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Dokumentenidentifikation DE10344657B4 19.04.2007
Titel Steuerungsvorrichtung und -verfahren für einen Verbrennungsmotor, der ein variables Ventilbetätigungssystem hat
Anmelder Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota, Aichi, JP
Erfinder Fuwa, Naohide, Toyota, Aichi, JP
Vertreter TBK-Patent, 80336 München
DE-Anmeldedatum 25.09.2003
DE-Aktenzeichen 10344657
Offenlegungstag 24.06.2004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse F02D 13/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor, der ein variables Ventilbetätigungssystem hat.

Es ist ein Verbrennungsmotor bekannt, der ein variables Ventilbetätigungssystem hat, das die Menge an Einlassluft durch Ändern der Ventilöffnungsdauer der Einlassventile steuert, während das Drosselventil vollständig offen gehalten wird, um Verluste zu vermeiden. Um die Einlassluftmenge in einem derartigen Verbrennungsmotor genau zu steuern, muss der Stellwert zum Steuern der Ventilöffnungsdauer genau mit der Einlassluftmenge übereinstimmen. Zu diesem Zweck hält eine Technologie des Standes der Technik das Drosselventil bei einem festgelegten Öffnungsgrad und ändert die Ventilöffnungsdauer der Einlassventile auf der Basis des Stellwerts und korrigiert den Sollstellwert auf der Basis des Unterdrucks, der in der Einlassleitung auftritt (siehe z.B. in der offengelegten Japanischen Patentanmeldeschrift Nr.

6-317129).

Gemäß der Technologie des Stands der Technik wird berücksichtig, dass der Referenzstellwert auf der Basis des Einlassleitungsunterdrucks korrigiert wird, der der Istmenge an Einlassluft entspricht, und daher, wenn der somit korrigierte Stellwert als eine Basis für die Steuerung der Ventilöffnungsdauer der Einlassventile verwendet wird, kann die Einlassluftmenge genau gesteuert werden.

In der Technologie des Stands der Technik wirkt das Drosselventil nicht zusammen mit einem Gaspedal, aber der Öffnungsgrad des Drosselventils kann frei eingestellt werden. Hinsichtlich dieses Drosselventiltyps kann jedoch der Istöffnungsgrad des Drosselventils, der zur Korrektur des Referenzstellwerts fixiert ist, von dem festgelegten Öffnungsgrad verschieden sein. In einem solchen Fall kann der Referenzstellwert nicht genau korrigiert werden, da der Einlassleitungsunterdruck sich abhängig von dem Öffnungsgrad des Drosselventils ebenso breit verändert. Als ein Ergebnis wird die Steuerung der Einlassluftmenge ungenau.

Ferner zeigt die Druckschrift EP 0 695 864 B1 ein System zum Steuern einer Kraftstoffzugabe in einen Verbrennungsmotor über den gesamten Betriebsbereich einschließlich des Übergangsbetriebsbereichs unter Verwendung eines Einlassluftmodells. Insbesondere basiert die Bestimmung auf einer wirksamen Drosselöffnungsfläche und einer zeitlichen Verzögerung der Bereitstellung der Drosselöffnungsfläche.

Dementsprechend ist es die Aufgabe der Erfindung eine genaue Steuerung der Einlassluftmenge in einem Verbrennungsmotor zu ermöglichen, der ein variables Ventilbetätigungssystem hat, in dem ein Drosselventil, dessen Öffnungsgrad einstellbar ist, vorgesehen ist, wobei eine Einlassluftmenge durch Ändern des Öffnungsgrads des Drosselventils gesteuert wird, und das mindestens eins von der Ventilöffnungsdauer eines Einlassventils und der Hubhöhe des Einlassventils über das variable Ventilbetätigungssystem ändert.

Ein Aspekt der Erfindung sieht ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor vor, der (i) ein Drosselventil, dessen Öffnungsgrad einstellbar ist, und (ii) ein variables Ventilbetätigungssystem hat, das ein Einlassventil hat und ermöglicht, den Öffnungsgrad des Einlassventils variabel zu ändern, wobei eine Einlassluftmenge durch Ändern von mindestens einem von einer Ventilöffnungsdauer des Einlassventils und einer Hubhöhe des Einlassventils basierend auf einem vorhergehend festgelegten variablen Ventilstellwert (Stellwert des variablen Ventils) und durch Ändern des Öffnungsgrades des Drosselventils basierend auf einem vorhergehend festgelegten Drosselventilstellwert in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors gesteuert wird. Das Steuerverfahren ist wie folgendermaßen gekennzeichnet. Das heißt, wenn während einem bestimmten stationären Betriebszustand ein Isteinlassleitungsdruck von einem Solleinlassleitungsdruck verschieden ist, der während dem spezifischen stationären Betriebszustand eingestellt ist, wird ein erster Korrekturbetrag für eins von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert durch Ändern des einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert berechnet, so dass der Isteinlassleitungsdruck gleich dem Solleinlassleitungsdruck wird. Wenn zu dieser Zeit die Isteinlassluftmenge noch immer von einer Solleinlassluftmenge verschieden ist, die während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, wird ein zweiter Korrekturbetrag für einen anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert durch Ändern des anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert berechnet, so dass die Isteinlassluftmenge gleich der Solleinlassluftmenge wird. Der zweite Korrekturbetrag wird zum weiteren Korrigieren des einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert verwendet, der durch den ersten Korrekturbetrag korrigiert wird.

In einer bevorzugten Form des vorstehend beschriebenen Steuerverfahrens werden der erste Korrekturbetrag und der zweite Korrekturbetrag auf aktuellen Stand gebracht.

In einer anderen bevorzugten Form des vorstehend beschriebenen Steuerverfahrens wird bestimmt, dass das Drosselventil oder das variable Ventilbetätigungssystem fehlerhaft ist, wenn der erste Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist oder wenn der zweite Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist.

Ein anderer Aspekt der Erfindung sieht eine Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor vor, der (i) ein Drosselventil, dessen Öffnungsgrad einstellbar ist, (ii) ein variables Ventilbetätigungssystem, das ein Einlassventil hat und ermöglicht, den Öffnungsgrad des Einlassventils variabel zu verändern; und (iii) eine Steuerung hat, die eine Einlassluftmenge durch Ändern von mindestens einem von einer Ventilöffnungsdauer des Einlassventils und einer Hubhöhe des Einlassventils basierend auf einem vorhergehend festgelegten variablen Ventilstellwert und durch Ändern des Ventilöffnungsgrades basierend auf einem vorhergehend festgelegten Drosselventilstellwert in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors steuert. Gemäß diesem System berechnet, wenn während einem spezifischen stationären Betriebszustand ein Isteinlassleitungsdruck von einem Solleinlassleitungsdruck verschieden ist, der während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, die Steuerung einen ersten Korrekturbetrag für einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert durch Ändern des einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert, so dass der Isteinlassleitungsdruck gleich dem Solleinlassleitungsdruck wird. Zu diesem Zeitpunkt berechnet, wenn die Isteinlassluftmenge von einer Solleinlassluftmenge verschieden ist, die während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, die Steuerung einen zweiten Korrekturbetrag für einen anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert durch Ändern des anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert, so dass die Isteinlassluftmenge gleich der Solleinlassluftmenge wird. Ferner verwendet die Steuerung den zweiten Korrekturbetrag, um den anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert zu berechnen, der durch den ersten Korrekturbetrag korrigiert wird.

In einer bevorzugten Form der vorstehend beschriebenen Steuerungsvorrichtung ist die Steuerung angepasst, um den ersten Korrekturbetrag und den zweiten Korrekturbetrag auf den neuesten Stand zu bringen.

In einer weiteren bevorzugten Form der vorstehend beschriebenen Steuerungsvorrichtung ist die Steuerung angepasst, um zu Bestimmen, dass das Drosselventil oder das variable Ventilbetätigungssystem fehlerhaft ist, wenn der erste Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist oder wenn der zweite Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist.

In einer bevorzugten Form der vorstehend beschriebenen Steuerungsvorrichtung ist die Steuerung angepasst, um, wenn der erste Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist oder wenn der zweite Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist, den Öffnungsgrand des Drosselventils zu korrigieren oder mindestens eins von der Ventilöffnungsdauer des Einlassventils und der Hubhöhe des Einlassventils mit einer Schutzvorrichtung zu korrigieren, so dass der erste oder der zweite Korrekturbetrag, der zu dieser Zeit berechnet ist, nicht außerhalb eines Schwellwertbereichs kommt, der schmäler ist, als der Schwellwertbereich, der für die Fehlerbestimmung verwendet wird.

Die vorstehende Aufgabe sowie die vorstehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen zum Kennzeichnen gleicher Elemente verwendet sind und in denen:

1 eine schematische Schnittansicht eines Verbrennungsmotors ist, der ein variables Ventilbetätigungssystem hat, auf das eine Steuerungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angewandt wird;

2 ein Zeitdiagramm ist, das die Hubhöhen eines Auslassventils und eines Einlassventils kennzeichnet;

3 ein Abschnitt eines Ablaufdiagramms ist, das einen Prozess zum Steuern der Einlassluftmenge darstellt;

4 der Rest des Ablaufdiagramms ist, das den Prozess zum Steuern der Einlassluftmenge darstellt;

5 ein erstes Kennfeld zum Bestimmen einer Sollventilöffnungsdauer des Einlassventils zeigt; und

6 ein zweites Kennfeld zum Bestimmen eines Sollöffnungsgrades eines Drosselventils zeigt.

1 ist eine schematische Schnittansicht eines Verbrennungsmotors, der ein variables Ventilbetätigungssystem hat, auf das eine Steuerungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren gemäß der Erfindung angewandt wird. Bezugnehmend auf 1 kommunizieren ein Einlassanschluss 1 und ein Auslassanschluss 2 mit dem Inneren eines Zylinders über ein Einlassventil 3 beziehungsweise ein Auslassventil 4. Ein Kolben 5 ist in dem Zylinder vorgesehen. Eine Zündkerze 6 ist im Wesentlichen an einer Mitte eines oberen Abschnitts des Zylinders angeordnet. Ein Kraftstoffeinspritzventil 7 ist an einem oberen Umfangsabschnitt des Zylinders vorgesehen, so dass es Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzt.

Ein gemeinsamer Ausgleichsbehälter 8 für alle Zylinder ist mit dem Einlassanschluss 1 eines jeden Zylinders über eine Einlassleitung 9 verbunden. Ein Einlasskanal 10, der sich stromaufwärts des Ausgleichsbehälters 8 erstreckt, ist mit einem Drosselventil 11 versehen. Das Drosselventil 11 ist kein Drosselventiltyp, der mit einem Gaspedal zusammenwirkt, aber ein Drosselventiltyp, dessen Öffnungsgrad frei über eine Antriebsvorrichtung, wie beispielsweise einem Schrittmotor oder dergleichen, einstellbar ist. Ein Drucksensor 12 ist stromabwärts des Drosselventils 11 angeordnet, so dass es den Druck in dem Ausgleichsbehälter 8 erfasst. Des Weiteren ist ein Luftdurchflussmesser (nicht gezeigt) zum Erfassen der Einlassluftmenge in dem Einlasskanal 10 stromaufwärts des Drosselventils 11 angeordnet.

Der Betrieb des Einspritzventils 7, des Drosselventils 11, des Einlass- und des Auslassventils 3, 4 wird durch eine ECU 20 gesteuert. Die ECU 20 hat eine CPU als ihre Hauptkomponente, eine ROM, eine RAM, einen Signaleingangsanschluss, einen Signalausgangsanschluss und so weiter, die alle über einen bidirektionalen Bus verbunden sind und somit als ein Computer ausbildet sind.

Das Kraftstoffeinspritzventil 7 ist so konstruiert, dass der Kraftstoff während des Einlasshubs in den Zylinder eingespritzt werden kann, so dass ein homogenes Gemisch in dem Zylinder ausgebildet wird und somit eine homogen Verbrennung erreicht wird. Für die homogen Verbrennung spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 7 Kraftstoff direkt in den Zylinder ein, so dass eingespritzter Kraftstoff zuverlässig in den Zylinder zugeführt wird. Daher kann die eingespritzte Kraftstoffmenge minimiert werden. Das Kraftstoffeinspritzventil 7 kann anstelle der Einlassleitung 9 angeordnet sein, um eine homogene Verbrennung zu erreichen.

Um eine homogene Verbrennung zu erreichen, wird die Einlassluftmenge auf eine Solleinlassluftmenge entsprechend dem Betriebszustand des Motors gesteuert. Kraftstoff wird in einer Menge eingespritzt, so dass zusammen mit der Solleinlassluftmenge ein gewünschtes Luftkraftstoffverhältnis in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors erreicht werden wird. Der Betriebszustand des Motors wird hauptsächlich durch den Betätigungsgrad des Gaspedals und der Motordrehzahl bestimmt. Die Solleinlassluftmenge ist so festgelegt, dass sie in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors erhöht wird, das heißt mit Erhöhungen des Gaspedalbetätigungsgrades oder mit Erhöhungen der Motordrehzahl. Im Allgemeinen wird die Einlassluftmenge durch die Verwendung des Drosselventils 11 alleine gesteuert. Zum Beispiel hat, wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils 11 während einem Niedriglastmotorbetrieb klein wird, die stromabwärtige Seite des Drosselventils 11 einen verhältnismäßig großen Unterdruck, so dass ein Druckverlust auftritt und daher die Kraftstoffwirtschaftlichkeit abnimmt.

In diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch die Einlassluftmenge durch die Steuerung der Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 zusätzlich zu der Steuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils 11 gesteuert. Daher wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 11 sogar während einem Niedriglastmotorbetrieb nicht sehr klein. Somit wird der Druckverlust abgemildert.

Es ist auch vorstellbar, das Drosselventil 11 immer vollständig geöffnet zu halten und die Einlassluftmenge auf der Basis der Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 alleine zu steuern. Eingespritzter Kraftstoff verdampft jedoch sofort in dem Fall, in dem der Druck an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 11 leicht unter dem atmosphärischen Druck festgelegt ist, so dass Unterdruck in dem Zylinder vorgesehen ist. In diesem Fall ist daher eine gute homogene Verbrennung realisiert und daher ist die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert.

In dem Ausführungsbeispiel werden das Einlassventil 3 und das Auslassventil 4 durch elektromagnetische Antriebe 3a beziehungsweise 4a geöffnet und geschlossen, so dass die Öffnungs- und Schließzeitgebungen der Ventile frei geändert werden können. 2 ist ein Zeitdiagramm, das die Hubhöhen des Auslassventils und des Einlassventils darstellt. In diesem Zeitdiagramm wird das Auslassventil 4 unmittelbar vor dem unteren Expansionstotpunkt BDC1 geöffnet und dem oberen Auslasstotpunkt TDC unmittelbar folgend geschlossen. Das Einlassventil 3 wird, wenn die größte Einlassluftmenge als Ziel gesetzt ist, unmittelbar vor dem oberen Auslasstotpunkt TDC geöffnet und wird dem unteren Einlasstotpunkt BDC2 unmittelbar folgend geschlossen, wie durch eine durchgezogene Linie in 2 gekennzeichnet ist. Für verringerte Solleinlassluftmengen wird die Öffnungszeitgebung des Einlassventils 3 schrittweise zu dem oberen Auslasstotpunkt TDC verzögert, wie durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet ist, und die Schließzeitgebung des Einlassventils 3 wird schrittweise zu dem oberen Auslasstotpunkt TDC fortgeschritten, wie durch eine gestrichelte und eine stichpunktierte Linie gekennzeichnet ist. Durch Kürzen der Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 auf diese Weise kann die Einlassluftmenge verringert werden.

5 zeigt ein erstes Kennfeld, das die Sollventilöffnungsdauer At des Einlassventils 3 kennzeichnet, die durch die Motordrehzahl Ne und den Solleinlassleitungsdruck Pt bestimmt ist, der progressiv mit Steigerungen der Solleinlassluftmenge Qt getrennt von verschiedenen Motordrehzahlen Ne festgelegt ist. 6 zeigt ein zweites Kennfeld, das den Sollöffnungsgrad Bt des Drosselventils 11 kennzeichnet, der durch den Solleinlassleitungsdruck Pt und die Motordrehzahl Ne bestimmt wird.

Wenn die Sollventilöffnungsdauer At des Einlassventils 3 durch einen Stellwert für die Sollventilöffnungsdauer At erreicht wird, die durch den elektronischen Antrieb 3a gegeben ist, und wenn der Sollöffnungsgrad Bt des Drosselventils 11 durch einen Stellwert für den Sollöffnungsgrad Bt erreicht wird, der durch die Drosselventilantriebsvorrichtung gegeben ist, kann der Einlassleitungsdruck auf einen gewünschten Unterdruck (Solleinlassleitungsdruck Pt) entsprechend dem Motorbetriebszustand gebracht werden und eine gewünschte Einlassluftmenge (Solleinlassluftmenge Qt) kann in den Zylinder zugeführt werden. Daher kann gute homogen Verbrennung ohne Verursachen eines großen Druckverlustes erreicht werden, wobei der Kraftstoffverbrauch minimiert werden kann. In einigen Fällen kann jedoch der Stellwert, der für die Sollventilöffnungsdauer At bestimmt ist, nicht die Sollventilöffnungsdauer At des Einlassventils 3 erreichen, oder der Stellwert, der für den Sollöffnungsgrad Bt bestimmt ist, kann den Sollöffnungsgrad Bt des Drosselventils 11 nicht erreichen. In derartigen Fällen wird der Zylinder nicht mit einer gewünschten Einlassluftmenge versorgt, so dass ein beabsichtigter Motorbetriebszustand nicht eingerichtet werden kann und der Kraftstoffwirkungsgrad vermindert wird.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel werden, um die Zufuhr einer gewünschten Einlassluftmenge in den Zylinder sicherzustellen und damit den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, eine Steuerung der Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 und eine Steuerung des Öffnungsgrades des Drosselventils 11, wie durch das Ablaufdiagramm dargestellt ist, das in 3 und 4 gezeigt ist, ausgeführt. Als erstes wird bei Schritt 101 die Motordrehzahl Ne erfasst und ein Solleinlassleitungsdruck Pt auf der Basis der Motordrehzahl Ne und der Solleinlassluftmenge Qt bestimmt, die aus der Motordrehzahl Ne und dem Betätigungsgrad des Gaspedals bestimmt wird. Danach wird bei Schritt 102 eine Sollventilöffnungsdauer At des Einlassventils 3 aus der Motordrehzahl Ne und dem Solleinlassleitungsdruck Pt unter Bezugnahme auf das erste Kennfeld bestimmt, das in 5 gezeigt ist. Danach wird bei Schritt 103 der Stellwert a für den elektronischen Antrieb 3a des Einlassventils 3, der anfangs in Bezug auf die Sollventilöffnungsdauer At festgelegt wird, durch Multiplikation mit einem zweiten Korrekturfaktor k2 korrigiert, wobei der korrigierte Stellwert zum Betätigen des elektronischen Antriebs 3a verwendet wird. Der zweite Korrekturfaktor k2 wird bei einem nachstehend beschriebenen Schritt berechnet und wird anfangs auf „1" festgelegt.

Danach wird bei Schritt 104 ein Sollöffnungsgrad Bt des Drosselventils 11 aus der Motordrehzahl Ne und dem Solleinlassleitungsdruck Pt unter Bezugnahme auf das zweite Kennfeld, dass in 6 gezeigt ist, bestimmt. Bei Schritt 105 wird der Stellwert b für die Drosselventilsteuervorrichtung, der anfangs in Bezug auf den Sollöffnungsgrad Bt festgelegt ist, durch Multiplikation mit einem ersten Korrekturfaktor k1 und dem vorstehend genannten zweiten Korrekturfaktor k2 korrigiert, und der somit korrigierte Stellwert wird verwendet, um die Antriebsvorrichtung des Drosselventils 11 zu betreiben.

Wenn der anfangs festgelegte Stellwert a für den elektronischen Antrieb 3a und der anfangs festgelegte Stellwert b für die Drosselventilantriebsvorrichtung die Sollventilöffnungsdauer At des Einlassventils 3 und den Sollöffnungsgrad Bt des Drosselventils 11 erreicht, ist es angemessen, dass der erste Korrekturfaktor k1 und der zweite Korrekturfaktor k2 „1" sind, das heißt die Stellwerte a, b müssen nicht korrigiert werden. Wenn jedoch die Sollventilöffnungsdauer At des Einlassventils 3 und der Sollöffnungsgrad Bt des Drosselventils 11 nicht erreicht wird, wird der Solleinlassleitungsdruck Pt nicht erreicht, so dass die Solleinlassluftmenge Qt nicht in den Zylinder zugeführt wird.

Bei Schritt 106 in dem Ablaufdiagramm wird bestimmt, ob der gegenwärtige Motorbetriebszustand ein spezifischer stationärer Zustand ist. Wenn der gegenwärtige Motorbetriebszustand der spezifische stationäre Zustand ist, wird dann bei Schritt 107 bestimmt, ob der Solleinlassleitungsdruck Pt erreicht worden ist. Der spezifische stationäre Zustand kann jeglicher stationäre Betriebszustand des Motors sein, bei dem der Einlassluftmenge stabil ist. Die Bestimmung bei Schritt 107 wird durch Bestimmen ausgeführt, ob der Druck P in dem Ausgleichsbehälter 8, der durch den Drucksensor 12 erfasst wird, im Wesentlichen gleich dem Solleinlassleitungsdruck Pt ist. Insbesondere wird bestimmt, ob eine Abweichung zwischen dem Solleinlassleitungsdruck Pt und dem Druck P in dem Ausgleichsbehälter 8, der durch den Drucksensor 12 erfasst wird, geringer als ein festgelegter Wert ist. Wenn die Bestimmung positiv ist, ist die Korrektur der Stellwerte a, b unnötig und der Prozess endet unmittelbar. Umgekehrt, wenn die vorstehend genannte Abweichung größer als oder gleich dem festgelegten Wert ist und daher bestimmt ist, dass der Istdruck P in dem Ausgleichsbehälter 8 offensichtlich nicht gleich dem Solleinlassleitungsdruck Pt ist, schreitet der Prozess zu Schritt 108 fort.

Bei Schritt 108 wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 11 eingestellt, so dass der Druck P in dem Ausgleichsbehälter 8 gleich dem Solleinlassleitungsdruck Pt wird, das heißt, dass die Abweichung zwischen dem Druck P und dem Solleinlassleitungsdruck Pt geringer als der eingestellte Wert wird. Der Stellwert b' wird für die Drosselventilantriebsvorrichtung zum Zeitpunkt des Abschlusses der Einstellung bestimmt. Danach wird bei Schritt 109 der Stellwert b' durch den Anfangsstellwert b geteilt, um den ersten Korrekturfaktor k1 zu bestimmen.

Wenn die Solleinlassluftmenge Qt in dem Zylinder nach dieser Korrektur des Öffnungsgrades des Drosselventils 11 zugeführt werden sollte, wird sich herausstellen, dass nur der Stellwert für die Antriebsvorrichtung des Drosselventils 11 abgewichen ist. Daher wird bei Schritt 110 bestimmt, ob die Einlassluftmenge Q, die durch den Luftdurchflussmesser erfasst wird, im Wesentlichen gleich der Solleinlassluftmenge Qt ist. Insbesondere wird bestimmt, ob eine Abweichung zwischen der Einlassluftmenge Q, die durch den Luftdurchflussmesser erfasst wird, und der Solleinlassluftmenge Qt geringer als ein festgelegter Wert ist. Wenn die Bestimmung positiv ist, wird nur der erste Korrekturfaktor k1 korrigiert (Schritt 109) und dann endet der Prozess.

Umgekehrt, wenn die Bestimmung bei Schritt 110 negativ ist, stellt sich heraus, dass die Sollventilöffnungsdauer Rt des Einlassventils 3 nicht exakt erreicht worden ist. Daher wird bei Schritt 111 die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 geändert und so eingestellt, dass die Isteinlassluftmenge Q gleich der Solleinlassluftmenge Qt wird, das heißt, dass die Abweichung zwischen der Einlassluftmenge Q und der Solleinlassluftmenge Qt geringer als der festgelegte Wert wird. Der Stellwert a' für den elektronischen Antrieb 3a zum Zeitpunkt der Vervollständigung der Einstellung wird bestimmt. Danach wird bei Schritt 112 dieser Stellwert a' durch den Anfangsstellwert a geteilt, um den zweiten Korrekturfaktor k2 zu bestimmen.

Danach wird bei Schritt 113 bestimmt, ob mindestens einer von dem ersten Korrekturfaktor k1 und dem zweiten Korrekturfaktor k2 innerhalb eines Schwellwertbereichs ist (&agr; bis &bgr;). Wenn die Bestimmung positiv ist, endet der Prozess unmittelbar. Umgekehrt, wenn die Bestimmung bei Schritt 113 negativ ist, wird berücksichtigt, dass mindestens einer von dem elektronischen Antrieb 3a (das heißt eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung des Einlassventils 3), des Einlassventils 3 selber, der Antriebsvorrichtung für das Drosselventil 11 und dem Drosselventil 11 selber eine Abnormalität aufweist und repariert werden muss. Dann wird bei Schritt 114 das Vorhandensein einer Abnormalität bestimmt und einem Fahrer oder dergleichen über eine Lampe oder dergleichen angezeigt.

Entsprechend dem Ablaufdiagramm wird in dem Fall, in dem der Solleinlassleitungsdruck Pt durch Abweichung von nur dem Stellwert für den elektronischen Antrieb 3a erreicht worden ist, der Öffnungsgrad des Drosselventils 11 ebenso geändert, obwohl der Sollöffnungsgrad Bt erreicht worden ist. Sogar wenn der erste Korrekturfaktor k1 für den Stellwert b für das Drosselventil 11 berechnet wird, wird jedoch der Anfangsstellwert b für das Drosselventil 11 nicht unnötigerweise korrigiert, da die Korrektur des Stellwerts b auf der Basis von nicht nur dem ersten Korrekturfaktor k1 sondern auch auf der Basis des Korrekturfaktors k2 für den Stellwert a für das Einlassventil 3 ausgeführt wird.

Zum Beispiel wird, wenn die Istventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 kürzer als die Sollventilöffnungsdauer At und der Isteinlassleitungsdruck P höher als der Solleinlassleitungsdruck Pt ist, der Öffnungsgrad des Drosselventils durch den ersten Korrekturfaktor k1 auf kleiner als „1" auf ein Maß korrigiert, das kleiner ist, als der Sollöffnungsgrad Bt. In diesem Fall wird jedoch, da die Isteinlassluftmenge Q geringer als die Solleinlassluftmenge Qt ist, die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 auf eine erhöhte Dauer korrigiert und somit wird der zweite Korrekturfaktor k2 größer als „1". Daher wird, wenn der Stellwert b für das Drosselventil 11 durch Multiplikation mit dem ersten Korrekturfaktor k1 und dem zweiten Korrekturfaktor k2 korrigiert wird, eine unnötige Korrektur nicht auftritt.

Es wird angemerkt, dass, wenn der zweite Korrekturfaktor k2 anfangs berechnet wird, der zweite Korrekturfaktor k2 einen Wert hat, der die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 ändert, so dass die Solleinlassluftmenge Qt erreicht wird, während der Sollöffnungsgrad Bt des Drosselventils 11 nicht erreicht worden ist, und somit keinen angemessenen Wert hat. Wenn die Berechnung des ersten Korrekturfaktors k1 und des zweiten Korrekturfaktors k2 jedoch wiederholt ausgeführt wird, während der spezifische stationäre Zustand bleibt, nähern sich der erste Korrekturfaktor k1 und der zweite Korrekturfaktor k2 fortschreitend den geeigneten Werten.

Wenn zum Beispiel in dem vorstehend beschriebenen Fall der Prozess, der durch das Ablaufdiagramm von 3 und 4 dargestellt ist, wiederholt wird, wird die Bestimmung bei Schritt 107 negativ, da der Istöffnungsgrad des Drosselventils 11 geringer als der Sollöffnungsgrad Bt geworden ist, und daher der Isteinlassleitungsdruck P geringer als der Solleinlassleitungsdruck Pt ist. Daher wird, um den Öffnungsgrad des Drosselventils 11 zu erhöhen, der erste Korrekturfaktor k1, der in dem vorhergehenden Zyklus der Routine kleiner als „1" gemacht ist, zu „1" hin erhöht. Daher wird die Isteinlassluftmenge Q größer als die Solleinlassluftmenge Qt, so dass die Bestimmung bei Schritt 110 negativ ist. Des Weiteren wird der zweite Korrekturfaktor k2, der in dem vorhergehenden Zyklus größer als „1" festgelegt worden ist, zu „1" hin verringert, so dass die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 gekürzt wird. Da dieser Prozess zyklisch ausgeführt wird, werden der erste Korrekturfaktor k1 und der zweite Korrekturfaktor k2 angemessene Werte annehmen. Während diesem Prozess wird die Solleinlassluftmenge Qt immer erreicht. Daher wird ein unbeabsichtigter Betriebszustand nicht verwirklicht. Daher ist es notwendig, um den ersten Korrekturfaktor k1 und den zweiten Korrekturfaktor k2 bei geeigneten Werten festzulegen, dass der spezifische stationäre Zustand für einige Zeit fortfährt.

Daher wird gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, jedes Mal, wenn der Motor in dem spezifischen stationären Zustand betrieben wird, der erste Korrekturfaktor k1 und der zweite Korrekturfaktor k2 auf den neuesten Stand gebracht. Diese Korrekturfaktoren werden auch während anderen Motorbetriebszuständen als dem spezifischen stationären Zustand verwendet, wie bei Schritten 101 bis 105 gekennzeichnet ist, so dass während verschiedener Betriebszustände der Solleinlassleitungsdruck erreicht werden kann und daher eine gewünschte Einlassluftmenge in den Zylinder zugeführt werden kann. Praktisch werden der erste Korrekturfaktor k1 und der zweite Korrekturfaktor k2 nicht sehr häufig geändert. Daher kann das Berechnungsintervall erhöht werden, so dass zum Beispiel der erste Korrekturfaktor k1 und der zweite Korrekturfaktor k2 während dem spezifischen stationären Zustand nur einmal, bevor der Motor gestoppt wird, berechnet werden.

Obwohl in dem Ausführungsbeispiel der elektronische Antrieb 3a als ein Vorrichtung für das variable Ventilbetätigungssystem für das Einlassventil 3 eingesetzt wird, kann der elektronische Antrieb 3a durch eine hydraulischen Antrieb ersetzt werden. Mit derartigen Antrieben ist es nicht leicht, die Hubhöhe des Einlassventils 3 zu ändern. Um die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 zu verringern und die Hubhöhe des Einlassventils 3 leicht für Steuerung der Einlassluftmenge in dem Fall zu ändern, ist es angemessen, ein variables Ventilbetätigungssystem einzusetzen, in dem ein Nocken, der im Bezug auf eine Achse der Nockenwelle eine geneigte Fläche hat, vorgesehen ist, und die Position des Kontakts des Nocken mit dem Einlassventil durch Bewegen der Nockenwelle in die Richtung der Achse geändert wird. Es ist ferner möglich, nur die Hubhöhe des Einlassventils 3 zu ändern, um die Einlassluftmenge zu steuern.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird, wenn der Solleinlassleitungsdruck nicht erreicht wird, der Öffnungsgrad des Drosselventils 11 geändert. Des Weiteren wird, wenn die Solleinlassluftmenge nicht erreicht wird, die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 geändert. Diese Vorgänge werden jedoch wie nachstehend geschaltet. Das heißt, wenn der Solleinlassleitungsdruck nicht erreicht wird, wird die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 3 erreicht, und wenn die Solleinlassluftmenge nicht erreicht wird, wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 11 geändert.

Des Weiteren wird gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, wenn mindestens einer von dem ersten Korrekturfaktor k1 und dem zweiten Korrekturfaktor k2 außerhalb des gemeinsamen Schwellwertbereichs (&agr; bis &bgr;) ist, bestimmt, dass eine Abnormalität vorliegt. Es ist jedoch möglich, verschiedene Schwellwertbereiche für die zwei Korrekturfaktoren festzulegen. Des Weiteren wird, wenn der Solleinlassleitungsdruck nicht erreicht wird, der Öffnungsgrad des Drosselventils oder die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils geändert. In diesem Fall kann der Öffnungsgrad des Drosselventils oder die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils mit einem Schutz korrigiert werden, so dass der Korrekturfaktor, der in diesem Fall berechnet ist, nicht außerhalb eines Schwellwertbereichs kommt, der schmäler als der Schwellwertbereich ist, der für die Bestimmung hinsichtlich der Abnormalität verwendet wird.

In einem Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor, der ein variables Ventilbetätigungssystem gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung hat, wird, wenn während einem spezifischen stationären Zustand der Isteinlassleitungsdruck von einem Solleinlassleitungsdruck verschieden ist, der während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, ein erster Korrekturbetrag für einem von einem Drosselventilstellwert und einem variablen Ventilstellwert durch Ändern des einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert berechnet, so dass der Isteinlassleitungsdruck gleich dem Solleinlassleitungsdruck wird. Wenn zu dieser Zeit die Isteinlassluftmenge noch immer von einer Solleinlassluftmenge verschieden ist, die während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, wird ein zweiter Korrekturbetrag für einen anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert durch Ändern des anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert berechnet, so dass die Isteinlassluftmenge gleich der Solleinlassluftmenge wird. Der zweite Korrekturbetrag wird verwendet, um einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert weiter zu korrigieren, der durch den ersten Korrekturbetrag korrigiert ist. Daher werden durch die Korrektur durch den ersten Korrekturbetrag und den zweiten Korrekturbetrag der Öffnungsgrad des Drosselventils und mindestens einer von der Ventilöffnungsdauer des Einlassventils und der Hubhöhe des Einlassventils auf ihre jeweiligen Sollwerte gesteuert, so dass die Solleinlassluftmenge erreicht wird. Somit ist es möglich, die Einlassluftmenge genau zu steuern.

Wenn während einem spezifischen stationären Betriebszustand eines Motors der Isteinlassleitungsdruck von einem Solleinlassleitungsdruck verschieden ist, der während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, wird ein erster Korrekturbetrag für den Drosselventilstellwert durch Bewirken berechnet, dass der Isteinlassleitungsdruck gleich dem Solleinlassleitungsdruck wird. Wenn zu dieser Zeit die Isteinlassluftmenge immer noch von einer Solleinlassluftmenge verschieden ist, die während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, wird ein zweiter Korrekturbetrag für den variablen Ventilstellwert durch Bewirken berechnet, dass die Isteinlassluftmenge gleich der Solleinlassluftmenge wird. Der zweite Korrekturbetrag wird verwendet, um den Drosselventilstellwert weiter zu korrigieren, der durch den ersten Korrekturbetrag korrigiert ist.


Anspruch[de]
Steuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der (i) ein Drosselventil (11) dessen Öffnungsgrad einstellbar ist, und (ii) ein variables Ventilbetätigungssystem, das ein Einlassventil (3) hat und ermöglicht, den Öffnungsgrad des Einlassventils (3) variabel zu ändern; und eine Steuerung (20) hat, die eine Einlassluftmenge durch Ändern von mindestens einem von einer Ventilöffnungsdauer des Einlassventils (3) und einer Hubhöhe des Einlassventils (3) basierend auf einem vorhergehend festgelegten variablen Ventilstellwert und durch Ändern des Öffnungsgrads des Drosselventils basierend auf einem vorhergehend festgelegten Drosselventilstellwert in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors steuert, wobei die Steuerungsvorrichtung

dadurch gekennzeichnet ist, dass,

wenn während einem spezifischen stationären Betriebszustand ein Isteinlassleitungsdruck von einem Solleinlassleitungsdruck, der während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, verschieden ist, die Steuerung (20) einen ersten Korrekturbetrag für einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert durch Ändern des einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert berechnet, so dass der Isteinlassleitungsdruck gleich dem Solleinlassleitungsdruck wird;

wenn zu dieser Zeit die Isteinlassluftmenge immer noch von einer Solleinlassluftmenge, die während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, verschieden ist, berechnet die Steuerung (20) einen zweiten Korrekturbetrag für einen anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert durch Ändern des anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert, so dass die Isteinlassluftmenge gleich der Solleinlassluftmenge wird; und

die Steuerung (20) den zweiten Korrekturbetrag verwendet, um den einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert, der durch den ersten Korrekturbetrag korrigiert ist, weiter zu korrigieren.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (20) den ersten Korrekturbetrag und den zweiten Korrekturbetrag aktualisiert. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn der erste Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist oder wenn der zweite Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist, die Steuerung (20) bestimmt, dass das Drosselventil (11) oder das variable Ventilbetätigungssystem einen Fehler hat. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei, wenn der erste Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist oder wenn der zweite Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist, die Steuerung (20) den Öffnungsgrad des Drosselventils (11) oder mindestens einen von der Ventilöffnungsdauer des Einlassventils (3) und der Hubhöhe des Einlassventils (3) mit eines Schutzvorrichtung korrigiert, so dass der erste oder der zweite Korrekturbetrag, der zu dieser Zeit berechnet ist, nicht außerhalb eines Schwellwertbereichs kommt, der schmäler als der Schwellwertbereich ist, der für die Fehlerbestimmung verwendet ist. Steuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor, der (i) ein Drosselventil (11), dessen Öffnungsgrad einstellbar ist, und (ii) ein variables Ventilbetätigungssystem hat, das ein Einlassventil (3) hat und ermöglicht, den Öffnungsgrad des Einlassventils (3) variabel zu ändern, wobei eine Einlassluftmenge durch Ändern von mindestens einem von einer Ventilöffnungsdauer des Einlassventils (3) und einer Hubhöhe des Einlassventils (3) basierend auf einem vorhergehend festgelegten variablen Ventilstellwert und durch Ändern des Öffnungsgrades des Drosselventils (11) basierend auf einem vorhergehend festgelegten Drosselventilstellwert in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors gesteuert wird, wobei das Steuerungsverfahren

dadurch gekennzeichnet ist, dass,

wenn während einem spezifischen stationären Betriebszustand ein Isteinlassleitungsdruck von einem Solleinlassleitungsdruck, der während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, verschieden ist, ein erster Korrekturbetrag für einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert durch Ändern des einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert berechnet wird, so dass der Isteinlassleitungsdruck gleich dem Solleinlassleitungsdruck wird;

wenn zu dieser Zeit die Isteinlassluftmenge immer noch von einer Solleinlassluftmenge, die während dem spezifischen stationären Betriebszustand festgelegt ist, verschieden ist, ein zweiter Korrekturbetrag für einen anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert durch Ändern des anderen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert berechnet wird, so dass die Isteinlassluftmenge gleich der Solleinlassluftmenge wird; und

der zweite Korrekturbetrag verwendet wird, um den einen von dem Drosselventilstellwert und dem variablen Ventilstellwert, der durch den ersten Korrekturbetrag korrigiert wird, weiter zu korrigieren.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Korrekturbetrag und der zweite Korrekturbetrag aktualisiert werden. Steuerungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der erste Korrekturbetrag außerhalb einem Schwellwertbereichs ist oder wenn der zweite Korrekturbetrag außerhalb eines Schwellwertbereichs ist, bestimmt ist, dass das Drosselventil (11) oder das variable Ventilbetätigungssystem einen Fehler hat.






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