältniserfassungsmittel erfaßte Hebelverhältnis auf das durch das Sollhebelverhält­ nisberechnungsmittel berechnete Sollhebelverhältnis; und das Starthebelverhältnissetzmittel zum Setzen eines Optimal- Starthebelverhältnisses für den Betrieb des Verbrennungsmo­ tors in einer Periode vom Anhalten bis zum Wiederanlassen des Verbrennungsmotors einschließlich des Andrehens, wenn der Verbrennungsmotor wieder gestartet wird, wobei die Ventil­ steuereinrichtung den Ventilbetrieb richtig einstellen kann, wenn der Verbrennungsmotor angelassen wird.

Weil das Kipphebelverhältnis gemäß der Temperatur und des Kühlwassers, der Versorgungsspannung der Batterie u. dgl. auf einen Optimalwert eingestellt werden kann, läßt sich beim Anlassen des Verbrennungsmotors eine optimale Ventileinstel­ lung erreichen.

Das Starthebelverhältnissetzmittel setzt ein Optimal-Start­ hebelverhältnis in einer Periode vom Anhalten bis zum Wieder­ anlassen des Verbrennungsmotors oder während des Wiederanlaßbetriebs einschließlich Andrehen. Wenn während des Motorwiederanlaßbetriebs einschließlich Andrehen der Starthe­ belverhältnissetzvorgang durchgeführt wird, trennt das Strom­ zufuhrsteuermittel den Anlassermotor von der Stromzufuhr, wenn die Temperatur des Kühlwassers nicht höher als eine Festtemperatur oder die Versorgungsspannung der Batterie nicht höher als eine Festspannung ist, und verbindet den Anlassermotor mit der Stromzufuhr, nachdem das Starthebelver­ hältnis gesetzt wurde. Hierdurch läßt sich das Sollstarthe­ belverhältnis beim Wiederanlassen des Verbrennungsmotors sicher einstellen, so daß der Verbrennungsmotor leicht ange­ lassen werden kann.

Das Kipphebelverhältnis eines Verbrennungsmotors wird zur Steuerung des Einlaßluftflusses geändert, so daß der Verbren­ nungsmotor leicht wieder angelassen werden kann. Es wird gefragt, ob der gegenwärtige Schwenkwinkel AGL gleich einem Optimal-Schwenkwinkel AGLS ist, der zum Wiederanlassen des Verbrennungsmotors optimal ist (S21), und wenn die Antwort nein ist, wird gefragt, ob ein Motor zum Ändern des Kipphe­ belverhältnisses zur Drehung in der Normalrichtung angetrie­ ben werden soll (S22). Wenn der Motor zur Drehung in die Normalrichtung angetrieben werden soll, wird der Motor ent­ sprechend angetrieben (S24 → S25 → S26). Wenn der Motor zur Drehung in Rückwärtsrichtung angetrieben werden soll, wird der Motor dementsprechend angetrieben. (S27 → S28 → S29).

Claims (6)

1. Ventilsteuereinrichtung zur Einlaßventilsteuerung eines Verbrennungsmotors (1) mit einem Zylinderkopf (18; 52), einer Nockenwelle (27a, 27b; 54), die mit Nocken (28a, 28b; 55a) versehen und in einem Oberab­ schnitt des Zylinderkopfs (18; 52) angeordnet ist, einem Einlaßventil (25a), einem Auslaßventil (25b) und an einer Welle (31a, 31b; 56a) schwenkbar gehaltenen Kipphebeln (29a, 29b; 57a), die durch die Nocken der Nockenwelle zur Betätigung des Einlaßventils und des Auslaßventils schwenkend antreibbar sind, wobei ein Kipphebelverhältnis (n, AGL), welches den Abstand zwischen einer Achse (Q) der Kipphebelwelle (31a, 31b; 56a) und einem Punkt (Po, P1) des Kipphebels, an dem der Nocken auf den Kipphebel drückt, bestimmt, zum Regeln des Einlaßluftflusses veränderlich ist, wobei die Ventilsteuereinrichtung umfaßt:
ein Hebelverhältniserfassungsmittel (46; 70) zum Erfassen des Kipphebelverhältnisses (n, AGL);
ein Betriebszustanderfassungsmittel (13, 14) zum Erfassen von Betriebszuständen des Verbrennungsmotors (1) einschließlich wenigstens einer Motorlast (RACC) und einer Motordrehzahl (NE);
ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel (10) zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft-Kraftstoff-Gemischs auf Basis der Sauerstoffkon­ zentration im Auspuffgas;
ein Soll-Hebelverhältnis-Berechnungsmittel (ECU) zur Berechnung eines Soll-Hebelverhältnisses (AGLM) auf Basis der Erfassungssignale (RACC, PA), die von dem Betriebszustandserfassungsmittel (13, 14) und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel (10) bereitgestellt werden;
ein Hebelverhältniseinstellmittel (ECU) zum Einstellen des durch das Hebelverhältniserfassungsmittel (46, 70) erfaßten Hebelverhältnisses (n, AGL) auf das durch das Soll-Hebelverhältnis-Berechnungsmittel (ECU) berechne­ te Soll-Hebelverhältnis (AGLM); und
ein Starthebelverhältnissetzmittel (ECU) zum Setzen eines Optimal-Starthebelverhältnisses (AGLS) für optimalen Betrieb des Verbrennungsmotors in einer Periode vom Anhalten zum Wiederanlassen des Verbren­ nungsmotors einschließlich Andrehen, wenn der Verbren­ nungsmotor wieder angelassen wird.

2. Ventilsteuereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
ein Wassertemperaturerfassungsmittel (2) zum Erfassen der Temperatur (TW) des Motorkühlwassers und ein Spannungserfassungsmittel (100) zum Erfassen der Versorgungsspannung (VB) der Batterie, wobei das Start-Hebel-Verhältnissetzmittel (ECU) das Optimal- Starthebelverhältnis (AGLS) auf Basis wenigstens eines Erfassungssignals bestimmt, das durch das Wassertempe­ raturerfassungsmittel (2) oder das Spannungserfas­ sungsmittel (100) bereitgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Start-Hebel-Verhältnissetzmittel (ECU) in einer vorbestimmten Periode nach Anhalten des Verbren­ nungsmotors arbeitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Start-Hebel-Verhältnissetzmittel (ECU) während des Andrehens arbeitet, wenn der Verbrennungsmotor angelassen wird.

5. Ventilsteuereinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch:
ein Wassertemperaturerfassungsmittel (2) zum Erfassen der Temperatur (TW) des Motorkühlwassers und ein Stromzufuhrsteuermittel (S33; S53; S43; S42), das die Stromzufuhr zu dem Anlassermotor unterbricht, wenn die durch das Wassertemperaturerfassungsmittel (2) erfaßte Temperatur (TW) des Motorkühlwassers gleich oder unter einer Festtemperatur liegt, und das die Stromzufuhrun­ terbrechung zu dem Anlassermotor aufhebt, wenn durch das Starthebelverhältnissetzmittel (ECU) ein Optimal- Starthebelverhältnis (AGLS) gesetzt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch:
ein Spannungserfassungsmittel (100) zur Erfassung der Versorgungsspannung (VB) der Batterie und ein Stromzu­ fuhrsteuermittel (S33; S53; S43; S42), das die Strom­ zufuhr zu dem Anlassermotor unterbricht, wenn die Versorgungsspannung (VB) der Batterie gleich oder unter einer Festspannung liegt, und das die Strom­ zufuhrunterbrechung zu dem Anlassermotor aufhebt, wenn durch das Optimal-Hebelverhältnissetzmittel ein opti­ males Hebelverhältnis (AGLS) gesetzt ist.