DE60302934T2

DE60302934T2 - Brennkrafmaschine mit variabler Nockensteuerung und Verfahren zur Kontrolle dieser Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60302934T2
Application number: DE60302934T
Authority: DE
Inventors: Hajime Tama-shi Miura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2023-05-10
Also published as: EP1367229B1; US6772731B2; EP1367229A1; JP2003328792A; US20030209228A1; DE60302934D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor mit variabler Nockensteuerung gemäß dem Oberbegriffabschnitt von Anspruch 1 und des Weiteren ein Verfahren zur Steuerung des Motors mit variabler Nockensteuerung gemäß dem Oberbegriffabschnitt von Anspruch 14.
Das US Patent Nr. 5 152 267 (entspricht dem japanischen Patent Nr. 2 765 218) offenbart einen Motor mit variabler Nockensteuerung, der so eingerichtet ist, dass die beim Wechsel zwischen den Ventil-Antriebsnocken des Motors verursachte Drehmomentschwankung durch Verzögern eines Zündzeitpunktes absorbiert wird. Die erste Veröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. 6-10 747 offenbart einen Motor mit variabler Nockensteuerung, in dem ein Zündzeitpunkt (Funken) und eine Kraftstoff-Einspritzmenge in Abhängigkeit der Änderung der Einlassluftmenge gesteuert werden, die beim Wechsel zwischen den Ventil-Antriebsnocken des Motors verursacht wird.
Der oben beschriebene Stand der Technik berücksichtigt jedoch nicht die minimale Vorverlegung für das beste Drehmoment (minimum advance for best torque – MBT), das in Abhängigkeit vom Verbrennungszustand vor und nach dem Wechsel der Nocken variiert.
Außerdem offenbart US 5 168 851 einen Motor mit variabler Nockensteuerung der oben genannten Art, der eine optimierte Steuerung der eigentlich kurzen Übergangsperiode zwischen zwei Nockenbetriebsmodi für einen gleichmäßigen Übergang zwischen den zwei Modi hat, bezieht sich aber nicht darauf, wie der Motor während der Betriebsmodi gesteuert wird.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Motor mit variabler Nockensteuerung bereitzustellen, der ein verbessertes Leistungsverhalten, insbesondere während der eigentlichen Funktionszeiten vor und nach der relativ kurzen Übergangsperiode in jedem Nocken-Betriebmodus hat. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Motors mit variabler Nockensteuerung mit Bezug auf die Zeit vor und nach der relativ kurzen Übergangsperiode bereitzustellen, um das Leistungsverhalten eines solchen Motors zu verbessern.
Für einen Motor mit variabler Nockensteuerung der oben genannten Art wird diese Aufgabe in einer erfinderischen Weise durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 erfüllt. Für ein Verfahren zur Steuerung des Motors der oben genannten Art wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 14 erfüllt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele unterliegen den jeweiligen Unteransprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung ausführlicher mittels der bevorzugten Ausführungsbeispiele davon mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
1 eine grafische Darstellung, die eine Ventilhub-Kennlinie eines Leistungsnockens und eines Sparnockens eines Motors mit variabler Nockensteuerung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 eine schematische Darstellung, die die Nocken-Betriebsbereiche veranschaulicht, die auf der Basis der Betriebszustände des Motors mit variabler Nockensteuerung voreingestellt sind;
3 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des Motors mit variabler Nockensteuerung der vorliegenden Erfindung;
4 einen Plan, der zur Berechnung eines Basis-Zündzeitpunktes in einem Leistungsnocken-Betriebsbereich verwendet wird;
5 eine Tabelle, die zur Berechnung eines Korrektur-Zündzeitpunktes in einem Sparnocken-Betriebsbereich verwendet wird;
6 ein Zeitdiagramm, das Betriebskennwerte des Motors veranschaulicht, wenn ein Wechsel vom Leistungsnocken zum Sparnocken durchgeführt wird;
7 ein Ablaufdiagramm, das die Steuerungslogik des ersten Ausführungsbeispiels des Motors mit variabler Nockensteuerung veranschaulicht;
8 eine schematische, grafische Darstellung, die einen Aufbau des Motors mit variabler Nockensteuerung einschließlich eines in einer Draufsicht gezeigten Nockenwechselmechanismus veranschaulicht;
9 einen Schnitt des Nockenwechselmechanismus entlang der Linie 9-9 von 8;
10 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des Motors mit variabler Nockensteuerung der vorliegenden Erfindung; und
11 ein Ablaufdiagramm, das die Steuerungslogik des zweiten Ausführungsbeispiels des Motors mit variabler Nockensteuerung veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Mit Bezug nun auf 1–9 wird ein Motor mit variabler Nockensteuerung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erläutert. Wein 8 und 9 veranschaulicht ist, weist der Motor mit variabler Nockensteuerung zwei Nocken 4 und 11 und einen Nockenwechselmechanismus 10 dafür auf. Speziell weist der Motor mit variabler Nockensteuerung gemäß 9 Einlassventile 2, einen ersten Nocken (Leistungsnocken) 11 und einen zweiten Nocken (Sparnocken) 4 auf. Der Sparnocken 4 stellt einen kleinen Einlassventilhub und eine kleine Einlassventildauer des Einlassventils 2 bereit. Der Leistungsnocken 11 stellt einen großen Einlassventilhub und eine große Einlassventildauer des Einlassventils 2 bereit. Der Sparnocken 4 und der Leistungsnocken 11 sind in Reihe und koaxial auf einer gemeinsamen Nockenwelle angeordnet.
Ein Wechsel zwischen dem Leistungsnocken 11 und dem Sparnocken 4 wird durch den Nockenwechselmechanismus 10 durchgeführt. Der Nockenwechselmechanismus 10 weist einen Haupt-Kipphebel 1 für zwei Einlassventile 2 von jedem Zylinder des Motors auf. Ein Ende des Haupt-Kipphebels 1 mit einer im Allgemeinen rechteckigen Form in der Draufsicht gemäß 8 ist auf einem Zylinderkopf des Motors über eine Haupt-Kipphebelwelle 3 drehgelenkig gelagert. Das andere Ende des Haupt-Kipphebels 1 befindet sich mit einem Spindelkopf von jedem der Einlassventile 2 durch eine Einstellschraube 6 und eine Schraubenmutter 7 in Kontakt.
Wie in 8 veranschaulicht ist, ist eine Walze 14 am Haupt-Kipphebel 1 über eine Welle 13 drehbar angebracht, die mit dem Sparnocken 4 in Rollkontakt kommt. Ein Unter-Kipphebel 5 ist in einem axial beabstandeten Verhältnis zur Walze 14 angeordnet und am Haupt-Kipphebel 1 drehgelenkig angebracht. Ein Ende des Unter-Kipphebels 5 ist an der Unter-Kipphebelwelle 16 drehgelenkig gelagert. Die Unter-Kipphebelwelle 16 ist verschiebbar in ein Loch 17 eingepasst, das im Unter-Kipphebel 5 ausgebildet ist, und durch Presspassung in einem Loch 18 angeordnet, das im Haupt-Kipphebel 1 ausgebildet ist. Der Unter-Kipphebel 5 hat keinen Kontakt mit dem Einlassventil 2 und ist mit einem Stößel 23 ausgebildet, der mit dem Leistungsnocken 11 in Kontakt ist. Der Stößel 23 steht gemäß 9 von einer oberen Fläche des Unter-Kipphebels 5 nach oben vor. In einer Aussparung 26, die im Haupt-Kipphebel 1 an der unteren Seite des Unter-Kipphebels 5 ausgebildet ist, ist eine Feder 25 eingebaut. Ein Ende der Feder 25 wird am Boden 26a der Aussparung 26 gelagert, wobei deren entgegengesetztes Ende an einer Federhalterung 27 gelagert ist, die verschiebbar in die Aussparung 26 eingreift. Die Feder 25 drückt die Federhalterung 27 auf den Stößelteil 28 des Unter-Kipphebels 5, um dadurch den Stößel 23 zum Leistungsnocken 11 hin vorzuspannen.
Um die relative Drehung des Haupt-Kipphebels 1 und des Unter-Kipphebels 5 wahlweise zu sperren, wird die folgende Anordnung verwendet. Das heißt, drei Kolbenstößel 8, 9 und 12 sind koaxial angeordnet, so dass sie mit drei Bohrungsabschnitten verschiebbar in Eingriff kommen, die im Haupt-Kipphebel 1 und im Unter-Kipphebel ausgebildet sind. Die drei Bohrungsabschnitte erstrecken sich koaxial im Haupt-Kipphebel 1 und im Unter-Kipphebel 5 und wirken zusammen, um eine integrierte Bohrung zu bilden. Ein Hydraulik-Durchlass 15, der sich in der Haupt-Kipphebelwelle 3 erstreckt, ist mit Hydraulik-Durchlässen 21 und 19 verbunden, die sich im Haupt-Kipphebel 1 erstrecken. Der Hydraulik-Durchlass 19 ist zu einem Ende der integrier ten Bohrung hin offen, dem der Kolbenstößel 8 gegenüberliegt. Eine Rückstellfeder 20 ist am anderen Ende der integrierten Bohrung eingebaut und spannt den Kolbenstößel 12 zu den Kolbenstößeln 8 und 9 hin vor. Der Hydraulik-Durchlass 15 ist mit einer Ölpumpe über ein Nockenwechsel-Stellglied 50 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Nockenwechsel-Stellglied 50 ein elektromagnetisch betätigtes Ventil. Das Nockenwechsel-Stellglied 50 ist mit einer Motor-Steuereinheit (engine control unit – ECU) 30 verbunden.
Wenn ein hydraulischer Druck, der in ein Ende der integrierten Bohrung über die Hydraulik-Durchlässe 15, 21 und 19 eingeführt wird, niedrig ist, werden die Kolbenstößel 8 und 9 auf Grund der Vorspannungskraft der Rückstellfeder 20 im Haupt-Kipphebel 1 bzw. Unter-Kipphebel 5 aufgenommen. In diesem Zustand ist eine relative Drehung des Haupt-Kipphebels 1 und des Unter-Kipphebels 5 zulässig. Andererseits wird der hydraulische Druck erhöht, der in das eine Ende der integrierten Bohrung eingeführt wird, wobei die Kolbenstößel 8 und 9 gegen die Vorspannungskraft der Rückstellfeder 20 gedrückt und so positioniert werden, dass die Kolbenstößel 8 und 9 in die angrenzenden zwei Bohrungsabschnitte des Haupt-Kipphebels 1 und des Unter-Kipphebels 5 eingreifen. In diesem Zustand ist die relative Drehung des Haupt-Kipphebels 1 und des Unter-Kipphebels 5 gesperrt.
Mit der ECU 30 sind mehrere Sensoren verbunden. Die Sensoren beinhalten einen Motordrehzahlsensor 34, einen Motorlastsensor 36, einen Einlassluftströmungs-Sensor 38, einen Wassertemperatur-Sensor 33 und einen Öltemperatur-Sensor 35. Der Motordrehzahlsensor 34 erfasst die Motordrehzahl, d. h. die Anzahl der Motorumdrehungen, und erzeugt ein Signal, das die erfasste Motordrehzahl anzeigt. Der Motordrehzahlsensor 34 kann ein Kurbelwinkelsensor sein. Die Sensor 36 für die erforderliche Motorlast erfasst eine erforderliche Motorlast, die von einem Fahrzeugfahrer eingegeben wird, und erzeugt ein Signal, das die erfasste, erforderliche Motorlast anzeigt. Der Sensor 36 für die erforderliche Motorlast kann ein Gashebel-Positionssensor sein, der eine Abnahmegröße eines Gashebels erfasst und ein Signal erzeugt, das die erfasste Abnahmegröße anzeigt. Der Einlassluftströmungs-Sensor 38 erfasst eine Menge der Einlassluft, die in die Verbrennungskammer des Motors strömt, und erzeugt ein Signal, das die erfasste Menge der Einlassluft an zeigt. Der Einlassluftströmungs-Sensor kann ein Einlassluftströmungsmesser sein. Der Wassertemperatur-Sensor 33 und der Öltemperatur-Sensor 35 erfassen die Motor-Kühlwassertemperatur bzw. die Motor-Öltemperatur. Die ECU 30 empfängt die von den Sensoren erzeugten Signale und verarbeitet die Signale, um die Betriebzustände des Motors zu bestimmen. In Abhängigkeit der Motor-Betriebzustände führt die ECU 30 verschiedene Steuerungen aus, die die Steuerung des Nockenwechsels, eines Drossel-Öffnungsgrades und eines Zündzeitpunktes beinhalten, wie später erläutert wird.
1 veranschaulicht die Einlassventilhub- und Einlassventildauer-Kennwerte des Sparnockens 4 und des Leistungsnockens 11. Der Sparnocken 4 ist so geformt, dass er einen verringerten Einlassventilhub, zum Beispiel etwa 1–4 mm, und eine verkürzte Einlassventildauer, zum Beispiel etwa 100–160 Grad des Kurbelwinkels zulässt. Der Leistungsnocken 11 ist so geformt, dass er einen vergrößerten Einlassventilhub, zum Beispiel etwa 7–11 mm, und eine verlängerte Einlassventildauer, zum Beispiel etwa 210–260 Grad des Kurbelwinkels zulässt.
2 veranschaulicht einen Sparnocken-Betriebsbereich und einen Leistungsnocken-Betriebsbereich, die in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast bestimmt werden. Im Sparnocken-Betriebsbereich wird der Sparnocken 4 ausgewählt und betätigt. Im Leistungsnocken-Betriebsbereich wird der Leistungsnocken 11 ausgewählt und betätigt.
Im Sparnocken-Betriebsbereich ist im Allgemeinen die Motordrehzahl relativ niedrig, wobei die Motorlast relativ klein ist. Im Gegensatz dazu ist im Leistungsnocken-Betriebsbereich die Motordrehzahl relativ hoch, wobei die Motorlast relativ groß ist. Ein Wechsel zwischen dem Sparnocken 4 und dem Leistungsnocken 11 wird durchgeführt, wenn sich der Motorbetrieb zwischen dem Sparnocken-Betriebsbereich und dem Leistungsnocken-Betriebsbereich verschiebt.
Mit Bezug auf 3 wird nun die ECU 30 erläutert. Die ECU 30 ist so programmiert, dass sie im Wesentlichen die Mengen an Einlassluft, die in den Motor vor und nach dem Wechsel vom Leistungsnocken 11 zum Sparnocken 4 strömen, ausgleicht und ist so programmiert, dass sie einen ersten Zündzeitpunkt, wenn der Sparnocken 4 betätigt wird, und einen zweiten Zündzeitpunkt bestimmt, wenn der Leistungsnocken 11 betätigt wird, und den ersten Zündzeitpunkt relativ zum zweiten Zündzeitpunkt beim Wechsel vom Leistungsnocken 11 zum Sparnocken 4 vorverlegt. Die ECU 30 kann ein Mikrocomputer sein, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit – CPU), Eingabe- und Ausgabe-Anschlüsse (I/O), einen Festspeicher (read only memory – ROM) als ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (random access momory – RAM), einen Erhaltungsspeicher (keep alive memory – KAM) und einen gemeinsamen Datenbus aufweist. Wie in 3 veranschaulicht ist, enthält die ECU 30 einen Nockenwechsel-Bestimmungsabschnitt 40, einen Drossel-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 42, einen Basis-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 44, einen Korrektur-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 46, einen Nockenwechsel-Stellglied-Betätigungsabschnitt 48 und einen Drossel-Betätigungsabschnitt 52.
Der Wechsel-Bestimmungsabschnitt 40 bestimmt auf der Basis der Signale, die die Motordrehzahl und die erforderliche Motorlast anzeigen, die durch den Motordrehzahlsensor 34 und den Sensor 36 für die erforderliche Motorlast erzeugt werden, welcher Nocken des Sparnockens 4 und des Leistungsnockens 11 ausgewählt und betätigt werden muss. Der Nockenwechsel-Bestimmungsabschnitt 40 entwickelt ein Signal, das die Bestimmung anzeigt. Der Nockenwechsel-Stellglied-Betätigungsabschnitt 48 entwickelt ein Steuersignal auf der Basis des Signals vom Nockenwechsel-Bestimmungsabschnitt 40 und überträgt das Steuersignal auf das Nockenwechsel-Stellglied 50. Als Reaktion auf das Steuersignal betätigt das Nockenwechsel-Stellglied 50 den Nockenwechselmechanismus 10 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt.
Der Drossel-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 42 berechnet einen Soll-Öffnungsgrad der elektronisch betätigten Drosselklappe 54 auf der Basis der Signale, die die Motordrehzahl und die erforderliche Motorlast anzeigen. Beim Soll-Öffnungsgrad sind die Mengen an Einlassluft, die in den Motor vor und nach dem Wechsel vom Leistungsnocken 11 zum Sparnocken 4 strömen, im Wesentlichen zueinander gleich, wobei ein Soll-Drehmoment erzeugt wird. Der Drossel-Öffnungsgrad-Berechnungs abschnitt 42 entwickelt ein Signal, das den berechneten Soll-Öffnungsgrad anzeigt. Der Drossel-Betätigungsabschnitt 52 entwickelt ein Steuersignal auf der Basis des Signals vom Drossel-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 42 und überträgt das Steuersignal zur elektronisch betätigten Drosselklappe 54. Als Reaktion auf das Steuersignal wird die Drosselklappe 54 so gesteuert, dass sie den Öffnungsgrad zum von dem Drossel-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 42 berechneten Sollwert ändert. Der Basis-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 44 berechnet einen Basis-Zündzeitpunkt (nachfolgend als Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich bezeichnet) als Reaktion auf das Signal vom Nockenwechsel-Bestimmungsabschnitt 40, das anzeigt, dass der Motor im Leistungsnocken-Betriebsbereich betrieben wird. Der Basis-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 44 speichert einen Plan gemäß 4, der den Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich relativ zur Motordrehzahl und zur Motorlast veranschaulicht. Der Basis-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 44 berechnet den Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich mittels des Plans auf der Basis der Signale, die die Motordrehzahl und die Einlassluftmenge anzeigen, die jeweils durch den Motordrehzahlsensor 34 und den Einlassluftströmungs-Sensor 38 erzeugt werden. Der Basis-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 44 entwickelt ein Signal, das den berechneten Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich anzeigt.
Als Reaktion auf das Signal vom Nockenwechsel-Bestimmungsabschnitt 40, der anzeigt, dass der Motor im Sparnocken-Betriebsbereich betrieben wird, berechnet der Korrektur-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 46 einen Korrektur-Zündzeitpunkt (nachfolgend als Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich bezeichnet) auf der Basis des von dem Basis-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 44 berechneten Zündzeitpunktes im Leistungsnockenbereich. Speziell speichert der Korrektur-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 46 eine Tabelle gemäß 5, die einen auf der Basis der Motordrehzahl voreingestellten Korrekturwert veranschaulicht. Wenn, wie in 5 veranschaulicht ist, die Motordrehzahl ansteigt, nimmt der Korrekturwert zu. Der Korrektur-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 46 bestimmt den Korrekturwert mittels der Tabelle auf der Basis der Motordrehzahl und berechnet den Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich durch Addieren des so bestimmten Korrekturwertes zum Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich. Der Korrektur-Zündzeitpunkt-Berechnungs abschnitt 46 entwickelt ein Signal, das den berechneten Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich anzeigt.
Die Zündvorrichtung 56 empfängt das Signal, das den im Basis-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 44 berechneten Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich anzeigt, und das Signal, das den im Korrektur-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 46 berechneten Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich anzeigt, und stellt eine Zündung in der Verbrennungskammer des Motors zu einem auf den Signalen basierenden Zündzeitpunkt bereit. Wenn nämlich der Motor im Leistungsnocken-Betriebsbereich betrieben wird, stellt die Zündvorrichtung 56 eine Zündung zum Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich bereit. Wenn andererseits der Motor im Sparnocken-Betriebsbereich betrieben wird, stellt die Zündvorrichtung 56 eine Zündung zum Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich bereit, der durch den Korrekturwert mit Bezug auf den Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich vorverlegt ist.
Hier werden die folgenden Fälle (1) und (2) berücksichtigt, in denen ein Wechsel vom Leistungsnocken zum Sparnocken durchgeführt wird, während ein fast gleiches Drehmoment des Motors gehalten wird:

(1) Ändern vom Leistungsnocken-Betriebsbereich zum Sparnocken-Betriebsbereich bei einem langsamen Geschwindigkeitsabnahmebetrieb (fast Normalbetrieb) des Fahrzeugs;
(2) Wechsel vom Leistungsnocken zum Sparnocken auf Grund der Zunahme der Motortemperatur (Öl- und Wassertemperatur) im Fall eines Motors, der ausgelegt ist, um den Leistungsnocken im Anfahrstadium mit niedriger Motortemperatur auszuwählen, den Leistungsnocken in allen Betriebsbereichen zu verwenden, bis die Motortemperatur einem solchen Temperaturzustand entspricht, dass sie einen Übergang zwischen dem Leistungsnocken und dem Sparnocken zulässt, und den Sparnocken auszuwählen, nachdem die Motortemperatur diesem Temperaturzustand entspricht.

Es wird erkannt, dass bei einem Motorbetrieb mit dem Sparnocken, der einen verringerten Einlassventilhub bereitstellt, eine verringerte Taumelströmung des Luft-Kraftstoff-Gemisches und eine merklich verzögerte Verbrennung davon in der Verbrennungskammer auftritt. Selbst wenn ein im Wesentlichen gleiches Drehmoments und eine gleiche Einlassluftmenge beim Motorbetrieb, der den Sparnocken verwendet, und beim Motorbetrieb, der den Leistungsnocken verwendet, bereitgestellt werden, treten MBTs auf, die sich zwischen den Motorbetriebsarten auf Grund der Einlassventilhub-Kennwerte des Sparnockens und des Leistungsnockens unterscheiden. Des Weiteren wird der Unterschied in der Verbrennung durch die Verringerung der Taumelintensität und Verzögerung einer Hauptverbrennungsperiode verursacht, so dass, wenn die Motordrehzahl ansteigt, der Einfluss des Verbrennungsunterschieds beachtlicher wird. Zusätzlich wird der Unterschied zwischen den MBTs zunehmen, wenn die Motordrehzahl ansteigt.
Wenn anhand der obigen Betrachtung in diesem Ausführungsbeispiel der Wechsel vom Leistungsnocken zum Sparnocken durchgeführt wird, wird die elektronisch betätigte Drosselklappe 54 so gesteuert, dass der Öffnungsgrad zunimmt, so dass die Menge der Einlassluft, die vor dem Wechsel in den Motor strömt, im Wesentlichen der Menge der Einlassluft entspricht, die nach dem Wechsel dort hinein strömt. Des Weiteren wird der Zündzeitpunkt, der bestimmt wird, wenn der Sparnocken ausgewählt und betätigt wird, relativ zum Zündzeitpunkt vorverlegt, der bestimmt wird, wenn der Leistungsnocken ausgewählt und betätigt wird. 6 zeigt ein Verhältnis zwischen Verstärkung, Drossel-Öffnungsgrad, Einlassluftmenge, Drehmoment und Zündzeitpunkt beim Wechsel vom Leistungsnocken zum Sparnocken. Unterdessen wird, um genau zu sein, die Einlassluftmenge, die nach dem Wechsel bereitgestellt wird, auf Grund der verbesserten Kraftstoffwirtschaftlichkeit leicht abnehmen.
Wenn speziell der Nockenwechsel-Bestimmungsabschnitt 40 einschätzt, dass der Wechsel vom Leistungsnocken zum Sparnocken durchgeführt werden muss, berechnet der Drossel-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 42 den Soll-Öffnungsgrad einer Drosselklappe 54, in der die Menge der Einlassluft, die vor dem Wechsel in den Motor strömt, im Wesentlichen der Menge der Einlassluft entspricht, die nach dem Wechsel dort hinein strömt. Dann steuert der Drossel-Betätigungsabschnitt 52 die Drosselklappe 54, um den Öffnungsgrad durch den Drossel-Öffnungsgrad-Berechnungsabschnitt 42 auf den Soll-Öffnungsgrad zu ändern. Andererseits wird der Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich durch das Durchsuchen des im Basis-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 44 gespeicherten Plans für den Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich berechnet. Der Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich wird durch Addieren des Korrekturwertes zum Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich berechnet. Der Korrekturwert wird durch das Durchsuchen der im Korrektur-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 46 gespeicherten Tabelle berechnet. Infolgedessen wird ein relativ zum Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich durch den Korrekturwert vorverlegter Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich erreicht.
Der Motor mit variabler Nockensteuerung der vorliegenden Erfindung kann ungeachtet des ausgewählten Nockens jederzeit einen optimalen Zündzeitpunkt bereitstellen. Dies dient zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der Emission. Des Weiteren kann der Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich durch einfaches Addieren des auf der Basis des Plans berechneten Korrekturwertes zum Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich erreicht werden. Dies dient dazu, die Speicherkapazität der ECU 30 zu minimieren. Des Weiteren kann angesichts der Differenz zwischen dem MBT beim Betrieb im Leistungsnockenbereich und dem MBT beim Betrieb im Sparnockenbereich der Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich weiter vorverlegt werden, wenn die Motordrehzahl zunimmt. Dies dient dazu, den Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich genauer zu berechnen.
Als Nächstes wird mit Bezug auf 7 ein Ablauf der durch die ECU 30 von 3 ausgeführten Steuerung erläutert. Der logische Ablauf startet und geht zum Block S1, wo bestimmt oder eingeschätzt wird, ob der Motor in einem vorgegebenen Bereich in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast betrieben wird. Der vorgegebene Bereich ist ein Bereich, in dem die Motorlast und die Motordrehzahl vermindert sind. Speziell wird im Block S1 abgefragt, ob sich ein Betriebszustand des Motors im Sparnocken-Betriebsbereich befindet, in dem der Sparnocken 4 betätigt werden soll, oder nicht. Diese Bestimmung wird auf der Basis der Motordrehzahl und der erforderlichen Motorlast durchgeführt, die durch die Sensoren 34 und 36 von 3 erfasst werden. Wenn im Block S1 die Abfrage zustimmend ist und anzeigt, dass sich der Betriebszustand des Motors im Sparnocken-Betriebsbereich befindet, geht der logische Ablauf zum Block S2 über. Im Block S2 wird ein Wechsel vom Leistungsnocken 11 zum Sparnocken 4 durchgeführt, wobei eine Drosselklappe 54 so gesteuert wird, dass sie den Öffnungsgrad auf den Sollwert ändert, an dem das Soll-Drehmoment erzeugt wird. Der logische Ablauf geht dann zum Block S4 über. Im Block S4 wird der Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich auf der Basis des Zündzeitpunktes im Leistungsnockenbereich mittels des Plans von 4 berechnet, wobei eine Zündung in der Verbrennungskammer zum berechneten Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich bereitgestellt wird. Speziell wird der Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich durch Addieren des mittels der Tabelle von 5 bestimmten Korrekturwertes zum Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich berechnet. Wenn im Block S1 die Abfrage negativ ist und anzeigt, dass sich der Betriebszustand des Motors außerhalb des Sparnocken-Betriebsbereiches befindet, dass sich nämlich der Betriebszustand des Motors im Leistungsnocken-Betriebsbereich befindet, geht der logische Ablauf zum Block S3 über. Im Block S3 wird der Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich durch das Durchsuchen des Plans von 4 berechnet, wobei eine Zündung in der Verbrennungskammer zum berechneten Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich bereitgestellt wird. Unterdessen wird beim Wechsel vom Sparnocken zum Leistungsnocken unter Beibehaltung eines im Wesentlichen gleichen Drehmoments der Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich lediglich auf der Basis des Plans von 4 bestimmt, ohne den Korrekturwert zu verwenden.
Mit Bezug auf 10 wird die ECU 130 eines zweiten Ausführungsbeispiels des Motors mit variabler Nockensteuerung der vorliegenden Erfindung erläutert. Wie in 10 veranschaulicht ist, enthält die ECU 130 einen Leistungsnockenbereich-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 144 und einen Sparnockenbereich-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 146, die sich vom Basis-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 44 bzw. vom Korrektur-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 46 der ECU 30 des ersten Ausführungsbeispiels unterscheiden. Der Leistungsnockenbereich-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 144 berechnet einen Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich als Reaktion auf das Signal vom Nockenwechsel-Bestimmungsabschnitt 40, das anzeigt, dass sich der Betriebszustand des Motors im Leistungsnocken-Betriebsbereich befindet. Der Leistungsnockenbereich-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 144 berechnet den Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich auf der Basis der Motordrehzahl und der erforderlichen Motorlast, die durch die Sensoren 34 und 36 erfasst werden. Der Sparnockenbereich-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 146 berechnet einen Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich als Reaktion auf das Signal vom Nockenwechsel-Bestimmungsabschnitt 40, das anzeigt, dass sich der Betriebszustand des Motors im Sparnocken-Betriebsbereich befindet. Der Sparnockenbereich-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 146 berechnet den Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich auf der Basis der Motordrehzahl und der erforderlichen Motorlast, die durch die Sensoren 34 und 36 erfasst werden. Die jeweiligen Berechnungen des Zündzeitpunktes im Leistungsnockenbereich und des Zündzeitpunktes im Sparnockenbereich werden unabhängig mittels Zündzeitpunkt-Plänen durchgeführt, die in den Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitten 144 bzw. 146 gespeichert sind. Der Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich ist relativ zum Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich vorverlegt. Wenn die Motordrehzahl ansteigt, wird der Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich weiter vorverlegt. Im zweiten Ausführungsbeispiel können der Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich und der Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich einzeln berechnet werden. Dies dient zur Erhöhung der Genauigkeit der Berechnung des Zündzeitpunktes im Leistungsnockenbereich und des Zündzeitpunktes im Sparnockenbereich.
11 veranschaulicht einen Ablauf der durch die ECU 130 von 10 durchgeführten Steuerung. Im Block S11 wird die gleiche Abfrage vorgenommen, wie sie im Block S1 von 7 vorgenommen wurde. Wenn im Block S11 die Abfrage zustimmend ist, geht der logische Ablauf zum Block S12 und dann zum Block S14 über. Im Block S12 wird der gleiche Vorgang durchgeführt, wie er im Block S2 von 7 durchgeführt wurde. Im Block S14 wird der Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich durch das Durchsuchen des im Sparnockenbereich-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 146 gespeicherten Plans auf der Basis der Motordrehzahl und der erforderlichen Motorlast berechnet, wobei in der Verbrennungskammer zum berechneten Zündzeitpunkt im Sparnockenbereich eine Zündung bereitgestellt wird.
Wenn im Block S11 die Abfrage negativ ist, geht der logische Ablauf zum Block S13 über, in dem der Zündzeitpunkt im Leistungsnockenbereich durch das Durchsuchen des im Leistungsnockenbereich-Zündzeitpunkt-Berechnungsabschnitt 144 gespeicherten Plans auf der Basis der Motordrehzahl und der erforderlichen Motorlast berechnet wird.

Claims

Motor mit variabler Nockensteuerung mit einem Einlassventil (2), wobei der Motor umfasst: einen ersten Nocken (11), der so geformt ist, dass er einen vergrößerten Einlassventilhub und eine verlängerte Einlassventildauer zulässt; einen zweiten Nocken (4), der so geformt ist, dass er einen verringerten Einlassventilhub und eine verkürzte Einlassventildauer zulässt; einen Nockenwechselmechanismus (10), mit dem in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl und einer Motorlast zwischen dem ersten und dem zweiten Nocken (11, 4) gewechselt wird; und eine Steuereinheit (30; 130), die so programmiert ist, dass sie im Wesentlichen Mengen an Einlassluft, die in den Motor vor und nach dem Wechseln von dem ersten Nocken (11) zu dem zweiten Nocken (4) strömen, ausgleicht und so programmiert ist, dass sie einen ersten Zündzeitpunkt bestimmt, wenn der zweite Nocken (4) betätigt wird, und einen zweiten Zündzeitpunkt, wenn der erste Nocken (11) betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zündzeitpunkt und der zweite Zündzeitpunkt auf eine minimale Vorverlegung für bestes Drehmoment (MBT) eingestellt sind, wobei der erste Zündzeitpunkt beim Wechseln von dem ersten Nocken (11) auf den zweiten Nocken (4) relativ zu dem zweiten Zündzeitpunkt vorverlegt wird.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor eine Drosselklappe (54) hat, wobei die Steuereinheit (30; 130) einen Abschnitt (46, 146) zum Bestimmen des ersten Zündzeitpunktes, einen Abschnitt (44, 144) zum Bestimmen des zweiten Zündzeitpunktes und einen Ab schnitt (42) zum Berechnen eines Soll-Öffnungsgrades der Drosselklappe auf Basis der Motordrehzahl und einer erforderlichen Motorlast beim Wechseln von dem ersten Nocken (11) zu dem zweiten Nocken (4) umfasst.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30; 130) des Weiteren einen Abschnitt (40) umfasst, der auf Basis der Motordrehzahl und der erforderlichen Motorlast bestimmt, dass Wechseln zwischen dem ersten Nocken (11) und dem zweiten Nocken (4) durchgeführt werden sollte.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30; 130) des Weiteren einen Abschnitt (48) umfasst, der den Nocken-Wechselmechanismus (10) in Abhängigkeit von der Bestimmung des Wechsels zwischen dem ersten Nocken (11) und dem zweiten Nocken (4) betätigt.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30; 130) des Weiteren einen Abschnitt (52) umfasst, der die Drosselkappe (54) steuert, um einen Öffnungsgrad auf den Soll-Öffnungsgrad zu ändern.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (46) zum Bestimmen des ersten Zündzeitpunktes den ersten Zündzeitpunkt berechnet, indem er einen Korrekturwert, der auf Basis der Motordrehzahl voreingestellt wird, zu dem zweiten Zündzeitpunkt addiert.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Motordrehzahl ansteigt, der voreingestellte Korrekturwert zunimmt.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach einem der Ansprüche 2–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (44) zum Bestimmen des zweiten Zündzeit punktes den zweiten Zündzeitpunkt auf Basis der Motordrehzahl und der Menge an Einlassluft berechnet.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (146) zum Bestimmen des ersten Zündzeitpunktes und der Abschnitt (144) zum Bestimmen des zweiten Zündzeitpunktes den ersten Zündzeitpunkt und den zweiten Zündzeitpunkt unabhängig auf Basis der Motordrehzahl und der erforderlichen Motorlast berechnen.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Motordrehzahl ansteigt, der erste Zündzeitpunkt weiter vorverlegt wird.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach einem der Ansprüche 2–10, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Öffnungsgrad der Drosselklappe (54) auf Basis der Motordrehzahl und der erforderlichen Motorlast berechnet wird.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach einem der Ansprüche 2–11, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren einen Sensor (36) für die erforderliche Motorlast, der die erforderliche Motorlast erfasst und ein Signal erzeugt, das die erfasste erforderliche Motorlast anzeigt, und einen Motordrehzahlsensor (34) umfasst, der die Motordrehzahl erfasst und ein Signal erzeugt, das die erfasste Motordrehzahl anzeigt, wobei der Sensor (36) für die erforderliche Motorlast und der Motordrehzahlsensor (34) elektronisch mit der Steuereinheit (30) verbunden sind.
Motor mit variabler Nockensteuerung nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren einen Einlassluftstrom-Sensor (38) umfasst, der die Menge an Einlassluft erfasst und ein Signal erzeugt, das die erfasste Menge an Einlassluft anzeigt, wobei der Einlassluftstromsensor (38) elektronisch mit der Steuereinheit (30) verbunden ist.
Verfahren zum Steuern eines Motors mit variabler Nockensteuerung, der eine Drosselklappe (54), ein Einlassventil (2), einen ersten Nocken, der so geformt ist, dass er einen vergrößerten Einlassventilhub und eine verlängerte Einlassventil dauer zulässt, und einen zweiten Nocken (4) enthält, der so geformt ist, dass er einen verringerten Einlassventilhub und eine verkürzte Einlassventildauer zulässt, wobei das Verfahren umfasst: in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl und einer Motorlast Bestimmen, ob der Motor in einem vorgegebenen Bereich betrieben wird; Wechseln von dem ersten Nocken (11) zu dem zweiten Nocken (4), wenn der Motor in dem vorgegebenen Bereich betrieben wird; Berechnen eines Soll-Öffnungsgrades der Drosselklappe (54), bei der Mengen an Einlassluft, die vor und nach dem Wechselvorgang in den Motor strömen, im Wesentlichen ausgeglichen sind; Steuern des Drosselventils (54), um einen Öffnungsgrad auf den Soll-Öffnungsgrad zu ändern; Berechnen eines ersten Zündzeitpunktes und eines zweiten Zündzeitpunktes; und Erzeugen von Zündung zu dem ersten Zündzeitpunkt, wenn der Motor in dem vorgegebenen Bereich betrieben wird, und Zündung zu dem zweiten Zündzeitpunkt, wenn der Motor außerhalb des vorgegebenen Bereiches betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zündzeitpunkt und der zweite Zündzeitpunkt auf eine minimale Vorverlegung für bestes Drehmoment (MBT) eingestellt sind, wobei der erste Zündzeitpunkt relativ zu dem zweiten Zündzeitpunkt vorverlegt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Berechnungsvorgang das Berechnen des ersten Zündzeitpunktes durch Addieren eines auf Basis der Motordrehzahl voreingestellten Korrekturwertes zu dem zweiten Zündzeitpunkt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Motordrehzahl ansteigt, der voreingestellte Korrekturwert zunimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Zündzeitpunkt auf Basis der Motordrehzahl und der Menge an Einlassluft berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Berechnens des ersten Zündzeitpunktes und des zweiten Zündzeitpunktes das unabhängige Berechnen des ersten und des zweiten Zündzeitpunktes auf Basis der Motordrehzahl und einer erforderlichen Motorlast umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Motordrehzahl ansteigt, der erste Zündzeitpunkt weiter vorverlegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–19, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Öffnungsgrad auf Basis der Motordrehzahl und einer erforderlichen Motorlast bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14–20, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Bereich ein Bereich ist, in dem die Motorlast und die Motordrehzahl verringert werden.