DE60012855T2

DE60012855T2 - Koordinierte Ventilsteuerung und Drosselklappensteuerung zur Steuerung der Ansaugluftmenge

Info

Publication number: DE60012855T2
Application number: DE60012855T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Yokohama-shi Arai; Hatsuo Yokohama-shi Nagaishi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2020-12-02
Also published as: US6553964B2; EP1106807A3; EP1106807A2; DE60012855D1; EP1106807B1; US20010032613A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Steuern der Einlassluft zu einem Verbrennungsmotor mittels einer ungedrosselten Einlassluftregelung.
2. Terminologie
Motorhubraum
Dieser wird hierin in der Bedeutung der Summe des Hubs aller Zylinder eines Motors verwendet. "Motorhubraum" und "Hubraum eines Motors" sind Synonyme. In der Beschreibung wird das Bezugszeichen "VOL#" verwendet, um den "Motorhubraum" darzustellen.
3. Beschreibung der verwandten Technik
JP-A 8-2025 offenbart ein System zur Steuerung elektromagnetischer Antriebseinrichtungen (EMDs) für Einlass- und Auslassventile, welche für jeden Brennraum eines Verbrennungsmotors vorgesehen sind. Gemäß diesem System steuert eine elektronische Steuereinheit (ECU) Ventilzeiten von Einlass- und Auslassventilen unabhängig von der Kurbelwellenposition und der Drehzahl in einem von vorbestimmten Plänen, welche für verschiedene Motorbetriebsbereiche angepasst sind. Die ECU identifiziert einen von den von variierender Motorbelastung und Motordrehzahl abhängigen verschiedenen Motorbetriebsbereichen. Während einer Übergangsperiode von einem zum nächsten der Motorbetriebsbereiche verschiebt die ECU die Ventilzeiten der Einlassventile in einer allmählichen Weise, um somit das Auftreten einer raschen Veränderung in der Einlassluftkennlinie zu verhindern. Diese JP-A schweigt sich dazu aus, wie die Motorbela stung gesteuert wird, und vertilgt über keine Lehren bezüglich der Motorbelastungsteuerung durch frühe oder verzögerte Ventilschließzeiten der Einlassventile.
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Steuerung der Einlassluft durch Variieren der Ventilschließzeiten der Einlassventile unter Verwendung derartiger EMDs. Die elektromagnetischen Antriebseinrichtungen können die Ventilöffnungs- und Schließzeiten über einen breiten Bereich unabhängig von der Kurbelwellenposition anpassen. Da die Drosselung der Einlassluft nicht auf die Steuerung der Motorbelastung angewiesen ist, werden Motorpumpverluste eliminiert.
EP 0 953 750 A2 , veröffentlich am 3. November lehrt ein variables Regulieren eines winkelartigen Öffnungswinkels eines Drosselventils, um einen vorbestimmten Unterdruck innerhalb einer Einlass-Sammelleitung abstromseitig von dem Drosselventil während der Motorbelastungssteuerung durch eine ungedrosselte Einlassluftsteuerung unter Verwendung einer variablen Regulierung der Einlassventilzeiten aufrecht zu erhalten. Der Unterdruck innerhalb der Einlass-Sammelleitung ist für die Reinigungssteuerung erforderlich. Aufgrund der Einschränkung der Geschwindigkeit, mit welcher eine EMD ihr Einlassventil bewegen kann, wird die Regulierung der Ventilschließzeit in der Einlassluftsteuerung in einem bestimmten Betriebsbereich ineffektiv. In einem derartigen Betriebsbereich ist das Drosselventil darauf angewiesen, eine gedrosselte Einlassluftsteuerung durchzuführen.
Aufgrund der Anordnung einer Einlass-Sammelleitung und eines Sammlers abstromseitig von einem Drosselventil, gibt es eine Verzögerung während der Regelung der gedrosselten Einlassluft zwischen einer Veränderung in der Winkelposition des Drosselventils und einer Veränderung in der Zylinderluftladung. Im Falle einer ungeregelten Einlassluftsteuerung, gibt es keine von der Einlass-Sammelleitung und dem Sammler bewirkte Verzögerung, so dass eine Veränderung in der Ventilschließzeit eine Veränderung in der Zylinderluftladung ohne jede Verzögerung induziert, was ein aggressives Ansprechverhalten bereitstellt. Beispielsweise bewirkt eine aggressive Wiederholung eines Zyklusses aus Niederdrücken und Loslassen eines Gaspedals durch den Fahrer eine derart heftige Veränderung des an einen Antriebsstrang übertragenen Drehmomentes, dass eine Schwingung bewirkt wird, welche eine Reduzierung im Fahrkomfort und einen ziemlich hohen Geräuschpegel erzeugt.
Wie vorstehend erwähnt, kann eine Entdrosselung der Einlassluftsteuerung die Zylinderluftladung in einem bestimmten Betriebsbereich nicht zufriedenstellend steuern. In einem derartigen Betriebsbereich ist die Drosselung der Einlassluft durch ein Drosselventil erforderlich. In einem derartigen Falle muss sorgfältig darauf geachtet werden, einen sanften Übergang während der Übergangsperiode von der ungedrosselten Steuerung zu der gedrosselten Steuerung oder umgekehrt ohne irgendeinen Ruck aufgrund einer Drehmomentveränderung zu erzeugen. Eine unerwünschte Drehmomentveränderung kann während einer derartigen Übergangsperiode hauptsächlich aufgrund eines erheblichen Unterschiedes in dem Ansprechverhalten zwischen zwei Steuerarten auftreten.
Somit verbleibt ein Bedarf, eine ungedrosselte Einlassluftsteuerung durch eine variable Ventilzeit in der Weise zu verbessern, dass das Auftreten einer durch aggressives zyklisches Drücken und Loslassen eines Gaspedals bewirkten heftigen Drehmomentveränderung verhindert wird, und dass die unerwünschte Drehmomentschwankung aufgrund einer Übergangsperiode von dem einen zu dem anderen der zwei Einlassluftsteuerungsarten unterdrückt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Steuerung der Einlassluft in einem Verbrennungsmotor in der Weise bereitzustellen, dass das Auftreten einer heftigen Drehmomentveränderung, die durch eine aggressive zyklische Drück- und Loslass-Manipulation eines Gaspedals bewirkt wird, verhindert wird, und dass die unerwünschte Drehmomentveränderung während einer Übergangsperiode von der einen auf die andere der zwei Einlassluftsteuerungen unterdrückt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern der Einlassluft eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei der Motor wenigstens einen Brennraum hat, der mit einer Einlasseinrichtung zusammen mit einer Einlass-Sammelleitung versehen ist, die mit einem Drosselventil versehen ist, und die Öffnungsund Verschlusszeiten der Einlasseinrichtung unabhängig von der Kurbelwellenposition reguliert werden können, um die Menge an Einlassluft zu steuern, die dem Brennraum zugeführt wird, wobei das Verfahren umfasst:
Erzeugen einer Ansprech-Regulierung für die Ventilzeitsteuerung der Einlasseinrichtung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung als auch Drossel-Positionssteuerung des Drosselventils für ungedrosselte Einlassluftsteuerung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Steuern der Einlassluft eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei der Motor wenigstens einen Brennraum hat, der mit einer Einlasseinrichtung zusammen mit einer Einlass-Sammelleitung versehen ist, die mit einem Drosselventil versehen ist, und die Öffnungs- und Verschlusszeiten der Einlasseinrichtung unabhängig von der Kurbelwellenposition reguliert werden können, um die Menge an Einlassluft zu steuern, die dem Brennraum zugeführt wird, und das System umfasst:
eine Steuerung zum Erzeugen einer Ansprech-Regulierung für eine Ventil-Zeitsteuerung der Einlasseinrichtung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung und Drossel-Positionssteuerung des Drosselventils für ungedrosselte Einlassluftsteuerung integriert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Blockdarstellung, welche ein System und ein Verfahren zum Steuern der Einlassluft zu einem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine schematische Ansicht einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung (EMD), die in jeder von den Ventilsteuerungen für die Einlass- und Auslassventile des Motors verwendet wird.
3 ist eine Blockdarstellung einer Steuereinheit, die die vorliegende Erfindung implementiert.
4 ist ein Steuerdiagramm von Steuerungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine graphische Darstellung, welche den Einlassluftsteuerplan darstellt.
6 ist eine graphische Darstellung abrufbarer zugeordneter Daten von verschiedenen Werten der Soll-Einlassluft (TQHOSH) aufgetragen über variierenden Werten einer Gaspedalwinkelposition (VAPO) mit variierenden Werten der Motordrehzahl (NE) als Parameter.
7 ist eine graphische Darstellung abrufbarer Tabellendaten von Werten eines Verhältnisses (A_TH)/(NE)(VOL#) über werten eines Einlassluft-Endsollwertes als verarbeitete Verzögerung (FQHOST), wobei das als A/NV-Verhältnis abgekürzte Verhältnis sich aus der Division einer Öffnungsfläche (A) bei der Drossel durch ein Produkt der Motordrehzahl (NE) und des Motorhubraums (VOL#) ergibt.
8 ist eine schematische Darstellung einer Tabelle von abrufbaren Daten von Werten der Drosselposition (TVA) gegenüber Werten der Fläche einer Drossel (A_TH).
9 ist eine graphische Darstellung von abrufbaren Tabellendaten von Werten von Einlassventilschließ-(IVC)-Zeiten der Einlasseinrichtung aufgetragen über Werten des Einlassluft-Endsollwertes (FQHOST), welche einen IVC-Steuerungsplan darstellt, der für eine ungedrosselte Einlassluftsteuerung verwendet wird.
10 ist eine graphische Darstellung von abrufbaren Tabellendaten von Werten der IVC-Zeit über variierenden Werten der Motordrehzahl (NE), welche den IVC-Steuerplan für die Steuerung der gedrosselten Einlassluft darstellt.
11 ist eine mathematische Darstellung der in 4 verwendeten Ansprechregulierung.
12 ist eine schematische Darstellung von abrufbaren zugeordneten Daten eines Ansprechkorrekturkoeffizienten, welcher durch das Bezugszeichen FLOAD dargestellt wird.
13 ist ein Flussdiagramm, welches die Steuerlogik gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
14A, 14B, 14C, 14D und 14E sind graphische Darstellungen, welche das Motoransprechverhalten mit dem Vorteil der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem Motoransprechverhalten ohne den Vorteil der vorliegenden Erfindung darstellt.
Beste Ausführungsarten der Erfindung
1 ist eine Blockdarstellung, welche den Betrieb eines Systems oder Verfahrens zum Steuern der Einlassluft durch eine variable Einlassventilzeitsteuerung mit Ansprechverhaltensregulierung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Das System 10 enthält einen insgesamt mit dem Bezugszeichen 12 bezeichneten Verbrennungsmotor in Verbindung mit einer Steuereinheit (C/U) 14. Wie es schematisch in 1 dargestellt ist, besitzt der Motor 12 wenigstens einen Brennraum 16, der innerhalb eines Zylinders 18 durch ein funktionell mit einer Kurbelwelle 22 verbundenen, hin und her gehenden Kolben 20 definiert ist. Der Brennraum 16 ist mit einer Einlasseinrichtung 24 zusammen mit einem Einlasssammler 26, welcher einen Sammler 27 umfasst, und einer Auslasseinrichtung 28 zusammen mit einer Auslasssammelleitung 30 verbunden. Die Einlasseinrichtung 24 enthält wenigstens ein Einlassventil 32, wovon jedes von einer variablen Ventilsteuerung 34 betrieben wird. Die Auslasseinrichtung 28 enthält wenigstens ein Auslassventil 36, wovon jedes von einer variablen Ventilsteuerung 38 betrieben wird. Kraftstoff wird in dem Brennraum 16 durch eine Einspritzdüse 40 eingespritzt. Eine Zündkerze 42 erzeugt einen Funken zur Auslösung der Verbrennung der brennbaren Ladung innerhalb des Brennraums 18. Ein Drosselventil 44 ist dafür vorgesehen, den Lufteinstrom in die Einlass-Sammelleitung 26 zu steuern.
Verschiedene Sensoren sind zum Überwachen von Motorbetriebsbedingungen vorgesehen. Die Sensoren können einen Luftstrommesser 46, welcher ein Massenluftstrom(MAF)-Signal an die C/U 14 zum Überwachen des Lufteinlasses in die Einlass-Sammelleitung 26 erzeugt. Ein Drosselsensor 48 erzeugt ein Drosselpositionssensor(TPS)-Signal für die C/U 14, um den Drosselöffnungswinkel oder die Position des Drosselventils 44 zu überwachen. Ein Gaspedal 50 wird dazu verwendet, um das Drehmomentanforderungssignal des Betreibers oder Fahrers zu ermitteln. Ein Gaspedalsensor 52 liefert ein Fahrzeuggaspedalöffnungs-(VAPO) oder Pedalpositionssignal das den Gaspedalöffnungswinkel oder die Position des Gaspedals 50 darstellt.
Der Motor 12 enthält verschiedene weitere Sensoren, wie z.B. einen Kurbelwellensensor oder Motordrehzahlsensor 54, welcher ein eine Motordrehzahl (NE) anzeigendes Signal an die C/U 14 liefert, und einen Motorkühlmitteltemperatursensor 56. Der Motorkühlmitteltemperatursensor 56 liefert ein die Motorkühlmitteltemperatur anzeigendes Motorkühlmitteltemperatur-(Tw)-Signal an die C/U 14.
2 stellt eine schematische Ansicht einer EMD 86 bereit, welcher in jeder von den Ventilsteuerungen 34 und 38 für das zugeordnete Zylinderventil, beispielsweise das Einlassventil 32 verwendet wird. Die EMD 86 enthält ein Gehäuse 88, eine bewegliche Platte 90 wird in einer neutralen Position gemäß Darstellung in 2 innerhalb des Gehäuses 88 mittels zwei Federn 92 und 94 gehalten. Die Federn 92 und 94 sind an der einen und an gegenüberliegenden Seite der beweglichen Platte 90 angeordnet. An den entferntesten Enden liegen die Federn 92 und 94 auf dem Gehäuse 88 auf. An den nächstliegenden Enden liegen die Federn 92 und 94 auf beabstandeten Wänden der beweglichen Platte 90 auf. Zwei elektromagnetische Spulen 96 und 98 sind auf dem Gehäuse 88 auf der einen und der gegenüberliegenden Seite der beweglichen Platte 90 befestigt. Ohne Zuführung von elektrischem Strom durch die elektromagnetische Spule 98 zieht die Zuführung von elektrischem Strom durch die elektromagnetische Spule 96 die bewegliche Platte 90 für eine Bewegung gegen die Wirkung der Feder 92 an. Die Zuführung von elektrischem Strom durch die elektromagnetische Spule 98 ohne die Zuführung von elektrischem Strom durch die elektromagnetische Spule 98 zieht die bewegliche Platte 90 für eine Bewegung gegen die Wirkung der Feder 94 an. Um wenigstens die Bewegung der beweglichen Platte 90 in einer Richtung gegen die Feder 94 auf das Einlassventil 32 zu übertragen, ist der Ventilschaft funktionell mit der beweglichen Platte 90 verbunden. Somit kann ohne Zuführung von elektrischem Strom über die elektromagnetische Spule 96 die Versorgung der elektromagnetischen Spule 98 das Einlassventil 32 aus einer Ruheposition angehoben halten, in welcher das Einlassventil 32 auf einem Ventilsitz 102 aufliegt. In dieser Ausführungsform ist der Ventilschaft 100 an der beweglichen Platte 90 so befestigt, dass die Zuführung von elektrischem Strom durch die elektromagnetische Spule 96 mit einer Unterbrechung der Zuführung von elektrischem Strom durch die elektromagnetische Spule 98 das Einlassventil 32 in der Ruheposition halten kann.
Gemäß 3 empfängt die C/U 14 Signale aus den verschiedenen Sensoren über Eingangsanschlüsse 104, welche eine Signalaufbereitung, Umwandlung und/oder Fehlerdetektion wie im Fachgebiet bekannt, bereitstellen können. Die Eingangsanschlüsse 104 stehen mit dem Prozessor (MPU) 106 über einen Daten/Steuerbus 108 in Verbindung. Der MPU 106 implementiert die Steuerlogik in der Form von Hardware und/oder Softwareinstruktionen, welche in einem Computer-lesbaren Medium 110 gespeichert sein können, um die Einlassluftsteuerung für den Motor 12 auszuführen. Das Computerlesbare Medium 110 kann verschiedene Typen von flüchtigem und nicht flüchtigem Speicher, wie z.B. Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 112, Nur-Lese-Speicher (ROM) 114, und einen Erhaltungsspeicher (KAM) 116 umfassen. Diese funktionalen Klassifizierungen des Speichers können durch einen oder mehrere unterschiedliche physikalische Vorrichtungen, wie z.B. PROMs, EPROMs, EEPROMs, Flashspeicher und dergleichen abhängig von der spezifischen Anwendung implementiert werden.
Der MPU 106 steht mit verschiedenen Stellgliedern des Motors 12 über Ausgangsanschlüsse 118 in Verbindung. Die Stellglieder können den Zündzeitpunkt oder den Zündfunken SPK, die Zeitsteuerung und die Dosierung des Kraftstoffs FEM, die Position des Drosselventils TVA zum Steuern des Lufteinstroms, die Einlassventilzeitsteuerung (IVT) zum Steuern der Einlassluft in den Brennraum und die Auslassventilzeitsteuerung (EVT) steuern. Im Betriebsbereich, in welchem die gedrosselte Einlassluftsteuerung erforderlich ist, wird die Position des Drosselventils 44 variabel von dem Stellglied in der Form eines Motors 45 so reguliert, dass die Einlassluft in dem Brennraum 16 gesteuert wird, und die Einlassventilschließzeitsteuerung (IVC) wird durch die EMD 86 so reguliert, dass eine Ventilöffnungsdauer in dem Umgebungsbereich der letzten Dauer erzeugt wird. Im Betriebsbereich, in welchem eine ungedrosselte Einlassluftsteuerung erforderlich ist, wird die IVC-Steuerung durchgeführt und die Position des Drosselventils 44 so reguliert, dass ein Ladedruck innerhalb der Einlass-Sammelleitung auf einem Sollunterdruck gehalten wird. In der IVC-Steuerung wird die Einlassventilschließ-(IVC)-Zeit variabel reguliert, um die Einlassluft in dem Brennraum 16 ohne Berücksichtigung der Drosselung des Luftstroms durch das Drosselventil 44 zu steuern.
5 stellt durch einen schattierten Bereich einen Niederlast/Hochdrehzahl-Betriebsbereich dar, in welchem eine gedrosselte Einlassluftsteuerung durchzuführen ist. Ein in 5 dargestellter nicht schattierter Bereich veranschaulicht den Betriebsbereich, in welchem eine ungedrosselte Einlassluftsteuerung durchzuführen ist.
In dem Niederlast/Hochdrehzahl-Betriebsbereich ist es nicht möglich, eine Soll-Einlassluft durch eine frühe Ventilschließzeit zu erzielen, da eine minimale Ventilöffnungsdauer unabhängig von der Kurbelwellenposition und der Drehzahl durch die EMD 86 bestimmt wird.
Bei der minimalen Ventilöffnungsdauer mit dem frühesten Ventilschließzeitpunkt, führt eine Erhöhung der Kurbelwellendrehzahl zu einer Verzögerung im Ventilschließzeitpunkt in Hinblick auf die Kurbelwellenwinkelposition. Somit ist in dem Niederlast/Hochdrehzahl-Betriebsbereich gemäß Darstellung durch den schattierten Bereich in 5 nicht möglich, die Soll-Einlassluft durch ein frühes Schließen des Einlassventils bei weit offener Drossel (WOT) zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem in 5 nicht schattiertem Betriebsbereich eine ungedrosselte Einlassluftsteuerung durchgeführt, um einen Sollwert durch variables Regulieren der IVC-Zeit zu erzielen, wobei ein Ladedruck innerhalb der Einlass-Sammelleitung 26 durch variables Regulieren des Drosselventils 44 konstant gehalten wird. Im Niederlast/Hochdrehzahl-Betriebsbereich gemäß Darstellung durch den schattierten Bereich in 5 wird die gedrosselte Einlassluftsteuerung durchgeführt, indem die Drosselposition des Drosselventils 44 variabel reguliert wird, um den Ladedruck zu variieren, wobei die IVC-Zeit in dem Umgebungsbereich der minimalen Ventilöffnungsdauer reguliert wird.
In der bevorzugten Ausführungsform führt der MPU 106 in einem Computer-lesbaren Medium 110 gespeicherte Instruktionen aus, um ein Verfahren für die Einlassluftsteuerung durchzuführen, um mit dem EMD 34 für das Einlassventil 32 und dem Motor 45 für das Drosselventil 44 für die ungedrosselte Einlassluftsteuerung in Koordination mit der gedrosselten Einlassluftsteuerung zu kommunizieren.
4 stellt eine Blockdarstellung bereit, welche repräsentative Steuerungen für die Einlassluftsteuerung zur Erzeugung einer Motordrehmomentsteuerung veranschaulicht.
In der bevorzugten Ausführungsform implementiert die C/U 14 die Ermittlung einer Soll-Einlassluft (TQHOSH) bei einem Block 120 auf der Basis eines Betreiberdrehmomentanforderungsbefehls, welcher aus der Gaspedalposition VAPO und der Motordrehzahl NE abgeleitet wird. Eine Gruppe von Kurven 122 in 6 veranschaulicht, wie die Soll-Einlassluft TQHOSH gegenüber einer Veränderung der VAPO bei jedem von unterschiedlichen Werten der Motordrehzahl NE variiert. Ein repräsentatives Beispiel einer Ermittlung der TQHOSH ist in der U.S. Patentanmeldung Seriennummer: noch nicht erteilt, eingereicht am 2. Dezember 2000 mit dem Titel "Unthrottled intake air control with partial delay for requested engine response performance" welches gleichzeitig mit diesem übertragen wurde, und Priorität gegenüber den Japanischen Patentanmeldungen Nr. 11-343910 (eingereicht am 2. Dezember 1999), 11-345375 (eingereicht am 3. Dezember 1999), 11-345374 (eingereicht am 3. Dezember 1999) und 11-356401 (eingereicht am 15. Dezember 1999) in Anspruch nimmt. Die Offenbarung dieser gleichzeitig übertragenen anhängigen U.S. Patentanmeldung ist hiermit durch Bezugnahme in ihrer Vollständigkeit beinhaltet, um ein Beispiel der Verarbeitung zu klären, welche bei dem Block 120 durchgeführt werden kann. Ein weiteres Beispiel einer Verarbeitung, welche bei dem Block 120 durchgeführt werden kann, ist ein Tabellennachschlagebetrieb mit gemäß Darstellung in 6 abrufbaren zugeordneten Daten, die im ROM 114 über einer verschiedenartigen Kombination von Werten von VAPO und NE gespeichert sind, um einen Sollwert der TQHOSH zu erzielen. In diesem Falle sollte ein Einlassluftmengenbedart für eine Leerlaufdrehzahlsteuerung (IDS) dem durch den Tabellennachschlagevorgang erzielten Sollwert hinzugefügt werden.
Der Block 120 liefert seinen Ausgangs-TQHOSH an einen Block 124. Der Block 124 gibt NE sowie TQHOSH ein und führt die Steuermodusauswahl durch. Der Block 124 vergleicht den Eingangswert von TQHOSH mit einem Schwellenwert auf einer Kurve 126, welche die Grenze des durch den schattierten Bereich in 5 veranschaulichten Teillast/Hochdrehzahl-Betriebsbereiches definiert. Zum Erzielen des Schwellenwertes auf der Kurve 126 wird ein Tabellennachschlagevorgang von zugeordneten Daten von Werten in der Einlassluft auf der Kurve 126 über dem Eingabewert von NE durchgeführt. Die zugeordneten Daten der Schwellenwerte sind im ROM 114 gespeichert. Im Block 124 wird die ungedrosselte Einlassluftsteuerung ausgewählt, wenn TQHOSH eine vorbestimmte Beziehung zu dem Schwellenwert 126 einhält. Die vorbestimmte Beziehung beinhaltet, dass TQHOSH größer als der Schwellenwert 126 ist. Der Block 124 wählt die gedrosselte Einlassluftsteuerung aus, wenn der TQHOSH nicht die vorbestimmte Beziehung einhält. Beispielsweise wird die gedrosselte Einlassluftsteuerung ausgewählt, wenn TQHOSH niedriger als der Schwellenwert 126 ist.
Unter der Annahme, dass eine ungedrosselte Einlassluftsteuerung ausgewählt wird, liefert der Block 124 TQHOSH an einen Ansprechregulierungsblock 128. 11 stellt eine mathematische Darstellung der bei dem Block 128 unter Verwendung von TQHO-SOH und des Ansprechkorrekturkoeffizienten FLOAD ausgeführten Verarbeitung dar. Werte von FLOAD werden auf der Basis von Daten ermittelt, die durch verschiedene Experimente oder Tests oder durch Computersimulationen erhalten wurden, um ein geeignetes Verzögerungsäquivalent zu der Zeitkonstante bereitzustellen, welche durch das Volumen der Einlass-Sammelleitung 26 abstromseitig von dem Drosselventil 44 bewirkt wird. 12 veranschaulicht die Struktur abrufbarer Daten von Werten von FLOAD einschließlich einer Anzahl zweidimensionaler Kennfelder, die als FLOAD-Kennfelder bezeichnet werden, welche gegenüber repräsentativen Werten der Motordrehzahl NE (RPM) vorbereitet sind. Über den Eingangswert von NE werden zwei Kennfelder für Tabellennachschlagevorgänge abhängig von dem aktuellen Eingangswert von TQHOSH und dem vorhergehenden oder alten Wert des verarbeiteten oder endgültigen Soll-Einlassluftwertes FQHOLD ausgewählt, um zwei abgerufene Werte bereitzustellen. Unter Verwendung dieser zwei abgerufenen Werte wird eine Interpolation auf einen geeigneten Wert von FLOAD über dem aktuellen Wert von NE durchgeführt. In der Darstellung wird nur ein Satz von FLOAD-Kennfeldern verwendet, um FLOAD bereitzustellen. Bevorzugt sollten unterschiedliche Sätze von FLOAD-Kennfeldern bereitgestellt und für die Beschleunigung bzw. Abbremsung verwendet werden.
Gemäß Darstellung in 11 erzeugt der Block 128 unter Verwendung von TQHOSH und FLOAD als Eingangssignalen ein Ausgangssignal FQHOST durch Berechnung der nachstehenden Gleichung: FQHOST = TQHOSH × FLOAD + FQHOLD × (1 – FLOAD) (1)wobei: FQHOLD ein alter oder vorhergehender Wert von FQHOST ist.
Zurückkehrend zu 4 liefert der Block 128 FQHOST an einen Block 130 zur Ermittlung der TVA für den ungedrosselten Einlassluftsteuermodus und auch an den Block 134 für die Ermittlung der IVC für den ungedrosselten Einlassluftsteuermodus.
Zur Ermittlung der TVA im Block 130 ermittelt die MPU 106 eine Soll-Drosselposition TVA, so dass der Soll-Ladedruck beibehalten wird und während der ungedrosselten Einlassluftsteuerung durch eine variable Regulierung der IVC-Zeit unveränderlich gehalten wird.
Der MPU 106 führt einen Tabellennachschlagevorgang von 7 bezüglich FQHOST durch, um ein A/NV-Verhältnis zu erhalten, welches sich aus der Division der Öffnungsfläche bei der Drossel (A_TH) durch ein Produkt von Motordrehzahl (NE) und Motorhubraum (VOL#) ergibt. Die verschiedenen Werte des A/NV-Verhältnisses werden so ermittelt, dass sie den Soll-Ladedruck gegenüber variierenden Werten von FQHOST beibehalten. Gemäß Darstellung kann die Beziehung zwischen dem A/NV-Verhältnis und FQHOST durch eine lineare Funktion 132 angenähert werden. Somit kann der MPU 106 anstelle des Tabellennachschlagevorgangs das A/NV-Verhältnis als die vorbestimmte lineare Funktion 132 von FQHOST ermitteln. Anhand der linearen Funktion 132 wird man erkennen, dass das A/NV-Verhältnis linear abnimmt, wenn FQHOST abnimmt.
Ein konstanter Ladedruck (Unterdruck) ist während der ungedrosselten Einlassluftsteuerung für den Aktivkohlefilterreinigungsbetrieb erforderlich.
Unter Verwendung des so erzielten A-NV-Verhältnisses berechnet der MPU 106 A_TH durch Multiplizieren des A/NV-Verhältnisses mit einem Produkt aus NE und VOL#. Dann ermittelt der MPU 106 eine Soll-Drosselposition TVA, indem er einen Nachschlagevorgang in einer Tabelle, wie es schematisch in 8 dargestellt ist, bezüglich einer Öffnungsfläche A_TH, durchführt. Der Block 130 liefert die TVA an den Motor 45 für das Drosselventil 44.
Für die Ermittlung der IVC für die ungedrosselte Einlassluftsteuerung im Block 134 ermittelt der MPU 106 die IVC-Zeit, indem er einen Tabellennachschlagevorgangs von zugeordneten abrufbaren Werten auf einer in 9 dargestellten Kurve 136 bezüglich eines Eingangswertes von FQHOST durchführt. Der Block 134 ermittelt ein Steuersignal als Reaktion auf die ermittelte IVC-Zeit und liefert das Steuersignal an die EMD 34 zum Schließen des Einlassventils 32 zu der Schließzeit gemäß Anzeige durch die ermittelte IVC-Zeit.
Es werde nun angenommen, dass der gedrosselte Einlassluftsteuermodus im Block 124 ausgewählt wird. In diesem Falle liefert der Block 124 TQHOSH an den Block 138 zum Ermitteln der NA für den gedrosselten Einlassluftsteuermodus. Gleichzeitig mit der Auswahl des gedrosselten Einlassluftsteuermodus wird ein Block 140 zur Ermittlung der IVC für den gedrosselten Einlassluftsteuermodus ausgelöst, um diesen als Reaktion auf ein Signal gemäß Darstellung durch einen Pfeil 139 in Betrieb zu setzen.
Für die Ermittlung der NA für die gedrosselte Einlassluftsteuerung im Block 138 ermittelt der MPU 106 eine Fläche A_TH über TQHOSH und NE. Dann führt der MPU 106 eine Umwandlung der ermittelten Fläche A_TH in eine Soll-Drosselposition NA durch, indem er einen Nachschlagevorgang einer Tabelle gemäß schematischer Darstellung in 8 bezüglich A_TH ausführt. Der Block 138 liefert die NA an den Motor 45 für das Drosselventil 44.
Zur Ermittlung der IVC für die gedrosselte Einlassluftsteuerung im Block 140 gibt der MPU 106 NE ein und ermittelt als eine Funktion von NE einen Sollwert der IVC-Zeit, um die minimale Ventilöffnungsdauer bei dem Eingangswert von NE zu erhalten. Diese Funktion ist bei 142 in 10 dargestellt. Jeder von den Werten der IVC-Zeit auf der Funktion 142 liefert die minimale Ventilöffnungsdauer bei einem der Motordrehzahlwerte von NE. Der Block 140 ermittelt ein Steuersignal als Reaktion auf die ermittelte IVC und liefert das Steuersignal an den MD 34 zum Schließen des Einlassventils 32 zur Schließzeit gemäß Anzeige durch die ermittelte IVC-Zeit.
Ein Beispiel, wie die C/U 14 die vorliegende Erfindung implementieren würde, kann unter Bezugnahme auf 13 verstanden werden. Das Flussdiagramm von 13 veranschaulicht die Steuerlogik für die Erzeugung einer ungedrosselten Einlassluftsteuerung in Koordination zu einer gedrosselten Einlassluftsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass die Steuerlogik in Software, Hardware oder in einer Kombination von Software und Hardware implementiert werden kann. Ebenso können verschiedene Verarbeitungsstrategien eingesetzt werden, ohne von dem Erfindungsgedanken oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Ablauffolgen dargestellter Operationen sind nicht notwendigerweise erforderlich, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erzielen, und werden nur zur Erleichterung der Veranschaulichung bereitgestellt. Ebenso können verschiedene Schritte parallel oder durch spezialisierte elektrische oder elektrische Schaltungen ausgeführt werden.
In 13 stellt der Schritt S150 die Ermittlung von TQHOSH dar. Der Schritt S152 stellt die Abfrage, welche von den zwei Steuermodi gewählt werden soll, dar. Nach der Auswahl des ungedrosselten Einlassluftsteuermodus fährt die Steuerroutine mit dem Schritt S154 und den Schritten S156 und S158 fort. Nach der Auswahl des gedrosselten Einlassluftsteuermodus fährt die Steuerungsroutine mit den Schritten S160 und S162 fort.
Der Schritt S154 repräsentiert die Ansprechregulierung in der Weise, wie in Verbindung mit den 11 und 12 beschrieben, um FQHOST zu ergeben. Der Schritt S156 stellt die Ermittlung von TVA für den ungedrosselten Steuermodus unter Bezugnahme auf die
7 und 8 dar. Der Schritt S158 stellt die Ermittlung der IVC-Zeit durch Bezugnahme auf 9 dar.
Der Schritt S160 stellt die Ermittlung der TVA für die gedrosselte Einlassluftsteuerung dar. Der Schritt S162 stellt die Ermittlung der IVC-Zeit durch Bezugnahme auf die 10 dar.
In den 14A, 14B, 14C, 14D und 14E stellt die voll durchgezogene Linie in jeder von den 14B bis 14E eine sanfte Übergangsansprechkennlinie mit dem Vorteil der vorliegenden Erfindung als Reaktion auf eine stufenartige Zunahme der VAPO gemäß Darstellung in 14A dar. Die gepunktete Linie in jeder von den 14B bis 14E veranschaulicht eine Übergangsansprechkennlinie ohne den Vorteil der vorliegenden Erfindung. In diesem Falle wird die Ansprechregulierung nur an der IVC für die ungeregelte Steuerung ohne Ansprechregulierung an der TVA-Regelung für die ungedrosselte Steuerung durchgeführt. Aus 14C erkennt man das Auftreten einer Störung im Ladedruck. Die Ein-Punkt-Kettenlinie in jeder von den 14D bis 14E veranschaulicht einen weiteren Fall, in welchem keine Ansprechregulierung sowohl an den IVC- als auch TVA-Steuerungen für einen ungedrosselten Einlassluftsteuermodus ausgeführt wird.
In der bevorzugten Ausführungsform wird das Eingangssignal TQHOSH sowohl zu den Blöcken 130 als auch 134 der Ansprechregulierung bei dem Block 128 unterworfen. Falls gewünscht kann jedes der Ausgangssignale der Blöcke 130 und 134 der Ansprechregulierung in der Weise wie sie in Verbindung mit den 11 und 12 beschrieben wurde, unterworfen werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung ausführlich in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass viele Alternativen, Modifikationen und Varianten für den Fachmann auf diesem Gebiet im Lichte der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sind. Es wird daher in Erwägung gezogen, dass die beigefügten Ansprüche alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Varianten soweit sie in den tatsächlichen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen, umfassen.
Diese Anmeldung nimmt Priorität gegenüber jeder von den Japanischen Patentanmeldungen Nr. 11-345378, eingereicht am 3. Dezember 1999 und Nr. 11-345373, eingereicht am 3. Dezember 1999, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Vollständigkeit enthalten ist, in Anspruch.

Claims

Verfahren zum Steuern der Einlassluft eines Verbrennungsmotors, wobei der Motor wenigstens einen Brennraum hat, der mit einer Einlasseinrichtung zusammen mit einer Einlass-Sammelleitung versehen ist, die mit einem Drosselventil versehen ist, und die Öffnungs- und Verschlusszeiten der Einlasseinrichtung unabhängig von der Kurbelwellenposition reguliert werden können, um die Menge an Einlassluft zu steuern, die dem Brennraum zugeführt wird, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer Ansprech-Regulierung (FQHOST) sowohl für Ventil-Zeitsteuerung (134) der Einlasseinrichtung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung als auch Drossel-Positionssteuerung (130) des Drosselventils für ungedrosselte Einlassluftsteuerung, wobei der Schritt des Erzeugens der Ansprech-Regulierung umfasst: Integrieren einer Verzögerung, die äquivalent zu einer Zeitkonstante aufgrund eines Volumens in der Einlass-Sammelleitung stromab von dem Drosselventil ist, sowohl in die Ventil-Zeitsteuerung der Einlasseinrichtung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung als auch die Drossel-Positionssteuerung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung.
Verfahren nach Anspruch 1, das des weiteren umfasst: Trennen eines ersten Betriebsbereiches für ungedrosselte Einlassluftsteuerung von einem zweiten Betriebsbereich für gedrosselte Einlassluftsteuerung; Ändern der Ventil-Zeitsteuerung der Einlasseinrichtung, wobei das Drosselventil in der Nähe der weit offenen Drosselposition gehalten wird, um ungedrosselte Einlassluftsteuerung während des ersten Betriebsbereiches durchzuführen; und Ändern der Drosselventilposition des Drosselventils, wobei die Ventil-Zeitsteuerung der Einlasseinrichtung so gehalten wird, dass eine Ventilöffnungsdauer in der Nähe einer vorgegebenen Ventilöffnungsdauer erzeugt wird, um gedrosselte Einlassluftsteuerung durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zweite Betriebsbereich ein Betriebsbereich ist, in dem Soll-Einlassluft durch die Ventil-Zeitsteuerung der Einlasseinrichtung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung nicht erreicht werden kann.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Schritt des Trennens umfasst: Ausführen der Auswahl des ersten und des zweiten Betriebsbereiches auf Basis der Soll-Einlassluft und der Motordrehzahl.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der erste und der zweite Betriebsbereich voneinander durch einen Schwellenwert der Soll-Einlassluft bei jedem sich ändernder Werte der Motordrehzahl getrennt sind und der Schwellenwert ansteigt, wenn die Motordrehzahl ansteigt; wobei der Schritt der Ventil-Zeitsteuerung der Einlasseinrichtung zum Durchführen ungedrosselter Einlassluftsteuerung während des ersten Betriebsbereiches umfasst: Ändern der Ventil-Verschlußzeitsteuerung der Einlasseinrichtung in Reaktion auf die Soll-Einlassluft, wobei die Ventil-Öffnungszeitsteuerung der Einlasseinrichtung in der Nähe des oberen Totpunktes gehalten wird, so dass die Ventilverschluss-Zeitsteuerung sich zum unteren Totpunkt hin verschiebt, wenn die Soll-Einlassluft zunimmt, wobei der Schritt des Änderns der Drosselventilposition des Drosselventils zum Durchführen gedrosselter Einlassluftsteuerung umfasst: Regulieren der Ventilverschluss-Zeitsteuerung der Einlasseinrichtung in Reaktion auf die Motordrehzahl, um eine Ventilöffnungsdauer in der Nähe der minimalen Ventilöffnungsdauer zu erzeugen.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verzögerung erzeugt wird, indem ein Verarbeitungswert (FQHOST), der Soll-Einlassluft anzeigt, ein Korrektur-Koeffizient (FLOAD) und ein Eingangswert (TQHOSH), der Soll-Einlassluft anzeigt, generiert werden, wobei der Verarbeitungswert (FQHOST) sich bei Berechnung der folgenden Gleichung ergibt: FQHOST = TQHOSH × FLOAD × FQHOLD × (1 – FLOAD)wobei FQHOLD der vorangehende Wert FQHOST ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei keine Ansprech-Regulierung der Ventilpositionssteuerung des Drosselventils und der Ventilzeitsteuerung der Einlasseinrichtung vorgenommen wird, wenn gedrosselte Einlassluftsteuerung durchgeführt wird.
System zum Steuern der Einlassluft eines Verbrennungsmotors, wobei der Motor wenigstens einen Brennraum hat, der mit einer Einlasseinrichtung zusammen mit einer Einlass-Sammelleitung versehen ist, die mit einem Drosselventil versehen ist, und die Öffnungs- und Verschlusszeiten der Einlasseinrichtung unabhängig von der Kurbelwellenposition reguliert werden können, um die Menge an Einlassluft zu steuern, die dem Brennraum zugeführt wird, und das System umfasst: eine Steuereinheit, die so ausgeführt ist, dass sie eine Ansprech-Regulierung (FQHOST) sowohl für Ventil-Zeitsteuerung (134) der Einlasseinrichtung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung als auch Drossel-Positionssteuerung (130) des Drosselventils für ungedrosselte Einlassluftsteuerung erzeugt, wobei eine Verzögerung, die äquivalent zu einer Zeitkonstante aufgrund eines Volumens in der Einlasssammelleitung stromab von dem Drosselventil ist, sowohl in die Ventil-Zeitsteuerung der Einlasseinrichtung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung als auch die Drossel-Positionssteuerung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung integriert wird.
System nach Anspruch 8, wobei wenigstens ein Einlassventil für den Brennraum; eine elektromagnetische Antriebseinrichtung, die funktionell mit jedem Einlassventil verbunden ist, um das Einlassventil zu öffnen; eine Einlass-Sammelleitung mit einem Drosselventil, die mit jedem Einlassventil in Verbindung steht; und Sensoren vorhanden sind, die Betriebsvariablen erzeugen, die Bediener-Drehmoments-Anforderungsbefehl und Motordrehzahl anzeigen; wobei die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass sie die Betriebsvariablen empfängt, um einen ersten Betriebsparameter, der Soll-Einlassluft anzeigt, auf Basis des Bediener-Drehmoment-Anforderungsbefehls und der Motordrehzahl zu bestimmen, die Steuereinrichtung so arbeitet, dass sie eine Auswahl auf Basis des ersten Betriebsparameters, der Soll-Einlassluft anzeigt, zwischen einem ersten Betriebsbereich für ungedrosselte Einlassluftsteuerung und einem zweiten Betriebsbereich für gedrosselte Einlassluftsteuerung trifft, wobei der erste und der zweite Betriebsbereich voneinander durch einen Schwellenwert der Soll-Einlassluft bei jedem sich ändernder Werte der Motordrehzahl getrennt sind und der Schwellenwert ansteigt, wenn die Motordrehzahl ansteigt, die Steuereinheit so arbeitet, dass sie, während die Ventilöffnungszeit in der Nähe des oberen Totpunktes gehalten wird, die Ventilverschlusszeitsteuerung des Einlassventils ändert, während das Drosselventil in der Nähe der weit offenen Drosselposition gehalten wird, um ungedrosselte Einlassluftsteuerung durchzuführen, wenn der erste Betriebsbereich gewählt wird, und die Drosselventilposition des Drosselventils ändert, während die Ventilzeitsteuerung des Einlassventils so gehalten wird, dass eine Ventilöffnungsdauer in der Nähe einer vorgegebenen Ventilöffnungsdauer gehalten wird, die sich mit der sich ändernden Motordrehzahl ändern kann, um gedrosselte Einlassluftsteuerung durchzuführen, wenn der zweite Betriebsbereich gewählt wird, die Steuereinheit so arbeitet, dass sie die Ansprech-Regulierung für den ersten Betriebsparameter erzeugt, der die Soll-Einlassluft anzeigt, um einen bearbeiteten ersten Betriebsparameter zu erhalten, die Steuereinheit so arbeitet, dass sie einen zweiten Betriebsparameter, der eine Soll-Ventilverschluss-Zeitsteuerung des Einlassventils anzeigt, auf Basis des bearbeiteten ersten Betriebsparameters bestimmt, die Steuereinheit so arbeitet, dass sie einen dritten Betriebsparameter, der eine Soll-Drosselposition des Drosselventils anzeigt, auf Basis des bearbeiteten ersten Betriebsparameters bestimmt, und die Steuereinheit so arbeitet, dass sie die elektromagnetische Antriebseinrichtung so steuert, dass sie bewirkt, dass das Einlassventil bei Ventilverschluss-Zeitsteuerung, die von dem zweiten Betriebsparameter angezeigt wird, dosiert, und das Drosselventil so steuert, dass sie die Drosselposition, die von dem dritten Betriebsparameter angezeigt wird, für ungedrosselte Einlassluftsteuerung während des ersten Betriebsbereichs einnimmt.
Computerlesbares Speichermedium, auf dem Daten gespeichert sind, die Befehle darstellen, die von einem Computer ausgeführt werden können, um Steuerung der Einlassluft eines Verbrennungsmotors durchzuführen, wobei der Motor wenigstens einen Brennraum hatte, der mit einer Einlasseinrichtung versehen ist, und Öffnungs- und Verschlusszeiten der Einlasseinrichtung unabhängig von der Kurbelwellenposition reguliert werden können, um die Menge an Einlassluft zu steuern, die dem Brennraum zugeführt wird, wobei das computerlesbare Speichermedium umfasst: Befehle zum Erzeugen einer Ansprech-Regulierung (FQHOST) sowohl für Ventilzeitsteuerung (134) der Einlasseinrichtung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung als auch Drossel-Positionssteuerung (130) des Drosselventils für ungedrosselte Einlassluftsteuerung, wobei eine Verzögerung, die äquivalent zu einer zweiten Konstante aufgrund eines Volumens in der Einlass-Sammelleitung stromab von dem Drosselventil ist, in die Ventil-Zeitsteuerung der Einlasseinrichtung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung und die Drossel-Positonssteuerung für ungedrosselte Einlassluftsteuerung integriert wird.