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Dokumentenidentifikation DE10013741B4 08.06.2006
Titel Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Kawakami, Takeshi, Kobe, Hyogo, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Anmeldedatum 20.03.2000
DE-Aktenzeichen 10013741
Offenlegungstag 15.03.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.2006
IPC-Hauptklasse F02D 43/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Um einen volumetrischen Wirkungsgrad oder eine Zündsteuerzeit entsprechend einem Verschiebevertrag im Drehwinkel oder der Phase einer Nockenwelle relativ zu einer Kurbelwelle, die betriebsmäßig damit verbunden ist, exakt zu erhalten, selbst wenn die Öffnungs-/Schließungs-Steuerzeit eines Auslassventils und eines Einlassventils geändert wird, um so optimal eine Kraftstoffeinspritzmenge oder eine Zündsteuerzeit zu steuern, wird die Kraftstoffeinspritzmenge oder die Zündsteuerzeit durch Berechnen eines Kraftstoffsteuerparameters oder eines Zündsteuerzeit-Steuerparameters auf Grundlage eines Ansaugdrucks und einer Drehzahl der Maschine gesteuert. Wenn die Ventilsteuerzeit geändert wird, wird der Betrag der Änderung in der Ventilsteuerzeit erfasst, so dass der Kraftstoffsteuerparameter oder der Zündsteuerzeit-Steuerparamter auf Grundlage des so erfassten Änderungsbetrags kompensiert wird. Der Kraftstoffsteuerparameter oder der Zündsteuerzeit-Steuerparameter wird als eine Vielzahl von Daten gespeichert, die vorher auf Grundlage des Ansaugdrucks und der Drehzahl der Maschine bestimmt werden, für jeden Wert einer Vielzahl von Erfassungen des Änderungsbetrags der Ventilsteuerzeit. Der Kraftstoffsteuerparameter weist einen Punkt auf, an dem eine Änderung in einer Änderungsrate davon relativ zu einem Änderungsbetrag der Ventilsteuerzeiten maximal ist, und die Daten für den Kraftstoffsteuerparameter oder den Zündsteuerzeit-Parameter werden vorher für jeden Änderungsbetrag im ...

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die mit einer variablen Ventilzeitsteuerungs-Einrichtung (VVT) zum variablen Steuern einer Öffnungs-/Schließungs-Steuerzeit (Ventilsteuerzeit) eines Einlassventils und eines Auslassventils der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf eine Betriebsbedingung der Maschine versehen ist, und insbesondere auf eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge oder einer Zündsteuerzeit im Ansprechen auf eine Änderung in der Ventilsteuerzeit.

2. Beschreibung des verwandten Sachstandes

Herkömmlicherweise ist in einer D-Jetronic Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine eine Kraftstoffeinspritzmenge oder eine Zündsteuerzeit durch Verwendung eines volumetrischen Wirkungsgrads (Zündzeitpunkt) oder einer Zündsteuerzeit ausgeführt worden, die aus der Anzahl von Umdrehungen pro Minute (UpM) der Maschine oder einem Ansaugdruck erhalten worden ist. Somit wird in dem D-Jetronic der volumetrische Wirkungsgrad oder die Zündsteuerzeit durch Verwendung der Drehzahl der Maschine und des Ansaugdrucks als Parameter erhalten. Der volumetrische Wirkungsgrad und die Zündsteuerzeit werden an einer Vielzahl von Punkten von einer Vielzahl von Drehzahlen der Maschine und Ansaugdrucken erhalten, um dadurch ein Kennfeld zu erstellen, und andere Werte als die Werte, die vorher bezüglich des volumetrischen Wirkungsgrads und der Zündsteuerzeit erhalten werden, werden aus dem Kennfeld mit Hilfe einer Interpolation erhalten.

Ein derartiges Verfahren zum Ermitteln des volumetrischen Wirkungsgrads ist für den Fall effektiv, dass die Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit des Auslass-/Einlass-Ventils konstant gehalten wird. In der Brennkraftmaschine, die mit der VVT zum variablen und kontinuierlichen Steuern der Ventilsteuerzeit versehen ist, verursacht eine Änderung in der Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit der Auslass-/Einlass-Ventile jedoch eine Änderung in dem volumetrischen Wirkungsgrad oder der optimalen Zündsteuerzeit, selbst wenn die Drehzahl der Maschine oder der Ansaugdruck konstant gehalten wird. Dann ist die Änderung in dem volumetrischen Wirkungsgrad (der volumetrischen Effizienz) und/oder der Zündsteuerzeit relativ zu der Änderung einer derartigen Ventilsteuerzeit in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine oder dem Ansaugdruck nicht konstant.

In der Brennkraftmaschine, die mit der VVT versehen ist, ergibt sich demzufolge für den Fall, dass die Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit des Auslass-/Einlass-Ventils geändert wird, ein Problem dahingehend, dass der Kraftstoffeinspritzbetrag oder die Zielzünd-Steuerzeit von dem optimalen Wert verschoben sein kann.

In DE 195 01 386 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer fremdgezündeten, mit einer Kraftstoffeinspritzanlage ausgerüsteten Kolbenbrennstoffmaschine beschrieben, deren je Ansaughub angesaugte Ladungsmenge dadurch gesteuert wird, dass die Öffnungsfunktion eines Einlassventils mittels einer Stelleinrichtung eingestellt wird.

Das Einlassventil wird insbesondere dadurch eingestellt, dass es von zwei mit gleicher Drehzahl umlaufenden Nocken betätigt wird, deren relative Phasenlage die Öffnungsfunktion bestimmt und die Stellung des Stellgliedes die Phasenlage bestimmt.

Die Stelleinrichtung wird in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals und Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, wie z.B. Drehzahl und/oder Temperatur gesteuert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demzufolge ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, das voranstehend angegebene Problem, welches im Stand der Technik eigentümlich ist, zu beseitigen. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, eine Steuervorrichtung für eine D-Jetronic Brennkraftmaschine mit einer VVT-Einrichtung bereitzustellen, die eine Vielzahl von Kennfeldern von Steuergrößen, wie einem volumetrischen Wirkungsgrad, einer Zündsteuerzeit und dergleichen, gemäß einem Verschiebebetrag der Öffnungs-/Schließungs-Steuerzeit des Einlassventils und/oder eines Auslassventils erstellen, die Werte zwischen den Kennfeldern auf Grundlage eines tatsächlichen Verschiebebetrags der tatsächlichen Ventilsteuerzeit interpolieren und exakt den volumetrischen Wirkungsgrad oder die Zündsteuerzeit entsprechend zu dem Verschiebebetrag erhalten kann, selbst wenn die Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit des Einlassventils und/oder des Auslassventils verändert wird, wodurch die Kraftstoffeinspritzmenge und die Zündsteuerzeit optimal besteuert werden können.

Desweiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei der die Menge von Daten, die in einem Speicher gespeichert werden sollen, so weit wie möglich verringert werden können, wenn der volumetrische Wirkungsgrad oder die Zündsteuerzeit im Ansprechen auf den Verschiebebetrag der Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit des Einlassventils und/oder des Auslassventils erhalten werden soll.

Die obige Aufgabe wird gemäss einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine zum variablen Steuern einer Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit eines Einlassventils und eines Auslassventils der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf eine Maschinenbetriebsbedingung vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst: einen Speicher zum Speichern eines Kraftstoffsteuerparameters als eine Vielzahl von Daten, die auf Grundlage eines Ansaugdrucks und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine voreingestellt sind; ein Ventilöffnungs-/Schließungselement, das auf einer Nockenwelle vorgesehen ist, die betriebsmäßig mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, um in einer antreibenden Weise das Einlassventil und das Auslassventil synchron zu einer Drehung der Kurbelwelle zu öffnen/schließen; eine Drehphasensteuereinrichtung zum Verschieben einer Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle; einen Verschiebebetrag-Detektor zum Erfassen eines Verschiebebetrags der Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle, verursacht durch die Drehschiebe-Steuereinrichtung; einen Kompensator zum Berechnen von Steuerdaten auf Grundlage des Ansaugdrucks und der Drehzahl der Maschine und der Vielzahl von Daten des Kraftstoffsteuerparameters, die in dem Speicher gespeichert sind und zum Kompensieren der berechneten Daten auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetragdetektors; und eine Kraftstoffeinspritzmengen-Steuereinrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge an jedem Zylinder der Brennkraftmaschine der Daten, in denen der Kraftstoffsteuerparameter kompensiert bzw. ausgeglichen worden ist. Der Kraftstoffsteuerparameter weist einen Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt auf, an dem eine Änderung in einer Änderungsrate des Kraftstoffsteuerparameters relativ zu dem Verschiebebetrag der Nockenwelle maximal ist und die Daten des Kraftstoffsteuerparameters werden vorher für jeden Verschiebebetrag im wesentlichen entsprechend des Änderungsraten-Änderungsmaximum-Punkts bestimmt.

In einer bevorzugten Ausführung des ersten Aspekts der Erfindung werden andere Werte des Kraftstoffsteuerparameters als die gespeicherten Daten über eine Interpolationsberechnung im Ansprechen auf einen Erfassungswert des Verschiebebetragdetektors aus dem gespeicherten Kraftstoffsteuerparameter entsprechend zu dem Verschiebebetrag nahe zu dem Erfassungswert erhalten.

In einer anderen bevorzugten Ausführung des ersten Aspekts der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung ferner einen Überlappungsbetrag-Rechner zum Berechnen eines Überlappungsbetrags des Einlassventils und des Auslassventils auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetrag-Detektors. Der Kraftstoffsteuerparameter ist ein Wert, der wenigstens in einem Bereich, in dem der Überlappungsbetrag größer als ein vorgegebener Wert ist, kleiner als in dem anderen Bereichen davon ist.

Gemäss einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine zum variablen Steuern einer Öffnungs-/Schließungs-Steuerzeit eines Einlassventils und eines Auslassventils der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf eine Maschinenbetriebsbedingung vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst: einen Speicher zum Speichern eines Zündsteuerzeit-Steuerparameters als eine Vielzahl von Daten, die auf Grundlage eines Ansaugdrucks und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine voreingestellt sind; ein Ventilöffnungs-Schließungselement, das auf einer Nockenwelle vorgesehen ist, die betriebsmäßig mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, um das Einlassventil und das Auslassventil synchron zu einer Drehung der Kurbelwelle in einer antreibenden Weise zu öffnen/schließen; eine Drehphasen-Steuereinrichtung zum Verschieben einer Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle; einen Verschiebebetrag-Detektor zum Erfassen eines Verschiebebetrags der Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle, verursacht durch die Drehungsverschiebe-Steuereinrichtung; einen Kompensator (Ausgleicher) zum Berechnen von Steuerdaten auf Grundlage des Ansaugdrucks, der Drehzahl der Maschine und der Vielzahl von Daten des Zündsteuerzeit-Steuerparameters, wie in dem Speicher gespeichert sind, und zum Kompensieren der berechneten Daten auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetrag-Detektors; und eine Zündsteuerzeit-Steuereinrichtung zum Steuern einer Zündsteuerzeit für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine gemäß der Daten, in denen der Zündsteuerzeit-Steuerparameter kompensiert (ausgeglichen) worden ist. Der Zündzeitpunkt-Steuerparameter weist einen Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt auf, an dem eine Änderung in einer Änderungsrate des Zündsteuerparameters relativ zu dem Verschiebebetrag der Nockenwelle maximal ist, und die Daten des Zündsteuerzeit-Steuerparameters werden vorher für jeden Verschiebebetrag im wesentlichen entsprechend zu dem Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt bestimmt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung werden andere Werte des Zündsteuerzeit-Steuerparameters als die gespeicherten Daten durch eine Interpolationsberechnung im Ansprechen auf einen Erfassungswert des Verschiebebetrag-Detektors aus dem gespeicherten Zündsteuerzeit-Steuerparameter gemäss dem Verschiebebetrag nahe zu dem Erfassungswert erhalten.

In einer anderen bevorzugten Ausbildung des zweiten Aspekts der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung ferner einen Überlappungsbetrag-Rechner zum Berechnen eines Überlappungsbetrags des Einlassventils und des Auslassventils auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetrag-Detektors. Der Zündsteuerzeit-Steuerparameter ist ein Wert, der die Zündsteuerzeit wenigstens in einem Bereich vorrückt, wo der Überlappungsbetrag größer als ein vorgegebener Wert ist, als derjenige in den anderen Bereichen davon.

Die Erfindung wird mit der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Querschnittsansicht, die einen schematischen Aufbau einer Brennkraftmaschine zeigt, auf die eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäss der vorliegenden Erfindung angewendet wird;

2 ein Funktionsblockschaltbild einer elektronischen Steuereinheit (ECU) gemäss einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 ein Kennfeld, das einen Zusammenhang zwischen einer Maschinendrehzahl (UpM), einem Ansaugdruck und einem volumetrischen Wirkungsgrad gemäss der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

4 Kennfelder für den volumetrischen Wirkungsgrad, die für drei Ventilöffnungs-/Schliessungs-Steuerzeiten VT1, VT2 und VT3 erstellt sind;

5 eine Graphik, die einen Zusammenhang zwischen dem volumetrischen Wirkungsgrad und der Einlassventil-Öffnungs-/Schließungs-Steuerzeit für den Fall zeigt, dass die Drehzahl Ne der Maschine und der Ansaugdruck Pb konstant gehalten werden;

6 ein Funktionsblockschaltbild, das eine ECU gemäss einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

7 ein Kennfeld, das einen Zusammenhang zwischen einer Maschinendrehzahl (UpM), einem Ansaugdruck und einer Zündsteuerzeit gemäss der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

8 Zündsteuerzeit- Kennfelder, die für drei Ventil-Öffnungs/Schliessungs-Steuerzeiten VT1, VT2 bzw. VT3 erstellt sind; und

9 eine Graphik, die einen Zusammenhang zwischen der Zündsteuerzeit und der Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit für den Fall zeigt, dass die Maschinendrehzahl Ne und der Ansaugdruck Pb konstant gehalten werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nun werden bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Ausführungsform 1

1 zeigt schematisch im Querschnitt den Aufbau einer Brennkraftmaschine mit einer allgemeinen variablen Ventilzeitsteuerungs-Einrichtung, auf die die vorliegenden Erfindung angewendet ist.

In 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 eine Vielzahl (zum Beispiel 4) von Zylindern, die einen Maschinenaufbau bilden. Hier ist nur einer der Zylinder der Maschine 1 gezeigt.

Ein Zylinderblock 2 definiert darin die Zylinder der Maschine 1. Ein Zylinderkopf 3 ist mit dem oberen Teil des Zylinderblocks 2 verbunden. Ein Kolben 4 ist in jedem Zylinder des Zylinderblocks 2 aufgenommen, um so für eine Hin-/Her-Bewegung bewegt zu werden. Eine Kurbelwelle 5 ist mit einem Endabschnitt des Kolbens 4 verbunden und wird gemäß der hin- und herlaufenden Bewegung des Kolbens 4 gedreht.

Ein Kurbelwinkelsensor 6 in der Form eines elektromagnetischen Aufnehmers ist in der Nähe zum Beispiel der Kurbelwelle 5 angeordnet und ergibt ein Kurbelwinkelsignal SGT synchron zu der Drehung der Maschine 1 aus. Das Kurbelwinkelsignal SGT wird verwendet, um die Drehzahl Ne der Maschine 1 sowie eine vorgegebene Position der Kurbelwelle 5, d.h. einen vorgegebenen Referenzkurbelwinkel (°CA) davon, zu erfassen.

Ein Signalrotor 7 ist integral mit der Kurbelwelle 5 verbunden und weist zwei Zähne 7a und einen magnetischen Material auf, die an jedem Drehwinkel von 180° gebildet sind. Der Kurbelwinkelsensor 6 erzeugt ein impulsförmiges Kurbelwinkelsignal SGT jedes Mal dann, wenn ein Zahn 7a an einem vorderen Abschnitt des Kurbelwinkelsensors 6 vorbeigeht.

Durch eine innere Wand jedes Zylinders, dem Zylinderkopf 3 und einem oberen Abschnitt jedes Kolbens 4 ist eine Verbrennungskammer 8 definiert, in der ein Luft-Kraftstoffgemisch, welches in die Maschine 1 angesaugt wird, verbrannt wird. Eine Zündkerze 9 ist an dem oberen Teil des Zylinderkopfs 3 angeordnet, um so in die Verbrennungskammer 8 zum Zünden des Gemischs durch eine elektrische Entladung vorzustehen.

Ein Verteiler 10 ist angeordnet, um mit einer auslassseitigen Nockenwelle 20 (für die nachstehend beschrieben wird) des Zylinderkopfs 3 verbunden zu sein, und legt sequentiell eine Hochspannung zur Zündung an die Zündkerze 9 jedes Zylinders an. Ein Zünder 11 erzeugt die Hochspannung für die Zündung.

Jede Zündkerze 9 ist mit dem Verteiler 10 über ein Hochspannungskabel (nicht gezeigt) verbunden und die von dem Zünder 11 ausgegebene Hochspannung wird über dem Verteiler 10 an jede Zündkerze 9 synchron zu der Drehung der Kurbelwelle 5 verteilt.

Ein Wassertemperatursensor 12 ist auf dem Zylinderblock 2 zum Erfassen einer Temperatur (Kühlwassertemperatur) W des Kühlwassers, das entlang eines Kühlwasserbads fließt, angeordnet. Eine Einlassöffnung 13 ist auf der Einlassseite des Zylinderkopfs 3 vorgesehen, wohingegen eine Auslassöffnung 14 auf der Auslassseite des Zylinderkopfs 3 vorgesehen ist.

Ein Ansaugkanal 15 steht in Verbindung mit der Einlassöffnung 13, wohingegen ein Auslasskanal 16 in Verbindung mit der Auslassöffnung 14 steht. Ein Einlassventil 17 ist in der Einlassöffnung 13 des Zylinderkopfs 3 angeordnet, wohingegen ein Auslassventil 18 in die Auslassöffnung 14 des Zylinderkopfs 3 angeordnet ist.

Eine einlassseitige Nockenwelle 19 ist über dem Einlassventil 17 angeordnet, um das Einlassventil 17 in einer antreibenden Weise zu öffnen/schließen. Die auslassseitige Nockenwelle 20 ist über dem Auslassventil 18 angeordnet, um das Auslassventil 18 in einer antreibenden Weise zu öffnen/schließen.

Eine einlassseitige Zeitsteuerscheibe 21 ist an einem Ende der einlassseitigen Nockenwelle 19 angebracht, wohingegen eine auslassseitige Zeitsteuerscheibe 22 an einem Ende der auslassseitigen Nockenwelle 20 angebracht ist. Die Zeitsteuerscheiben 21, 22 sind betriebsmäßig mit der Kurbelwelle 5 über einem Zeitsteuerriemen 23 verbunden. Jede Nockenwelle 19, 20 dreht sich bei einer Geschwindigkeit, die die Hälfte der Geschwindigkeit der Kurbelwelle 5 ist.

Beim Betrieb der Maschine 1 wird ein Drehmoment der Kurbelwelle 5 an die jeweiligen Nockenwellen 19, 20 über die jeweiligen Zeitsteuerscheiben 21, 22 und den Zeitsteuerriemen 23 zum Drehen der jeweiligen Nockenwellen 19, 20 übertragen.

Somit werden das Einlassventil 17 und das Auslassventil 18 synchron zu der Drehung der Kurbelwelle 5 und den Hin- und Herbewegungen des Kolbens 4 in einer angetriebenen Weise geöffnet/geschlossen.

Insbesondere wird jedes Ventil 17, 18 zu einer vorgegebenen Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit synchron zu einer Reihe von vier Hüben einschließlich eines Ansaughubs, eines Kompressionshubs, eines Explosions(Ausdehnungs)-Hubs und eines Auslasshubs der Maschine 1 angetrieben.

Ein Nockenwinkelsensor 24 ist in der Nähe der einlassseitigen Nockenwelle 19 zum Ausgeben eines Nockenwinkelsignals SGC angeordnet, das zum Erfassen der Betriebssteuerzeit (Ventilsteuerzeit) des Einlasswinkels 17 verwendet wird.

Ein Signalrotor 25 ist integral mit der einlassseitigen Nockenwelle 19 gebildet und weist vier Zähne 25a aus einem magnetischen Material auf, die bei jedem Drehwinkel von 90° auf dem äußeren Umfang davon gebildet sind. Der Nockenwinkelsensor 24 erzeugt ein impulsartiges Nockenwinkelsignal SGC jedes Mal dann wenn jeder Zahn 25a an einem vorderen Abschnitt des Nockenwinkelsensors 24 vorbeigeht.

Ein Drosselventil 26 ist in dem Einlasskanal 15 (Ansaugkanal) angeordnet und wird mit Hilfe der Bewegung eines Gaspedals (nicht gezeigt) in einer angetriebenen Weise geöffnet (geschlossen), wodurch eine Luftflussrate, d.h. eine an die Maschine 1 gelieferte Luftansaugmenge Q eingestellt wird. Ein Drosselsensor 27 ist mit dem Drosselventil 26 zum Erfassen des Öffnungsgrads des Drosselventils 26 verbunden.

Ein Ansaugdrucksensor 28 ist stromabwärts von dem Drosselventil 26 zum Erfassen eines Ansaugdrucks Pb in diesem Abschnitt des Ansaugkanals 25, der sich stromabwärts von dem Drosselventil 26 befindet, angeordnet. Ein Stoßtank (Ausgleichsbehälter) 29 ist an einer Stelle stromabwärts von dem Drosselventil 26 zum Steuern der Pulsierung der Ansaugluft vorgesehen.

Ein Einspritzer 30 befindet sich in der Nähe der Einlassöffnung 13 jedes Zylinders zum Einspritzen von Kraftstoff dorthin, um so ein Luft-/Kraftstoff-Gemisch in die Verbrennungskammer 8 zu initiieren. Jeder Einspritzer 30 umfasst ein elektromagnetisches Ventil, welches durch einen daran gefülhrten Strom betrieben wird. Der Kraftstoff wird unter Druck von einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) an jeden Einspritzer 30 geliefert.

Beim Betrieb der Maschine wird Luft in den Einlasskanal 15 angesaugt und gleichzeitig wird jeder Einspritzer 30 betrieben, um Kraftstoff in Richtung auf eine zugehörige Einlassöffnung 13 hin zu injizieren. Infolgedessen wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Einlassöffnung 13 gebildet und an die Verbrennungskammer 8 auf eine Öffnung des Einlassventils 17 bei dem Einlasshub hin geführt.

Eine variable Ventilzeitsteuerungseinrichtung (nachstehend als VVT bezeichnet) 40 ist mit der einlassseitigen Nockenwelle 19 verbunden und wird mit Hydrauliköl (Schmiermittel für die Maschine 1) zum Ändern der Ventilöffnungs- und/oder Schliessungs-Steuerzeit des Einlassventils 17 angetrieben. Obwohl nicht dargestellt, kann ein ähnlicher Ventil-Zeitsteuerungsmechanismus auch mit der auslassseitigen Nockenwelle zum Ändern der Ventilsteuerzeit des Auslassventils 18 verbunden sein.

Die VVT 40 ändert kontinuierlich die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 17 durch Ändern eines Verschiebewinkels der einlassseitigen Nockenwelle 19 relativ zu der einlassseitigen Zeitsteuerungsscheibe 21. Ein Ölsteuerventil (nachstehend als OCV bezeichnet) 80 führt an die VVT 40 das Hydrauliköl und stellt die Menge des Hydrauliköles ein.

Eine elektronische Steuereinheit (nachstehend als ECU bezeichnet) 100 in der Form eines Mikrocomputers arbeitet zum Ansteuern von verschiedenen Stellgliedern, wie dem Einspritzer 30, dem Zünder 11, dem OCV 80 und der gleichen, auf Grundlage der Signale der verschiedenen Sensoren, die die Betriebsbedingung der Maschine 1 darstellen (d.h. Ansaugdruck Pb, Drosselöffnungsgrad, Kühlwassertemperatur W, Kurbelwinkelsignal SGT, Nockenwinkelsignal SGC oder dgl.) und steuert die Kraftstoffeinspritzmenge, die Zündsteuerzeit, die Ventilsteuerzeit und dgl. relativ zu der Maschine 1.

Die ECU berechnet hauptsächlich die Drehzahl Ne der Maschine auf Grundlage des Kurbelwinkelsignals, ermittelt einen volumetrischen Wirkungsgrad EV der in jeden Zylinder angesaugten Ansaugluft als einen Kraftstoffsteuerparameter auf Grundlage der Maschinendrehzahl Ne und des Ansaugdrucks Pb, der von dem Ansaugdrucksensor 28 erfasst wird, und berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge für jeden Einspritzer 30 auf Grundlage des volumetrischen Wirkungsgrads EV.

Überdies sind die einlassseitige Nockenwelle 19, die auslassseitige Nockenwelle 20, die einlassseitige Zeitsteuerscheibe 21, die auslassseitige Zeitsteuerscheibe 22 und der Zeitsteuerriemen 23 auf den Nockenwellen 19 und 20 vorgesehen, die synchron zu der Kurbelwelle 5 der Brennkraftmaschine angetrieben gedreht werden und zusammen ein Ventilöffnungs-/Schließungselement zum angetriebenen Öffnen/Schließen des Einlassventils 17 und des Auslassventils 18 synchron zu der Drehung der Kurbelwelle 5 bilden. Ferner bilden die VVT 40 und das OCV 80 zusammen eine Drehphasen-Steuereinrichtung zum Verschieben von jeweiligen Drehphasen der Nockenwellen 19 und 20 relativ zu der Kurbelwelle 5.

2 ist ein Blockschaltbild, das die funktionelle Konstruktion der ECU 100 in der Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 2 gezeigt, ist die ECU 100 mit einem Verschiebebetragdetektor 100 zum Erfassen des Verschiebebetrags der Drehphase relativ zu der Kurbelwelle 5 durch die Drehphasen-Steuereinrichtung aus dem Ausgangssignal SGT des Kurbelwinkelsensors 6 und dem Ausgangssignal SGC des Nockenwinkelsensors 24, einem Speicher 100B zum Speichern des volumetrischen Wirkungsgrads EV als den Kraftstoffsteuerparameter bei jedem Verschiebebetrag von der Vielzahl von Verschiebebeträgen (z.B. Einlassventilsteuerzeit VT0 bis VT4) als eine Vielzahl von Daten, die vorher auf Grundlage der Drehzahl Ne der Maschine und dem Ansaugdruck Pb bestimmt wurden, einem Kompensator 100C zum Berechnen der Steuerdaten auf Grundlage der Vielzahl von Daten des volumetrischen Wirkungsgrads EV, die in dem Speicher 100B gespeichert sind, der Maschinendrehzahl Ne und dem Ansaugdruck Pb und zum Kompensieren der berechneten Daten auf Grundlage der Erfassungswerte des Verschiebebetragdetektors 100A und einer Kraftstoffeinspritzmengen-Steuereinrichtung 100D zum Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge an jedem Zylinder der Brennkraftmaschine gemäß der Daten, in denen der volumetrische Wirkungsgrad EV kompensiert worden ist, versehen.

Wie nachstehend noch beschrieben wird, weist der volumetrische Wirkungsgrad EV, der als der Kraftstoffsteuerparameter verwendet wird, einen maximalen Punkt auf, an dem eine Änderung in der Änderungsrate des volumetrischen Wirkungsgrads relativ zu einem Änderungsbetrag der Einlassventil-Öffnungssteuerzeit ein maximaler Wert wird. Die Daten des volumetrischen Wirkungsgrads EV werden vorher an einer Vielzahl von diskreten Änderungsbeträgen der Ventilsteuerzeit (z.B. der Ansaugventil-Öffnungssteuerzeit) in der Nähe des maximalen Punkts bei der Änderung der Änderungsrate bestimmt.

Ferner ist die ECU 100 mit einem Überlappungsbetragrechner 100E zum Berechnen eines Überlappungsbetrags des Auslassventils auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetragdetektors 100A versehen, und der Kraftstoffsteuerparameter wird auf einen Wert eingestellt, der wenigstens in einem Bereich, wo der Überlappungsbetrag groß ist, kleiner als in den anderen Bereichen eingestellt.

3 zeigt Kennfelder, die einen Zusammenhang zwischen dem volumetrischen Wirkungsgrad, dem Ansaugdruck und der Drehzahl der Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

In 3 bezeichnen N1 bis Nm m jeweilige Maschinendrehzahlen Ne der Maschine, P1 bis Pn bezeichnen n Ansaugdrucke Pb (mmHg) und EV11 bis Evmn bezeichnen m n volumetrische Wirkungsgrade EV. Der Wert Evij bezeichnet einen Ziel-(Optimum)-Volumetrikwirkungsgrad EV, wenn die Drehzahl Ne der Maschine Ni und der Ansaugdruck Pb Pj ist. Dies wird durch Experimente ermittelt.

4 zeigt Kennfelder des volumetrischen Wirkungsgrads, die jeweils an drei Ventilöffnungs-/Schliessungs-Steuerseiten VT1, VT2 und VT3 gebildet werden und diese Kennfelder werden in dem Speicher 100B gespeichert.

5 zeigt einen Zusammenhang zwischen dem volumetrischen Wirkungsgrad EV und der Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit für den Fall, dass die Drehzahl Ne der Maschine und der Ansaugdruck Pb konstant gemacht sind. In dieser Figur bezeichnet die Kurve (1) den volumetrischen Wirkungsgrad gegenüber der Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit bei einer niedrigen Drehzahl der Maschine und einen niedrigen Ansaugdruck, die Kurve (2) bezeichnet den volumetrischen Wirkungsgrad über der Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit bei einer mittleren Drehzahl der Maschine und einem mittleren Ansaugdruck, und die Kurve (3) bezeichnet den volumetrischen Wirkungsgrad über der Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit bei einer hohen Drehzahl der Maschine und einem hohen Ansaugdruck.

Für den Fall, dass die Drehzahl Ne der Maschine und der Ansaugdruck Pb konstant gehalten werden, steigt der volumetrische Wirkungsgrad EV im wesentlichen linear an, bis er den maximalen Punkt erreicht und nimmt im wesentlichen linear von dieser Position ab, wenn die Einlassventil-Öffnung-/Schliessungs-Steuerzeit VT von der Position VT0 entsprechend der am weitesten zurück verlegten Winkelposition in dem variablen Bereich, in dem die Ventilüberlappungsperiode, wo die Einlass- und Auslassventile beide geschlossen sind, minimal ist, auf die Position VT4 entsprechend zu der am weitesten vorgerückten Winkelposition, bei der die Ventilüberlappungsperiode maximal ist, verändert wird. In jeder der Kurven (1) bis (3) für den volumetrischen Wirkungsgrad/Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit sind die Punkte, an denen die Änderung in der Änderungsrate des volumetrischen Wirkungsgrads EV maximal ist, die Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkte VT1 bis VT3. Im dargestellten Beispiel wird der volumetrische Wirkungsgrad EV aus dem im wesentlichen linearen Inkrement auf das im wesentlichen lineare Dekrement um jeden der Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkte VT1 bis VT3 geändert. Derartige Charakteristiken des volumetrischen Wirkungsgrads EV werden aus der Tatsache abgeleitet, dass eine sogenannte EGR-Menge der Luft (d.h. die Luftmenge in dem Auslasskanal, die während der Ventilüberlappungsperiode an die Maschine zurückgeführt wird), während der Ventilüberlappungsperiode erhöht wird, so dass die Luftmenge, die von dem Einlasskanal in die Maschine angesaugt werden soll, verringert wird, oder aus der Tatsache, dass die Pulsierung der Ansaugluft gemäss des Öffnungs-/Schliessungs-Betriebs der Einlass-Auslass-Ventile so auftritt, dass die in die Maschine angesaugte Luftmenge erhöht wird, für den Fall, dass die Pulsierung zu der Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit des Einlassventils oder dgl. synchronisiert ist. In dem in 5 gezeigten Beispiel, mit der hohen Drehzahl der Maschine und dem hohen Ansaugdruck, erscheint die Spitze (der maximale Wert) des volumetrischen Wirkungsgrads EV, wenn die Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit bei VT1 auf der relativ zurückverlegten Winkelseite ist; mit der mittleren Drehzahl und dem mittleren Ansaugdruck erscheint die Spitze des volumetrischen Wirkungsgrads EV bei VT2, wenn die Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit auf der am weitesten vorgerückten Winkelseite als VT1 ist; und mit der niedrigen Drehzahl und dem niedrigen Ansaugdruck erscheint die Spitze des volumetrischen Wirkungsgrads EV bei VT3, wenn die Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit auf der am weitesten vorgerückten Winkelseite als VT2 ist. Zum Beispiel besteht eine Tendenz dahingehend, dass die Spitze des volumetrischen Wirkungsgrads EV, d.h. der Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt auf der zurückverlegten Winkelseite erscheint, wenn die Maschinendrehzahl und der Ansaugdruck höher werden, und dass er auf der vorgerückten Winkelseite auftritt, wenn die Maschinendrehzahl und der Ansaugdruck niedriger werden. In 5 sind die Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkte VT1 bis VT3 der Kurven (1) bis (3), die mit den durchgezogenen Linien angedeutet sind, Wendepunkte, wo die Änderungsrate des volumetrischen Wirkungsgrads EV von positiv nach negativ geändert wird. In Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl oder dem Ansaugdruck, wie mit einer gestrichelten Linie mit einem Punkt in 5 gezeigt ist, gibt es einen Fall, bei dem die Kurve des volumetrischen Wirkungsgrads EV monoton abnimmt, wenn sich die Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit in Richtung auf die vorgegebene linke Seite hin bewegt und es gibt keinen Wendepunkt, wo die Änderungsrate von positiv nach negativ geändert wird. In einem derartigen Fall ist der Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt VT6 ein Punkt, an dem die Änderung in der Änderungsrate ein Maximum wird.

Überdies, obwohl in 4 gezeigt, gibt es Kennfelder für die Position VT0, wo die Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit VT der am meisten zurückverlegten Winkelposition in dem variablen Bereich entspricht, und für die Position VT4, die der am weitesten vorgerückten Winkelposition in dem variablen Bereich entspricht, und diese Kennfelder werden in dem Speicher 100B in der gleichen Weise wie VT1 bis VT3 gespeichert.

Ein Verfahren zum Kompensieren des volumetrischen Wirkungsgrads EV und der Verwendung einer Vielzahl von volumetrischen Wirkungsgrad- Kennfelder gemäß dem Kompensator 100C wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben.

Zunächst wird der Fall beschrieben, bei dem die Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit VT5 bestimmt werden soll. Der Kompensator 100C bestimmt zunächst, wo VT5 in welchem der vier Bereiche VT0 bis VT1, VT1 bis VT2, VT2 bis VT3 und VT3 bis VT4 existiert. Dann wird die Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit auf der zurückverlegten Winkelseite und der vorgerückten Winkelseite in der Nähe zu VT5 gewählt. In diesem Fall, wie mit den gepunkteten Linien in 5 angedeutet, sei zum Zweck der Erläuterung angenommen, dass VT5 in einem Bereich zwischen VT2 und VT3 ist, und dass die Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeiten in der Nähe von VT5 auf der zurückverlegten Winkelseite und der vorgerückten Winkelseite VT2 bzw. VT3 sind. Dann wird der volumetrische Wirkungsgrad EV für VT5 durch Verwenden (Lesen) der volumetrischen Wirkungsgrad-Kennfelder der Ventilöffnungs-/Schliessungs-Steuerzeiten VT2 und VT3 der 4, wie in dem Speicher 100B gespeichert sind, ermittelt. Insbesondere wird die Maschinendrehzahl Ne und der Ansaugdruck Pj für die Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit VT5 wie folgt erhalten.

Zunächst wird der volumetrische Wirkungsgrad Evij (VT2), der Ni und Pj entspricht, aus dem volumetrischen Wirkungsgrad-Kennfeld der Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit VT2 ermittelt, und gleichzeitig wird der volumetrische Wirkungsgrad EVij (VT3), der Ni und Pj entspricht, aus dem volumetrischen Wirkungsgrad-Kennfeld der Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit VT3 ermittelt. Danach wird EVij(VT5) aus EVij(VT2) und EVij(VT3) gemäß der Interpolationsberechnung durch Verwendung der folgenden Gleichung ermittelt: EVij(VT5) = EVij(VT2) + (EVij(VT3) – EVij(VT2))·(VT5 – VT2)/(VT3 – VT2)

Die Kraftstoffeinspritzmengen-Steuereinrichtung 100D ermittelt eine Ziel-(Optimum)-Kraftstoffeinspritzmenge Qinj und eine Zieleinspritzer-Ansteuerzeit Tinj, wie nachstehend angegeben, durch Verwenden des so ermittelten volumetrischen Wirkungsgrads EV. Bei der Maschinendrehzahl Ne und dem Ansaugdruck Pj wird nämlich die Ziel-(Optimum)-Kraftstoffeinspritzmenge Qinj aus der folgenden Gleichung aus dem volumetrischen Wirkungsgrad EVij (VT5) und dem Ansaugdruck Pj ermittelt. Qinj = Kq·(Pj·EVij(VT5)) wobei Kq der Kraftstoffzuführungsmengen-Umwandlungskoeffizient [mcc/mmHg] ist und Pj·EVij(VT5) der Ansaugluftmenge entspricht.

Da zusätzlich tatsächlich ein Rückkopplungskompensationskoeffizient Kfb und ein Kompensationskoeffizient Ketc zum Kompensieren der Luftdichte oder dgl. vorhanden ist, ist die Ziel-(Optimum)-Kraftstoffeinspritzmenge Qinj: Qinj = Kq·(Pj·EVij(VT5))·Kfb·Ketc wobei der Rückkopplungskompensationskoeffizient Kfb durch einen Sauerstoffsensor (nicht gezeigt) erfasst wird, in dem die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas ermittelt wird, um eine Rückkopplungssteuerung der übermäßigen und fehlenden Kraftstoffmenge, die von dem Einspritzer 30 zugeführt oder eingespritzt wird, als Folge der Erfassung über eine Rückkopplung zu steuern. Gemäß einer derartigen Rückkopplungssteuerung ist es möglich, den Versatz aufgrund der Interpolationsberechnung des voranstehend erwähnten volumetrischen Wirkungsgrads durch den Rückkopplungskompensationskoeffizienten Kfb zu einem gewissen Grad zu kompensieren. Wenn jedoch der Versatz (Offset) zu groß wird, ist es unmöglich, den Versatz durch den Rückkopplungskompensationskoeffizienten Kfb zu kompensieren. Da der Rückkopplungskompensationskoeffizient Kfb nicht nur zum Kompensieren des Versatzes aufgrund der Interpolationsberechnung verwendet wird, wird bevorzugt, den Versatz aufgrund der Interpolationsberechnung innerhalb ungefähr eines Viertels des Kompensationsbereichs durch den Rückkopplungskompensationskoeffizienten Kfb zu halten. Da der Kompensationsbereich des Rückkopplungskompensationskoeffizienten Kfb gewöhnlicherweise ungefähr 20 bis 30% ist, wird bevorzugt, den Offset (Versatz) der Kompensationsberechnung innerhalb von ± 5 bis ± 7% zuzulassen.

Die Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkte VT1 bis VT3 in den Kurven (1) bis (3) des volumetrischen Wirkungsgrads EV der 5, die voranstehend beschrieben wurden, sind die Maximumpunkte, an denen der Versatz (die Abweichung) 5% bis 7% für den Fall übersteigen, dass die Kurven (1) bis (3) des volumetrischen Wirkungsgrads EV durch die Linien approximiert werden, die beide Enden VT0 und VT4 miteinander verbinden. Durch erneutes Approximieren der Werte um die Maximumpunkte des Versatzes herum ist es möglich, den neuen Versatz auf weniger als oder gleich zu dem Bereich von 5 bis 7% zu unterdrücken.

Da auch die Kraftstoffzuführung durch die Ein-/Aus-Steuerung des Einspritzers 30 ausgeführt wird, wird der Ausgangswert der ECU für eine Einspritzersteuerung eine Einspritzeransteuerzeit Tinj, die wie folgt ausgedrückt wird: Tinj = Kinj·Qinj wobei Kinj ein Umwandlungskoeffizient [ms/mcc] zum Umwandeln einer Ausgangsmenge Qinj des Einspritzers 30 in die entsprechende Ansteuerzeit Tinj ist.

Die Kraftstoffeinspritzmenge-Steuereinrichtung 100D steuert den Einspritzer 30 nur für eine Periode der Einspritzeransteuerzeit Tinj an, so dass der Einspritzer 30 die berechnete Kraftstoffmenge Qinj in den Ansaugkanal 15 jedes Zylinders zu einer Steuerzeit einspritzt, die von einem Ausgangssignal SGT des Kurbelwinkelsensors 6 erhalten wird.

Überdies ist in der vorangehenden Erläuterung der Kraftstoffsteuerparameter der volumetrische Wirkungsgrad, aber anstelle des volumetrischen Wirkungsgrads ist es möglich, den Kraftstoffsteuerparameter, die Kraftstoffeinspritzmenge oder die Einspritzeransteuerzeit oder dgl., die so erhalten werden, zu verwenden.

Ausführungsform 2

In der Ausführungsform 1 wird die vorliegende Erfindung auf den Fall angewendet, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem volumetrischen Wirkungsgrad berechnet wird. Jedoch wird in der Ausführungsform 2 die vorliegende Erfindung auf den Fall angewendet, wo die Zündsteuerzeit der Brennkraftmaschine berechnet wird. In diesem Fall ermittelt die ECU200 einen Zielzündperiode T für jeden Zylinder als den Zündsteuerzeit-Steuerparameter auf Grundlage der Maschinendrehzahl Ne und dem Ansaugdruck Pb zum optimalen Steuern der Zündsteuerzeit der Zündkerze 9, die für jeden Zylinder vorgesehen ist, während die Maschinenbetriebsbedingung berücksichtigt wird.

6 ist ein Blockschaltbild, das eine Funktion der ECU 200 der Brennkraftmaschinen-Steuervorrichtung gemäss der zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in 6 gezeigt, umfasst die ECU 200 einen Verschiebebetragdetektor 200A zum Erfassen eines Verschiebebetrags des Drehwinkels oder der Phase der Nockenwelle 19 relativ zu der Kurbelwelle 5 durch eine Drehphasen-Steuereinrichtung von dem Ausgangssignal SGT des Kurbelwinkelsensors 6 und dem Ausgangssignal SGC des Nockensensors 24, einen Speicher 200B zum Speichern einer Zündperiode T, die als ein Zündsteuerzeit-Steuerparameter für jede einer Vielzahl von Verschiebebeträgen (eine Vielzahl von Einlassventil-Steuerzeiten VT0 bis VT4) verwendet werden, als eine Vielzahl von Daten, die vorher auf Grundlage des Ansaugdrucks Pb und der Maschinendrehzahl Ne erhalten werden, einen Kompensator 200C zum Berechnen der Steuerdaten auf Grundlage der Vielzahl von Daten der Zündsteuerzeit T, die in dem Speicher 200B gespeichert sind, der Maschinendrehzahl Ne und dem Ansaugdruck Pb und zum Kompensieren der berechneten Daten auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetragdetektors 200A und einer Zündzeitsteuerungseinrichtung 200C zum Steuern der Zündperiode jedes Zylinders der Brennkraftmaschine auf Grundlage der kompensierten Daten der Zündsteuerzeit T.

Die Zündsteuerzeit T als der Zündzeitsteuerungsparameter weist einen Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt auf, an dem die Änderung in der Änderungsrate des Zündwinkels oder der Steuerzeit relativ zu dem Änderungsbetrag der Einlassventil-Öffnungssteuerzeit maximal wird. Die Daten der Zündsteuerzeit T werden vorher für eine Vielzahl von diskreten Verschiebebeträgen der Ventilsteuerzeit (d.h. der Einlassventil-Öffnungssteuerzeit) nahe zu dem Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt ermittelt.

Ferner ist die ECU 200 mit einem Überlappungsbetrag 200E zum Berechnen eines Überlappungsbetrags der Einlass-/Auslassventile auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetragdetektors 200A versehen. Wenigstens in einem Bereich, wo der Überlappungsbetrag groß ist, wird der Zündsteuerzeit-Steuerparameter auf einen Wert zum weiteren Vorrücken der Zündsteuerzeit als den anderen Bereichen eingestellt.

7 zeigt ein Zündsteuerzeit-Kennfeld gemäß der zweiten Ausführungsform. Diese Ausführungsform stellt den Zusammenhang zwischen der Maschinendrehzahl, dem Ansaugdruck und der Zündsteuerzeit in irgendeiner Ventilöffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit dar.

In 7 können die folgenden Parameter durch Experimente erhalten werden. Insbesondere sind N1 bis Nm m Maschinendrehzahlen Ne, P1 bis Pn sind n Ansaugdrucke Pb (mmHg), T11 bis Tmn sind m·n Zündsteuerzeiten, Tij ist eine optimale Referenzzündsteuerzeit (d.h. ein Kurbelwinkel basierend auf dem oberen Todpunkt bei dem Kompressionshub), wenn die Maschinendrehzahl Ne Ni und der Ansaugdruck Pb Pj ist.

8 zeigt Zündsteuerzeit-Kennfelder, die für drei Ventilöffnungs-/Schliessungs-Steuerzeiten VT1, VT2 bzw. VT3 erstellt sind. Diese Kennfelder werden in dem Speicher 200B gespeichert.

9 zeigt einen Zusammenhang zwischen der optimalen Zündsteuerzeit und der Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit für den Fall, dass die Maschinendrehzahl Ne und der Ansaugdruck Pb konstant gehalten werden. Die Kurve (1) bezeichnet die Zündsteuerzeit über der Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit bei einer niedrigen Maschinendrehzahl und einem niedrigen Ansaugdruck; die Kurve (2) stellt die Zündsteuerzeit über der Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit bei einer mittleren Maschinendrehzahl und einem mittleren Ansaugdruck dar; und eine Kurve (3) stellt die Zündsteuerzeit über der Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit bei einer hohen Maschinendrehzahl bzw. bei einem hohen Ansaugdruck dar.

Auch in der zweiten Ausführungsform ermittelt der Kompensator 200C eine optimale Zündsteuerzeit T in irgendeiner Einlassventil-Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit VT in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform gemäß der Interpolationsberechnung aus zwei Zündsteuerzeit-Kennfeldern in den Einlassventil-Öffnungs-/Steuerzeiten in der Nähe der optimalen Zündsteuerzeit T auf der zurückverlegten linken Seite bzw. der vorgerückten linken Seite. Das spezifische Berechnungsverfahren dieser Zündsteuerzeit T ist exakt das gleiche wie bei dem Berechnungsverfahren des volumetrischen Wirkungsgrads gemäss der ersten Ausführungsform. Insbesondere wird der volumetrische Wirkungsgrad EV der ersten Ausführungsform lediglich durch die Zündsteuerzeit T ersetzt. Deshalb wird die ausführliche Erläuterung davon weggelassen.

Dann ermittelt die Zündsteuerzeit-Steuereinrichtung 200D eine Ziel-Zündsteuerzeit adv aus einer Zielbasis-Zündsteuerzeit b und einem verschiedenen Steuerkompensationsterm etc auf Grundlage der so ermittelten Zündsteuerzeit T, wie nachstehend angegeben: adv = b + etc wobei der Kompensationsterm etc einen zurückverlegten Winkel der Zündsteuerzeit zum Verhindern der Erzeugung eines Klopfvorgangs beim Starten des Fahrzeugs, einen vorverlegten Winkel oder einen zurückverlegten Winkel zum Vorrücken oder Zurückverlegen der Ziel-Zündsteuerzeit im Ansprechen auf die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, einen anderen zurückverlegten Winkel zum Verhindern der Erzeugung eines Klopfvorgangs, der wahrscheinlich in Abhängigkeit von dem Betrag der Ansaugluft auftritt, und so weiter umfasst.

Die Zündsteuerzeit-Steuereinrichtung 200D erzeugt eine Hochspannung mit dem Zünder 11 zu der so berechneten Ziel-Steuerzeit adv, die an die Zündkerze 9 jedes Zylinders über den Verteiler 10 angelegt wird, um einen Funken zu erzeugen, wodurch das Luft/Kraftstoff-Gemisch, das von dem Einspritzer 30 an die Verbrennungskammer 8 jedes Zylinders über die Einlassöffnung während der Öffnungsperiode des Einlassventils 17 geführt wird, gezündet wird.

Überdies ist in der vorangehenden Erläuterung die Zündsteuerzeit T als der Zündsteuerzeit-Steuerparameter der Kurbelwinkel, der gemessen wird, wobei der obere Totpunkt des Kompressionshubs eine Referenzposition ist. Jedoch ist es anstelle des Kurbelwinkels möglich, für den Zündsteuerzeit-Steuerparameter die Zündsteuerzeit zu verwenden, die mit der Zeit von der Referenzposition dargestellt wird.

Ferner wird in den voranstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen der Steuermechanismus des Hydraulikantrieb-Typs (hydraulisch betrieben) für die variable Ventilszeitsteuerungseinrichtung verwendet. Es ist jedoch möglich, einen Steuermechanismus eines elektrischen Typs oder eines mechanischen Typs zu verwenden. Wenn es möglich ist, dem Drehwinkel oder die Phase zwischen der Nockenwelle und dem Kurbelwinkel zu ändern, kann irgendein Typ von Mechanismus für die Implementierung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Wie voranstehend beschrieben, wird gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine zum variablen Steuern einer Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit eines Einlassventils und eines Auslassventils der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf eine Maschinenbetriebsbedingung bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst: einen Speicher zum Speichern eines Kraftstoffsteuerparameters als eine Vielzahl von Daten, die auf Grundlage des Ansaugdrucks und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine voreingestellt sind; ein Ventilöffnungs-Schliessungselement, das auf einer Nockenwelle vorgesehen ist, die betriebsmäßig mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, zum Öffnen/Schließen des Einlassventils und des Auslassventils synchron zu einer Kurbelwelle; eine Drehphasen-Steuereinrichtung zum Verschieben einer Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle; und einen Verschiebebetragdetektor zum Erfassen eines Verschiebebetrags der Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle verursacht durch die Drehphasen-Steuereinrichtung; einen Kompensator zum Berechnen von Steuerdaten auf Grundlage des Ansaugdrucks, der Drehzahl der Maschine und der Vielzahl von Daten des Kraftstoffsteuerparameters, die in dem Speicher gespeichert sind und zum Kompensieren der berechneten Daten auf Grundlage des Erfassungsergebnisses des Verschiebebetragdetektors; und eine Kraftstoffeinspritzmengen-Steuereinrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge an jeden Zylinder der Brennkraftmaschine gemäss der Daten, bei denen der Kraftstoffsteuerparameter kompensiert worden ist. Der Kraftstoffsteuerparameter weist einen Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt auf, bei dem eine Änderung in der Änderungsrate des Kraftstoffsteuerungsparameters relativ zu dem Verschiebebetrag der Nockenwelle maximal ist und die Daten des Kraftstoffsteuerparameters werden vorher für jeden Verschiebebetrag im wesentlichen entsprechend zu den Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt bestimmt.

Mit dieser Konstruktion ist es möglich, exakt den Kraftstoffsteuerparameter zu erhalten, der dem Verschiebebetrag der Nockenwelle entspricht, selbst wenn die Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit des Ventils oder des Einlassventils verändert wird, so dass die Kraftstoffeinspritzmenge an jedem Zylinder exakt gesteuert werden kann.

Da ferner andere Werte des Kraftstoffsteuerparameters als die gespeicherten Daten über eine Interpolationsberechnung im Ansprechen auf einen Erfassungswert des Verschiebebetragdetektors von dem gespeicherten Kraftstoffsteuerparameter entsprechend zu dem Verschiebebetrag nahe zu dem Erfassungsergebnis erhalten werden können, ist es möglich, die Daten, die in dem Speicher gehalten oder gespeichert werden sollen, so weit wie möglich zu verringern.

Ferner ist gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine zum variablen Steuern einer Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit eines Einlassventils und eines Auslassventils der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf eine Maschinenbetriebsbedingung vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst: einen Speicher zum Speichern eines Zündsteuerzeit-Steuerparameters als eine Vielzahl von Daten, die auf Grundlage eines Ansaugdrucks und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine voreingestellt sind; ein Ventilöffnungs-/Schließungs-Element, das auf einer Nockenwelle vorgesehen ist, die betriebsmäßig mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, zum angetriebenen Öffnen/Schließen des Einlassventils und des Auslassventils synchron zu der Drehung der Kurbelwelle; eine Drehphasen-Steuereinrichtung zum Verschieben einer Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle; einen Verschiebebetrag-Detektor zum Erfassen eines Verschiebebetrags der Drehphase der Nockenwelle, relativ zu der Kurbelwelle, verursacht durch die Drehphasen-Steuereinrichtung; einen Kompensator zum Berechnen von Steuerdaten auf Grundlage des Ansaugdrucks, der Drehzahl der Maschinen und der Vielzahl von Daten des Zündsteuerzeit-Steuerparameters, der in dem Speicher gespeichert ist, und zum Kompensieren der berechneten Daten auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetrag-Detektors und eine Zündsteuerzeit-Steuereinrichtung zum Steuern einer Zündsteuerzeit für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine gemäss der Daten, bei denen der Zündsteuerzeit-Steuerparameter kompensiert worden ist. Der Zündsteuerzeit-Steuerparameter weist einen Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt auf, an dem eine Änderung in einer Änderungsrate des Zündsteuerzeit-Steuerparameters relativ zu dem Verschiebebetrag der Nockenwelle maximal ist und die Daten des Zündsteuerzeit-Steuerparameters werden vorher für jeden Verschiebebetrag im wesentlichen entsprechend zu dem Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt bestimmt.

Mit dieser Konstruktion ist es möglich, den Zündsteuerzeit-Steuerparameter entsprechend zu dem Verschiebebetrag der Nockenwelle exakt zu erhalten, selbst wenn die Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit des Auslassventils oder des Einlassventils verändert wird, so dass die Kraftstoffeinspritzmenge an jedem Zylinder exakt gesteuert werden kann.

Da andere Werte des Zündsteuerzeit-Steuerparameters als die gespeicherten Daten über eine Interpolationsberechnung im Ansprechen auf einen Erfassungswert des Verschiebebetrag-Detektors von dem Zündsteuerzeit-Steuerparameter, der entsprechend dem Verschiebebetrag nahe zu dem Erfassungswert gespeichert ist, erhalten werden, ist es ferner möglich, die in dem Speicher zu haltenden oder zu speichernden Daten so weit wie möglich zu verringern.

Verschiedene Einzelheiten der Erfindung können ohne Abweichen von ihrem Grundgedanken oder ihrem Umfang verändert werden. Ferner ist die voranstehende Beschreibung der Ausführungsformen gemäss der vorliegenden Erfindung nur für den Zweck einer Illustration vorgesehen und nicht für den Zweck einer Beschränkung der Erfindung, wie von den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert.


Anspruch[de]
  1. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1) zum variablen Steuern einer Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit eines Einlassventils (17) und eines Auslassventils (18) der Brennkraftmaschine im Ansprechen auf eine Maschinenbetriebsbedingung, wobei die Steuervorrichtung umfasst:

    einen Speicher (100B) zum Speichern eines Kraftstoffsteuerparameters als eine Vielzahl von Daten, die auf Grundlage eines Ausgangsdrucks und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine voreingestellt sind;

    ein Ventilöffnungs-/Schliessungselement (19-23), welches auf einer Nockenwelle (19 oder 20) vorgesehen ist, die betriebsmäßig mit der Kurbelwelle (5) der Brennkraftmaschine verbunden ist, zum angetriebenen Öffnen/Schließen des Einlassventils und des Auslassventils synchron zu einer Drehung der Kurbelwelle;

    eine Drehphasen-Steuereinrichtung (40, 80) zum Verschieben einer Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle;

    einen Verschiebebetrag-Detektor (100A) zum Erfassen eines Verschiebebetrages der Drehphase der Nockenwelle, relativ zu der Kurbelwelle, verursacht durch die Dreh-Verschiebe-Steuereinrichtung;

    einen Kompensator (100C) zum Berechnen von Steuerdaten auf Grundlage des Einlassdrucks und der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Vielzahl von Daten des Kraftstoffsteuerparameters, die in dem Speicher gespeichert sind und zum Kompensieren der berechneten Daten auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetrag-Detektors; und

    eine Kraftstoffeinspritzbetrag-Steuereinrichtung (100D) zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge an jedem Zylinder der Brennkraftmaschine gemäß der Daten, in denen der Kraftstoffsteuerparameter kompensiert worden ist;

    wobei der Kraftstoffsteuerparameter einen Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt aufweist, an dem eine Änderung in einer Änderungsrate des Kraftstoffsteuerparameters relativ zu dem Verschiebebetrag der Nockenwelle maximal ist und die Daten des Kraftstoffsteuerparameters vorher für jeden Verschiebebetrag im wesentlichen entsprechend zu dem Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt bestimmt wird.
  2. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass andere Werte des Kraftstoffsteuerparameters als die gespeicherten Daten über eine Interpolationsberechnung im Ansprechen auf einen Erfassungswert des Verschiebebetrag-Detektors aus dem gespeicherten Kraftstoffsteuerparameter entsprechend zu dem Verschiebebetrag, der nahe zu dem Erfassungswert ist, erhalten werden.
  3. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Überlappungsbetrag-Rechner (100E) zum Berechnen eines Überlappungsbetrags des Einlassventils und des Auslassventils auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetrag-Detektors, wobei der Kraftstoffsteuerparameter ein Wert ist, der wenigstens in einem Bereich, wo der Überlappungsbetrag größer als ein vorgegebener Wert ist, kleiner als derjenige in den anderen Bereichen davon ist.
  4. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1) zum variablen Steuern einer Öffnungs-/Schliessungs-Steuerzeit des Einlassventils (17) und eines Auslassventils (18) der Brennkraftmaschine ansprechend auf eine Maschinenbetriebsbedingung, wobei die Steuervorrichtung umfasst:

    einen Speicher (200B) zum Speichern eines Zündsteuerzeit-Steuerparameters als eine Vielzahl von Daten, die auf Grundlage eines Ansaugdrucks und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine voreingestellt sind;

    ein Ventilöffnungs-Schließungselement (19-23), das auf einer Nockenwelle (19 oder 20) vorgesehen ist, die betriebsmäßig mit der Kurbelwelle (5) der Brennkraftmaschine zum angetriebenen Öffnen/Schließen des Einlassventils und des Auslassventils synchron zu einer Drehung der Kurbelwelle verbunden ist;

    eine Drehphasen-Steuereinrichtung (40, 80) zum Verschieben einer Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle;

    einen Verschiebebetrag-Detektor (200A) zum Erfassen eines Verschiebebetrags der Drehphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle, verursacht durch die Drehschiebe-Steuereinrichtung;

    einen Kompensator (200C) zum Berechnen von Steuerdaten auf Grundlage des Ansaugdrucks, der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Vielzahl von Daten des Zündsteuerzeit-Steuerparameters, der in dem Speicher gespeichert ist, und zum Kompensieren der berechneten Daten auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebungsbetrag-Detektors; und

    eine Zündsteuerzeit-Steuereinrichtung (200D) zum Steuern einer Zündsteuerzeit für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine gemäss der Daten, bei denen der Zündsteuerzeit-Steuerparameter kompensiert worden ist;

    wobei der Zündsteuerzeit-Steuerparameter einen Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt aufweist, an dem eine Änderung in einer Änderungsrate des Zündsteuerparameters relativ zu dem Verschiebebetrag der Nockenwelle maximal ist, und die Daten des Zündsteuerzeit-Steuerparameters vorher für jeden Verschiebebetrag im wesentlichen entsprechend zu dem Änderungsraten-Änderungsmaximumpunkt bestimmt werden.
  5. Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, wobei andere Werte des Zündsteuerzeit-Steuerparameters als die gespeicherten Daten über eine Interpolationsberechnung im Ansprechen auf einen Erfassungswert des Verschiebebetrag-Detektors von dem gespeicherten Zündsteuerzeit-Steuerparameters entsprechend zu dem Verschiebebetrag nahe zu dem Erfassungswert ermittelt werden.
  6. Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Überlappungsbetrag-Rechner (200E) zum Berechnen eines Überlappungsbetrags des Einlassventils und des Auslassventils auf Grundlage des Erfassungswerts des Verschiebebetrags-Detektors, wobei der Zündsteuerzeit-Steuerparameter ein Wert ist, der die Zündsteuerzeit wenigstens in einen Bereich vorrückt, wo der Überlappungsbetrag größer als ein vorgegebener Wert als derjenige in den anderen Bereichen davon ist.
Es folgen 8 Blatt Zeichnungen






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