DE60015080T2 - Einlassluftmengen-steuervorrichtung für brennkraftmaschinen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einlaßluftmengen-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem veränderbaren Ventilzeitpunktsystem und ein elektronisches Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einem veränderbaren Ventilzeitpunktsystem.
  • In den letzten Jahren sind verschiedene elektronisch gesteuerte veränderbare Ventilzeitpunktsysteme vorgeschlagen und entwickelt worden, die die Einlaß- und Auslaßventile elektromagnetisch oder hydraulisch betätigen können, um mit Hilfe der Ventilzeitpunktsteuerung die Menge der Einlaßluft zu regulieren. Ein derartiges elektronisch gesteuertes veränderbares Ventilzeitpunktsystem mit elektromagnetisch betriebenen Ventileinheiten ist in den Vorläufigen Japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 8-200025 und 11-311135 beschrieben worden. In den Vorläufigen Japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 8-200025 und 11-311135 werden die Motorventile mit Hilfe eines elektromagnetischen Magnetventilreglers anstelle eines typischen Nockenantriebsmechanismus elektronisch gesteuert. Andererseits ist in der Vorläufigen Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5-71370 ein elektronisch gesteuertes, hydraulisch betriebenes veränderbares Ventilzeitpunktsystem beschrieben worden. Im Falle des oben erwähnten elektromagnetisch betätigten Motorventils wird das Motorventil elektronisch willkürlich mit Hilfe des elektromagnetischen Ventilreglers gesteuert, und somit kann der Ventilzeitpunkt kontinuierlich über einen sehr weiten Bereich gesteuert werden. Im allgemeinen weist ein derartiges elektromagnetisch betriebenes Motorventil ein Paar elektromagnetischer Spulen auf, die ein Motorventil jeweils anziehen, wenn das Paar der elektromagnetischen Spulen unter Strom gesetzt wird, sowie ein Paar von Rückstellfedern, die das Motorventil jeweils in eine Richtung zum Öffnen oder Schließen des Motorventils vorspannen. Wenn ein elektromagnetisch betriebenes Ventil bei einem Einlaßventil angewandt wird, ist es möglich, während die Einlaßluft dem Motorzylinder im wesentlichen mit Atmosphärendruck zugeführt wird, eine Einlaßluftmenge dadurch zu steuern, daß ein Einlaßventil-Schließzeitpunkt vorverlegt wird. Mittels der Steuerung durch Vorziehen des Einlaßventil-Schließzeitpunkts (IVC) kann ein Pumpverlust verringert und damit die Kraftstoffausnutzung verbessert werden.
  • Im Falle eines elektromagnetisch betriebenen Einlaßventils tritt jedoch das Problem der begrenzten Antriebsgeschwindigkeit des elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventils auf. Das heißt, wenn das Einlaßventil mit Hilfe einer elektromagnetischen Kraft angetrieben wird, wird die Antriebsgeschwindigkeit des Einlaßventils im allgemeinen ohne Rücksicht auf die Motordrehzahlen bei einer festgelegten Geschwindigkeit gehalten. Die festgelegte Geschwindigkeit wird in Abhängigkeit von sowohl der Federsteifigkeit einer jeden Feder als auch von der Größe der trägen Masse der beweglichen Bauelemente der elektromagnetisch betriebenen Ventilbetätigungsvorrichtung bestimmt. Infolge der erwähnten Begrenzung der Antriebsgeschwindigkeit existiert ein Betriebsbereich des Motors, in dem eine tatsächliche Einlaßluftmenge nicht allein mit Hilfe der Steuerung des Einlaßventil-Schließzeitpunkts näher an einen gewünschten Wert gebracht werden kann. Für das Umschalten von einem der beiden Zustände "Einlaßventil geschlossen" und "Einlaßventil offen" zum anderen benötigt die elektromagnetisch betriebene Ventilbetätigungsvorrichtung eine feststehende Arbeitszeit, unabhängig von den Motordrehzahlen. Mit anderen Worten: Die Mindestarbeitszeit der elektromagnetisch betriebenen Ventilbetätigungsvorrichtung ist ebenfalls begrenzt. Aus den genannten Gründen neigt der minimale Arbeitswinkel des Einlaßventils dazu, bei hohen Motordrehzahlen größer zu werden. Es ist daher schwierig, in einem Betriebsbereich hoher Drehzahl und niedriger Last, in dem eine gewünschte Einlaßluftmenge vergleichsweise gering ist, die tatsächliche Einlaßluftmenge lediglich mit Hilfe der Ventilzeitpunktsteuerung am elektromagnetisch betriebenen Einlaßventil näher an den gewünschten Wert zu bringen.
  • Aus dem zum Stand der Technik vorliegenden Dokument DE 198 47 851 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Motor besitzt einen Mechanismus mit einem Einlaßventil bzw. einem Auslaßventil, die an einer Einlaßöffnung bzw. einer Auslaßöffnung eines Zylinders der Brennkraftmaschine angeordnet sind, eine Ventilmechanismus-Steuervorrichtung zur Steuerung des Ventilmechanismus, einen Betriebszustandsdetektor zur Ermittlung eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine und ein Drosselventil zur Steuerung einer Einlaßmenge als Reaktion auf einen Bedienungswert eines Gaspedals. Bei dem Verfahren zur Steuerung der Brennkraftmaschine wird, wenn der Betriebszustandsdetektor den Betriebszustand der Brennkraftmaschine als niedrige Last oder mittlere Last beurteilt, das Drosselventil ohne Rücksicht auf den Bedienungswert des Gaspedals auf einen Zustand hohen Öffnungsgrads eingeregelt, und durch Steuerung eines Ventilschließzeitpunkts und/oder eines Ventilhubbetrags des Einlaßventils wird die Einlaßmenge gesteuert. Ein Pumpverlust während der Zustände niedriger und mittlerer Last kann weitgehend verringert werden, der Kraftstoffverbrauch läßt sich verbessern, und außerdem kann während eines Zustands hoher Last Klopfen verhindert werden.
  • Es ist ein Ziel der vorliegende Erfindung, eine Einlaßluftmengen-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine und ein elektronisches Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine zu tiefem, womit eine gleichmäßige und angemessene Steuerung der Einlaßluftmenge über einen weiten Betriebsbereich durchgeführt werden kann.
  • Gemäß dem Vorrichtungsaspekt der vorliegenden Erfindung wird das genannte Ziel mittels einer Einlaßluftmengen-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch 1 erreicht.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Gemäß dem Verfahrensaspekt der vorliegende Erfindung wird das genannte Ziel mittels eines elektronischen Steuerverfahrens für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch 17 erreicht. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verdeutlicht und erläutert.
  • Die Zeichnungen:
  • 1 ist eine Systemdarstellung einer Brennkraftmaschine, die die allgemeine Anordnung der Bestandteile des Systems zur Steuerung der Einlaßluftmenge zeigt.
  • 2 ist eine Längsschnittzeichnung, die den allgemeinen Mechanismus der elektromagnetischen Ventilbetätigung zeigt.
  • 3 ist ein detailliertes Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einlaßluftmengen-Steuervorrichtung.
  • 4 ist ein vorbestimmtes charakteristisches Funktionsbild, das die Beziehung zwischen dem Gaspedal-Öffnungsgrad (APO) und der gewünschten Einlaßluftmenge bei verschiedenen Motordrehzahlen (Ne) zeigt.
  • 5 ist ein vorbestimmte charakteristische Funktion, die die Beziehung zwischen der gewünschten Einlaßluftmenge und dem Einlaßventil-Schließzeitpunkt (IVC) zeigt, der in der Steuervorrichtung der Ausführungsbeispiele in den 3 und 13 gespeichert ist.
  • 6 ist ein vorbestimmte Linienfunktion, die Kenngrößen zur Steuerung der Einlaßluftmenge verdeutlicht, die in der Steuervorrichtung der Ausführungsbeispiele in den 3 und 13 gespeichert sind.
  • 7 ist ein vorbestimmtes Verweisdiagramm, das die Beziehung zwischen der gewünschten Einlaßluftmenge und dem die Drosselöffnungsfläche angebenden variablen Parameter A/NV (= A/(Ne·V)) zeigt.
  • 8 zeigt charakteristische Kurven, die die Wechselbeziehung zwischen dem variablen Parameter A/NV und der gewünschten Einlaßluftmenge für jeden Einlaßventil-Schließzeitpunkt (IVC) verdeutlichen.
  • 9 zeigt charakteristische Kurven für die Beziehung zwischen gewünschter Einlaßluftmenge und A/NV, darunter eine vorbestimmte charakteristische Referenzkurve (die dem spätesten IVC entspricht), und bezieht sich auf die Blöcke 105–107 in 3.
  • 10 ist ein Flußdiagramm, das eine vorprogrammierte Rechenoperation zur Berechnung eines die Drosselöffnungsfläche angebenden variablen Parameters A/NV (zweiter Parameter A/NV) eines Drosselsteuerbereichs erläutert.
  • 11 ist ein Flußdiagramm, das eine vorprogrammierte Rechenoperation zur Berechnung eines die Drosselöffnungsfläche angebenden variablen Parameters A/NV (erster Parameter A/NV) eines Ventilzeitpunktsteuerbereichs erläutert, der benötigt wird, um eine gewünschte Verstärkung zu erreichen.
  • 12 ist ein Flußdiagramm, das einen Prozeß darstellt, bei dem aus dem ersten Parameter A/NV, erhalten durch Block 104, und dem zweiten Parameter A/NV, erhalten durch die Blöcke 105–107, der niedrigere Parameter ausgewählt wird.
  • 13 ist ein detailliertes Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der Einlaßluftmengen-Steuervorrichtung.
  • 14 ist ein Flußdiagramm, das Einzelheiten der Steuerung der Einlaßluftmenge verdeutlicht, die von der Steuervorrichtung in 13 ausgeführt wird.
  • 15 ist ein vorbestimmtes Verweisdiagramm, das die Beziehung zwischen Motordrehzahl (Ne) und Einlaßventil-Schließzeitpunkt (IVC) in dem Drosselsteuerbereich zeigt.
  • Betrachtet man jetzt die Zeichnungen, besonders 1, so wird die Einlaßluftmengen-Steuervorrichtung anhand des Beispiels einer benzinbetriebenen Viertakt-Brennkraftmaschine 1 mit elektrischer Zündung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug veranschaulicht. Wie in 1 gezeigt, ist ein Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 mit einer Einlaßöffnung 5, die mit einem Einlaßkanal (einer Einlaßsammelleitung oder einer Einlaßluftleitung) in Verbindung steht, und einer Auslaßöffnung (nicht numeriert), die mit einem Auslaßverteiler (nicht numeriert) in Verbindung steht, versehen. Ein elektromagnetisch betriebenes Einlaßventil 3 ist im Zylinderkopf von Motor 1 zum Öffnen und Schließen der Einlaßöffnung untergebracht, während ein elektromagnetisch betriebenes Auslaßventil 4 zum Öffnen und Schließen der Auslaßöffnung im Zylinderkopf untergebracht ist. Ein Einlaßventil-Schließzeitpunkt, oft mit "IVC" abgekürzt, ein Einlaßventil-Öffnungszeitpunkt, oft mit "IVO" abgekürzt, ein Auslaßventil-Schließzeitpunkt, oft mit "EVC" abgekürzt, und ein Auslaßventil-Öffnungszeitpunkt, oft mit "EVO" abgekürzt, werden elektronisch mit Hilfe einer elektromagnetischen Ventilbetätigungsvorrichtung 2 gesteuert, die in einem veränderbaren Ventilzeitpunktsteuersystem enthalten ist. Eine Einspritzdüse 6 ist in der Einlaßöffnung 5 angeordnet. Eine Zündkerze 8 ist in eine Gewindebohrung des Zylinderkopfs für jeden Verbrennungsraum 7 eingeschraubt, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Verbrennungsraum zu zünden. Referenzzahl 9 bezeichnet eine Zündspule, die für jede Zündkerze 8 angebracht ist, um am Elektrodenabstand der Zündkerze einen Funken zu erzeugen. Ein Kurbelwinkel-Sensor (oder ein Kurbelwellen-Sensor) 10 ist zur Überwachung der Motordrehzahl Ne sowie einer relativen Position der Motor-Kurbelwelle an einem Zylinderblock des Motors 1 angeschraubt. Tatsächlich gibt Kurbelwinkel-Sensor 10 bei einer Referenzposition des Kolbenhubs eines jeden einzelnen Motorzylinders ein Referenzsignal aus, um ein Einheits-Kurbelwinkel-Signal für jeden Einheits-Kurbelwinkel zu erzeugen. Obwohl es in 1 nicht eindeutig dargestellt ist, ist ein Strömungsmesser für Luft 11 an der Einlaßluftleitung angebracht, um die Menge der Luft zu ermitteln, die durch den Strömungsmesser für Luft strömt und in den Motor gesaugt wird. Gewöhnlich wird ein Hitzdraht-Luftdurchflußmesser als Luftmengensensor verwendet. Referenzzahl 12 bezeichnet einen Motortemperatur-Sensor. Normalerweise wird ein Kühlmitteltemperatur-Sensor als Motortemperatur-Sensor verwendet. Der Kühlmitteltemperatur-Sensor ist am Motor montiert und gewöhnlich in einen der oberen Kühlmittelkanäle eingeschraubt, um die tatsächliche Betriebstemperatur des Motors zu erfassen. Ein Gaspedal-Öffnungsgrad-Sensor 13 ist in der Nähe des Gaspedals angebracht, um einen Öffnungsgrad APO des Gaspedals (den Betrag des Niederdrückens des Gaspedals) zu überwachen. Ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 14 ist gewöhnlich entweder am Getriebe oder an der Querachse zur Überwachung der auf die Straßenräder übertragenen Ausgangswellendrehzahl angebracht. Die Ausgangswellendrehzahl wird als ein Impulsspannungssignal an die Eingangsschnittstelle einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 15 weitergegeben und in Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten umgewandelt. Die von den genannten Motor-/Fahrzeug-Sensoren erfaßten Betriebsdaten werden genutzt, um den Zündzeitpunkt eines elektronischen Zündsystems, das Zündkerzen 8 und Zündspulen 9 enthält, die Einspritzmenge sowie den Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt einer jeden im elektronischen Kraftstoff-Einspritzsystem enthaltenen Einspritzdüse 6, die Drosselöffnung eines elektronisch gesteuerten Drosselventils 16 (das später vollständig beschrieben wird), den Einlaßventil-Schließzeitpunkt (IVC) eines jeden Einlaßventils 3, den Einlaßventil-Öffnungszeitpunkt (IVO), den Auslaßventil-Öffnungszeitpunkt (EVO) eines jeden Auslaßventils 4 und den Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC) elektronisch zu steuern. Drosselventil 16 ist in Strömungsrichtung vor Einlaßöffnung 5 angeordnet und zwischen dem Strömungsmesser für Luft 11 und einem Sammler (nicht numeriert) des Ansaugsystems untergebracht. Drosselventil 16 wird mit Hilfe eines Drosselbetätigers 17 geöffnet und geschlossen. Ein Schrittmotor wird normalerweise als Drosselbetätiger verwendet.
  • In 2 wird detailliert der Aufbau der elektromagnetischen Ventilbetätigungsvorrichtung 2 gezeigt. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird einfach das elektromagnetisch betriebene Einlaßventil für nur einen Motorzylinder dargestellt, da der Grundaufbau in jedem Motorventil, welches das Auslaßventil enthält, der gleiche ist. Wie in 2 zu sehen ist, besteht die elektromagnetische Ventilbetätigungsvorrichtung 2 aus einem nichtmagnetischen Gehäuse 21, einer scheibenförmigen Armatur 22, einem ventilschließenden Elektromagneten (oder einer ventilschließenden elektromagnetischen Spule) 23, einem ventilöffnenden Elektromagneten (oder einer ventilöffnenden elektromagnetischen Spule) 24, einer ventilschließenden Rückstellfeder 25 und einer ventilöffnenden Rückstellfeder 26. Das nicht-magnetische Gehäuse 21 ist am Zylinderkopf angebracht. Die Armatur 22 ist einstückig mit einem Schaft 31 des Einlaßventils 3 verbunden, so daß die Armatur innerhalb des Gehäuses bewegt werden kann. Der Elektromagnet (die elektromagnetische Spule) 23 liegt der oberen Stirnfläche der Armatur 22 gegenüber, so daß der Elektromagnet 23 die Armatur in eine Richtung anzieht, in der das Einlaßventil geschlossen wird, wenn der Elektromagnet 23 unter Strom gesetzt wird. Der Elektromagnet (oder eine ventilöffnende elektromagnetische Spule) 24 liegt der unteren Stirnfläche der Armatur 22 gegenüber, so daß Elektromagnet 24 die Armatur in eine Richtung anzieht, in der das Einlaßventil geöffnet wird, wenn der Elektromagnet 24 unter Strom gesetzt wird. Rückstellfeder 25 spannt das Einlaßventil (die Armatur) in der Schließrichtung des Ventils vor, während Rückstellfeder 26 das Einlaßventil (die Armatur) in der Öffnungsrichtung des Ventils vorspannt. Die Federsteifigkeit der Rückstellfeder 25 und die Fe dersteifigkeit der Rückstellfeder 26 sind so bemessen, daß Einlaßventil 3 in einer im wesentlichen halboffenen Position (im wesentlichen in der Mitte zwischen einer vollständig offenen und einer vollständig geschlossenen Position) gehalten wird, wenn die Elektromagneten 23 und 24 beide nicht unter Strom stehen. Wenn nur der ventilschließende Elektromagnet 23 unter Strom gesetzt ist, ist Einlaßventil 3 vollständig geschlossen. Wenn dagegen nur der ventilöffnende Elektromagnet 24 unter Strom steht, ist Einlaßventil 3 vollständig offen. Mit der genannten Anordnung werden der Einlaßventil-Schließzeitpunkt (IVC), der Einlaßventil-Öffnungszeitpunkt (IVO), der Auslaßventil-Schließzeitpunkt (EVC) und der Auslaßventil-Öffnungszeitpunkt (EVO) gesteuert oder näher an ihre gewünschten Werte gebracht, die in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors anhand der von den obengenannten Motor-/Fahrzeug-Sensoren eingehenden Informationssignale bestimmt werden. Das in der Steuervorrichtung des Ausführungsbeispiels enthaltene Ventilzeitpunktsteuersystem ist so beschaffen, daß der Einlaßventil-Schließzeitpunkt IVC des Einlaßventils 3 in Richtung einer Zeitpunkts-Vorverlegung veränderbar gesteuert werden kann, und zwar auf der Grundlage einer gewünschten Einlaßluftmenge, die anhand des Gaspedal-Öffnungsgrads APO und der Motordrehzahl Ne bestimmt wird, so daß die Einlaßluftmenge für jeden Motorzylinder veränderbar gesteuert werden kann. Die genannte gewünschte Einlaßluftmenge entspricht einem gewünschten Wert einer Volumen-Durchflußgeschwindigkeit, die als ein Volumen von Frischluft unter Standardbedingungen (Standardtemperatur und -druck), bezogen auf ein Hubvolumen, dargestellt wird. Die oben erörterte Steuerung durch Vorziehen des IVC, gemäß der der Einlaßventil-Schließzeitpunkt (IVC) bis zu einem Zeitpunkt vor dem unteren Totpunkt (BDC) beim Einlaßhub gesteuert wird, kann als "Miller-Zyklus-Betriebsmodus mit IVC-Vorveriegung" bezeichnet werden.
  • In 3 wird das Blockdiagramm für das Einlaßluftmengen-Steuersystem von Steuereinheit 15 der Einlaßluftmengen-Steuervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels gezeigt.
  • In der elektronischen Steuereinheit (ECU) 15 erhält ein Berechnungsabschnitt 101 für die gewünschte Einlaßluftmenge zuerst Eingangssignale APO und Ne von sowohl dem Gaspedal-Öffnungsgrad-Sensor 13 als auch dem Kurbelwinkel-Sensor 10 und berechnet dann eine gewünschte Einlaßluftmenge (genauer: eine gewünschte Motorzylinder-Einlaßluftmenge, die als ein gewünschtes Drehmoment angesehen werden kann) auf der Grundlage des Gaspedal-Öffnungsgrads APO (als Motorlast angesehen) und der Motordrehzahl Ne. Konkret wird die gewünschte Einlaßluftmenge einem vorbe stimmten oder vorprogrammierten charakteristischen Funktionsbild entnommen, das zeigt, wie eine gewünschte Einlaßluftmenge in bezug auf Gaspedal-Öffnungsgrad APO und Motordrehzahl Ne variiert (siehe 4). Obwohl die gewünschte Einlaßluftmenge hier einem Funktionsbild auf der Grundlage von sowohl Gaspedal-Öffnungsgrad APO als auch Motordrehzahl Ne entnommen ist, sollte in dem gezeigten Ausführungsbeispiel vorzugsweise eine endgültige gewünschte Einlaßluftmenge arithmetisch berechnet werden, wobei zusätzlich zum Gaspedal-Öffnungsgrad APO und zur Motordrehzahl Ne eine Leerlauf-Luftmenge zu berücksichtigen ist, die einer Luftmenge entspricht, welche erforderlich ist, um den Leerlaufbetrieb eines Motors aufrechtzuerhalten. In diesem Fall läßt sich die endgültige gewünschte Einlaßluftmenge berechnen, indem die Leerlauf-Luftmenge zu der gewünschte Einlaßluftmenge, die auf dem Gaspedal-Öffnungsgrad APO und der Motordrehzahl Ne beruht, addiert wird. Ein Schwellen-Berechnungsabschnitt 102 berechnet arithmetisch einen Schwellengrenzwert (einen Schwellenwert) auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen (Motorlast und Motordrehzahl), insbesondere der Motordrehzahl Ne. Der Schwellenwert entspricht einer unteren Grenzwert-Einlaßluftmenge, wobei es oberhalb dieses Werts die IVC-Steuerung ermöglicht, daß die tatsächliche Einlaßluftmenge näher an die gewünschte Einlaßluftmenge herangebracht wird, und unterhalb dieses Werts die tatsächliche Einlaßluftmenge mit Hilfe der Drosselöffnungssteuerung (weiter unten beschrieben) näher an die gewünschte Einlaßluftmenge gebracht werden kann. Mit anderen Worten, wie hier detailliert beschrieben wird: Wenn die gewünschte Einlaßluftmenge unterhalb des Schwellenwerts (untere Grenzwert-Einlaßluftmenge) liegt, kann infolge einer minimalen begrenzten Arbeitszeit des elektromagnetisch betriebenen Einlaßventils die Einlaßluftmenge nicht allein mit Hilfe der Ventilzeitpunktsteuerung (IVC-Steuerung) zufriedenstellend gesteuert werden. Wie oben erörtert, ist die Mindestarbeitszeit des Einlaßventils 3 begrenzt, und somit neigt der minimale Arbeitswinkel des Einlaßventils 3 dazu, in einem Bereich hoher Motordrehzahlen größer zu werden. Ein solcher Betriebsbereich hoher Drehzahl und niedriger Last (siehe die schraffierte Fläche in 6) entspricht einem Betriebsbereich, in dem die tatsächliche Einlaßluftmenge allein mit Hilfe der oben beschriebenen Steuerung durch Vorziehen des IVC (Miller-Zyklus-Betriebsmodus mit IVC-Vorverlegung) nicht näher an den gewünschten Wert (gewünschtes Motordrehmoment) herangebracht werden kann. Wie in 6 zu erkennen ist, gibt es zwei verschiedene Motor-Betriebsbereiche, nämlich einen oberen, nicht schraffierten Betriebsbereich der 6, in dem die tatsächliche Einlaßluftmenge mittels Ventilzeitpunktsteuerung (Miller-Zyklus-Betriebsmodus mit IVC- Vorverlegung) näher an den gewünschten Wert herangesteuert wird, und einen unteren, schraffierten Betriebsbereich der 6, in dem die tatsächliche Einlaßluftmenge allein mit Hilfe der Ventilzeitpunktsteuerung (Miller-Zyklus-Betriebsmodus mit IVC-Vorverlegung) nicht näher an den gewünschten Wert herangesteuert wird. Wie hier detailliert dargelegt wird, wird der obere, nicht schraffierte Betriebsbereich der 6 im Folgenden als ein "Ventilzeitpunktsteuerbereich" bezeichnet, während der untere, schraffierte Betriebsbereich der 6 im Folgenden als ein "Drosselsteuerbereich" bezeichnet wird. In 6 entspricht die Grenzlinie zwischen dem Ventilzeitpunktsteuerbereich und dem Drosselsteuerbereich dem oben angeführten Schwellenwert (untere Grenzwert-Einlaßluftmenge). Das bedeutet, daß im Falle der elektromagnetischen Ventilbetätigungsvorrichtung 2 die Antriebsgeschwindigkeit des Einlaßventils 3 unabhängig von den Motordrehzahlen bei einem festgelegten Wert gehalten wird und somit eine festgelegte Mindestarbeitszeit des Ventils erforderlich ist. Wie oben erörtert, neigt im Betriebsbereich hoher Drehzahl der minimale Arbeitswinkel des Einlaßventils 3 vom Einlaßventil-Öffnungszeitpunkt IVO bis zum Einlaßventil-Schließzeitpunkt IVC dazu, größer zu werden. Mit anderen Worten, es besteht die Tendenz, daß der Einlaßventil-Schließzeitpunkt bei einer Erhöhung der Motordrehzahl in bezug auf den Kurbelwinkel verzögert wird. Aus den oben genannten Gründen weist die Einlaßluftmenge, die erhalten wird, wenn Einlaßventil 3 mit Hilfe der elektromagnetischen Ventilbetätigungsvorrichtung 2 in einer Zeit geöffnet wird, die seiner Mindestarbeitszeit sehr nahekommt, wobei das Drosselventil in einer im wesentlichen vollständig offenen Position gehalten wird, das heißt, der oben erwähnte Schwellenwert (die untere Grenzwert-Einlaßluftmenge, die der in 6 gezeigten Grenzlinie zwischen dem Ventilzeitpunktsteuerbereich und dem Drosselsteuerbereich entspricht) die Tendenz auf, bei hohen Motordrehzahlen größer zu werden. Daher existiert im Bereich hoher Drehzahlen der Betriebsbereich, in dem die tatsächliche Einlaßluftmenge nicht dadurch näher an den gewünschten Wert heran gesteuert oder verringert werden kann, daß das Einlaßventil 3 in einer der Mindestarbeitszeit sehr nahekommenden Zeit angetrieben wird. Aus diesem Grunde wurde in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Betriebsbereich, in dem die tatsächliche Einlaßluftmenge mit Hilfe der Ventilzeitpunktsteuerung näher an den gewünschten Wert herangesteuert wird, "Ventilzeitpunktsteuerbereich" genannt. Dagegen wurde der andere Betriebsbereich, in dem die tatsächliche Einlaßluftmenge allein mit Hilfe der Ventilzeitpunktsteuerung nicht näher an den gewünschten Wert gesteuert wird, sondern mittels der Drosselöffnungs steuerung näher an den gewünschten Wert gebracht wird, "Drosselsteuer-Bereich" genannt.
  • In dem Blockdiagramm in 3 ist weiterhin zu erkennen, daß ein Berechnungsabschnitt 103 für den gewünschten Einlaßventilzeitpunkt Eingangsinformationen sowohl vom Schwellen-Berechnungsabschnitt 102 als auch vom Berechnungsabschnitt 101 für die gewünschte Einlaßluftmenge sowie Motordrehzahl-Daten Ne vom Kurbelwinkel-Sensor erhält. Der Berechnungsabschnitt 103 für den gewünschten Einlaßventilzeitpunkt vergleicht den Schwellenwert mit der gewünschte Einlaßluftmenge, um zu entscheiden, ob der gegenwärtige Betriebsbereich im Ventilzeitpunktsteuerbereich oder im Drosselsteuerbereich liegt. Wenn die gewünschte Einlaßluftmenge über dem Schwellenwert (siehe die obere, nicht schraffierte Fläche in 6) liegt und sich somit der gegenwärtige Betriebsbereich im Ventilzeitpunktsteuerbereich befindet, entnimmt der Berechnungsabschnitt 103 für den gewünschten Einlaßventilzeitpunkt einer vorprogrammierten charakteristischen Funktion, die zeigt, wie ein gewünschter Einlaßventil-Schließzeitpunkt (IVC) in bezug auf eine gewünschte Einlaßluftmenge variiert (siehe 5), einen gewünschten Einlaßventil-Schließzeitpunkt auf der Grundlage der gewünschten Einlaßluftmenge (erhalten von Abschnitt 101). Im umgekehrten Fall, wenn die gewünschte Einlaßluftmenge unter dem Schwellenwert liegt (siehe die schraffierte Fläche in 6) und sich somit der gegenwärtige Betriebsbereich innerhalb des Drosselsteuerbereichs befindet, legt der Berechnungsabschnitt 103 für den gewünschten Einlaßventilzeitpunkt den gewünschten Einlaßventil-Schließzeitpunkt entsprechend der vorgegebenen Mindestarbeitszeit auf der Grundlage der letzten Motordrehzahl-Daten Ne nach dem neusten Stand fest, damit das Einlaßventil 3 mit der vorgegebenen Mindestarbeitszeit angetrieben wird. Im System des gezeigten Ausführungsbeispiels wird der gewünschte Einlaßventil-Schließzeitpunkt aus der charakteristischen Funktion in 15 für die Beziehung zwischen der vorprogrammierten Motordrehzahl Ne und dem Einlaßventil-Schließzeitpunkt IVC entnommen. Das heißt, innerhalb des Drosselsteuerbereichs wird der gewünschte Einlaßventil-Schließzeitpunkt IVC auf einen Zeitpunkt festgesetzt, der dem minimalen Arbeitswinkel für die letzten Motordrehzahl-Daten Ne nach dem neusten Stand entspricht, die bei dem gegenwärtigen Steuerzyklus abgelesen wurden, so daß ein Ventilöffnungszeitraum vom Einlaßventil-Öffnungszeitpunkt bis zum Einlaßventil-Schließzeitpunkt zur festgelegten Arbeitszeit wird. Wie man aus der Charakteristik für die Beziehung zwischen der vorbestimmten Motordrehzahl Ne und dem Einlaßventil-Schließzeitpunkt IVC in 15 ersieht, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die Kennlinie eine monotone Funktion; der IVC nimmt mit ansteigender Motordrehzahl Ne zu. Wie in 3 gezeigt, ist die Ausgangsklemme des Berechnungsabschnitts 103 für den gewünschten Einlaßventilzeitpunkt elektrisch mit der elektromagnetischen Ventilbetätigungsvorrichtung 2 verbunden, um ein Steuersignal zu erzeugen, das dem gewünschten Einlaßventil-Schließzeitpunkt entspricht, so daß Einlaßventil 3 zu dem berechneten gewünschten Einlaßventil-Schließzeitpunkt elektromagnetisch angetrieben wird. Auf diese Weise kann das Einlaßventil während der Drosselöffnungssteuerung (oder innerhalb des Drosselsteuerbereichs) bei einem im wesentlichen minimalen Arbeitswinkel für jede Motordrehzahl angetrieben werden. Auf der anderen Seite ist in der Steuervorrichtung des Ausführungsbeispiels der Ventil-Öffnungszeitpunkt IVO des Einlaßventils 3 auf einen Ventilzeitpunkt festgelegt, der dem Wesen nach einem im wesentlichen oberen Totpunkt (TDC) während des Auslaßhubs entspricht.
  • Ein Berechnungsabschnitt 104 für den auf die gewünschte Verstärkung bezogenen variablen Parameter A/NV, der die Drosselöffnungsfläche angibt, (einfacher: Berechnungsabschnitt für den auf die gewünschte Verstärkung bezogenen Parameter A/NV berechnet arithmetisch oder entnimmt einem Funktionsbild einen auf die gewünschte Verstärkung bezogenen, die Drosselventilöffnungsfläche angebenden variablen Parameter A/NV (einfacher: einen ersten Parameter A/NV) auf der Grundlage der gewünschten Einlaßluftmenge. Der erste Parameter A/NV entspricht einem Wert, der erhalten wird, indem man eine Öffnungsfläche A des Drosselventils 16 durch das Produkt (Ne·V) aus Motordrehzahl Ne und einem Hubvolumen V des Motors dividiert. Tatsächlich wird der erste Parameter A/NV aus einem vorbestimmten Verweisdiagramm, das zeigt, wie ein auf die gewünschte Verstärkung bezogener variabler Parameter A/NV, der die Drosselöffnungsfläche angibt, in bezug auf eine gewünschte Einlaßluftmenge variiert (siehe 7), berechnet oder entnommen. Das heißt, der erste Parameter A/NV entspricht einem Zielwert, der benötigt wird, um ein Ladedruckniveau auf eine gewünschte Verstärkung (oder eine festgelegte Verstärkung) in dem oben erörterten Ventilzeitpunktsteuerbereich hinzusteuern, in dem die tatsächliche Einlaßluftmenge mit Hilfe der Ventilzeitpunktsteuerung allein näher an die gewünschte Einlaßluftmenge (gewünschter Wert) gebracht werden kann. Wie in dem Verweisdiagramm in 7 zu sehen ist, ist das charakteristische Diagramm für die Beziehung zwischen der gewünschten Einlaßluftmenge und dem auf die gewünschte Verstärkung bezogenen, die Drosselöffnungsfläche angebenden variablen Parameter A/NV als eine monotone Funktion (eine monoton ansteigende Funktion) festgelegt oder bestimmt, so daß ein erster Parameter A/NV mit ei nem Anstieg der gewünschten Einlaßluftmenge monoton ansteigt. Mit anderen Worten: Der erste Parameter A/NV wird mit einer Abnahme der gewünschten Einlaßluftmenge verringert. Die erwähnte gewünschte Verstärkung wird vorbestimmt oder vorgegeben, um einen festgelegten negativen Druck (eine festgelegte Verstärkung) zu gewährleisten, der benötigt wird, um während des Spülens, bei dem der eingeschlossene Kraftstoffdampf aus einem Kanister beseitigt oder entfernt wird, Spülluft aus dem Kanister zum Motor zu befördern. Auf der anderen Seite funktioniert ein Abschnitt 105 für die Ähnlichkeitsausdehnung der gewünschten Luftmenge so, daß er die gewünschte Einlaßluftmenge in einen Wert umwandelt oder ähnlichkeitstransformiert, der benötigt wird, um einen Parameter A/NV, der sowohl auf dem Schwellenwert als auch auf einer vorgespeicherten Referenzluftmenge KOUTEN# beruht, aus einer vorprogrammierten Referenz-Charakteristikkurve für die Beziehung zwischen der gewünschten Einlaßluftmenge und dem Parameter A/NV (siehe 9) zu berechnen oder zu entnehmen, die einem Referenz-Ventilzeitpunkt entspricht (das heißt, einem vorgegebenen spätesten IVC, der einem maximalen Arbeitswinkel entspricht). Wie aus den in 8 dargestellten charakteristischen Kurven zu ersehen ist, variiert die Korrelation zwischen der gewünschten Einlaßluftmenge und dem variablen Parameter A/NV in Abhängigkeit von einer Veränderung des Ventilzeitpunkts (insbesondere einer Veränderung des Einlaßventil-Schließzeitpunkts IVC). Im System des Ausführungsbeispiels wird nur die Korrelation zwischen gewünschter Einlaßluftmenge und variablem Parameter A/NV, die bei dem spätesten Einlaßventil-Schließzeitpunkt (entsprechend dem maximalen Arbeitswinkel) erhalten wurde, im Speicher der elektronischen Steuereinheit 15 als vorbestimmte Referenzcharakteristik vorgespeichert. Wie in dem charakteristischen Diagramm in 9 zu sehen ist, ist in der Referenz-Charakteristikkurve eine Luftmenge, die im wesentlichen einem die Drosselöffnungsfläche angebenden variablen Parameter A/NV entspricht, der der oben erwähnten gewünschten Verstärkung entspricht, die vorgespeicherte Referenzluftmenge KOUTEN#. Auf der anderen Seite ist der Schwellenwert eine untere Grenzwert-Einlaßluftmenge, die bei einem minimalen Arbeitswinkel erhalten wird, der so vorprogrammiert ist, daß er für die letzten Motordrehzahl-Daten Ne nach dem neusten Stand geeignet ist. Außerdem wird Drosselventil 16 so gesteuert, daß das Ladedruckniveau innerhalb des Ventilzeitpunktsteuerbereichs näher an die gewünschte Verstärkung (festgelegte Verstärkung) herangesteuert oder -gebracht wird. Das heißt, der Schwellenwert entspricht einer Luftmenge, die mit einer Drosselöffnungsfläche, welche im wesentlichen dem auf die gewünschte Verstärkung bezogenen, die Drosselöffnungsfläche angebenden variablen Parameter A/NV entspricht, und mit dem minimalen Arbeitswinkel für die letzten Motordrehzahl-Daten Ne nach dem neusten Stand, die beim gegenwärtigen Steuerzyklus ermittelt wurden, erhalten wird. Wie an den in den 8 und 9 gezeigten charakteristischen Kurven zu sehen ist, besteht eine zunehmende Tendenz dazu, daß die charakteristischen Kurven für die Beziehung zwischen gewünschter Einlaßluftmenge und variablem Parameter A/NV für die jeweiligen Ventilzeitpunkte einander ähnlich sind. Damit wird unter Ausnutzung der vorgespeicherten einzigen Referenzcharakteristik innerhalb Abschnitt 105 für die Ähnlichkeitsausdehnung der gewünschten Luftmenge ein Prozeß der Ähnlichkeitsausdehnung zu der gewünschten Einlaßluftmenge durchgeführt, die durch Berechnungsabschnitt 101 für die Einlaßluftmenge berechnet wurde, so daß die gewünschte Einlaßluftmenge ähnlichkeitsausgedehnt oder in einen Wert umgewandelt wird, der der Referenzcharakterisitk entspricht, indem ein Verhältnis (Referenzluftmenge KOUTEN#/Schwellenwert) der vorgespeicherten Referenzluftmenge KOUTEN# zum Schwellenwert mit der gewünschten Einlaßluftmenge multipliziert wird. Das heißt, daß der erwähnte Ähnlichkeitsausdehnungsprozeß für die gewünschte Einlaßluftmenge bedeutet, daß ein Ähnlichkeitstransformationspunkt für die gewünschte Einlaßluftmenge, der auf einer charakteristischen Kurve liegt, welche einem minimalen Arbeitswinkel (einem Einlaßventil-Schließzeitpunkt) entspricht, der der beim gegenwärtigen Steuerzyklus ermittelten Motordrehzahl Ne entspricht, in die entsprechende Position auf der vorgespeicherten Referenz-Charakteristikkurve ähnlichkeitstransformiert wird, die dem maximalen Arbeitswinkel entspricht. Danach bestimmt oder berechnet ein Berechnungsabschnitt 106 für den Ähnlichkeitsausdehnungs-A/NV auf der Grundlage der ähnlichkeitsausgedehnten gewünschten Einlaßluftmenge unter Verwendung der oben erwähnten vorgespeicherten Referenzcharakteristik arithmetisch den variablen Parameter A/NV, der der ähnlichkeitsausgedehnten gewünschten Einlaßluftmenge entspricht. Ein Abschnitt 107 für die A/NV-Ähnlichkeitsstauchung dient zur Umwandlung oder Ähnlichkeitsstauchung des aus dem Berechnungsabschnitt 106 für den Ähnlichkeitsausdehnungs-A/NV ausgegebenen variablen Parameters A/NV in einen variablen Parameter A/NV (zweiten Parameter A/NV), der dem Ähnlichkeitstransformationspunkt für die gewünschte Einlaßluftmenge auf der charakteristischen Kurve entspricht, die dem minimalen Arbeitswinkel entspricht, der für die Motordrehzahl Ne geeignet ist, die beim gegenwärtigen Steuerzyklus ermittelt wurde. Tatsächlich wird die Behandlung der Ähnlichkeitsstauchung so durchgeführt, daß der ähnlichkeitsausgedehnte variable Parameter A/NV durch das Verhältnis der vorgespeicherten Referenzluftmenge KOUTEN# zum Schwellenwert dividiert wird. Auf diese Weise wird in den Blöcken 105–107 der zweite Parameter A/NV, der die gewünschte Einlaßluftmenge bei einem minimalen Arbeitswinkel (einem Einlaßventil-Schließzeitpunkt) erzeugt, welcher so vorprogrammiert ist, daß er für die Motordrehzahl Ne geeignet ist, leicht auf der Grundlage der von Block 101 berechneten gewünschten Einlaßluftmenge, der Referenzluftmenge KOUTEN# und des Schwellengrenzwerts aus der einzigen vorbestimmten Referenzcharakteristik bestimmt. Im System des Ausführungsbeispiels wird nur die einzige vorbestimmte Referenzcharakteristik vorgespeichert, und der zweite Parameter A/NV wird einfach durch eine Reihe von Ähnlichkeitstransformationen (Einzelheiten weiter unten) unter Verwendung der Referenzcharakteristik arithmetisch berechnet. Somit besteht keine Notwendigkeit, für jeden Ventilzeitpunkt eine Vielzahl von charakteristischen Kurven für die Beziehung zwischen der gewünschten Einlaßluftmenge und dem variablen Parameter A/NV zu speichern. Das gewährleistet eine verringerte Speicherkapazität des Speichers (ROM, RAM) der elektronischen Steuereinheit 15. Anschließend werden der erste Parameter A/NV, der von dem Berechnungsabschnitt 104 für den auf die gewünschte Verstärkung bezogenen variablen Parameter A/NV berechnet wird, um die gewünschte Verstärkung (festgelegte Verstärkung) zu erreichen oder zu realisieren, und der zweite Parameter A/NV, der durch eine Reihe von Ähnlichkeitstransformationen (Blöcke 105–107) berechnet wird, um die gewünschte Einlaßluftmenge zu erreichen oder zu realisieren, beide in einen Abschnitt 108 für die Auswahl des niedrigeren Werts eingegeben. Abschnitt 108 für die Auswahl des niedrigeren Werts wählt aus dem ersten und dem zweiten Parameter den niedrigeren aus und erzeugt dann ein Ausgangssignal, das den ausgewählten variablen Parameter A/NV angibt. Danach wird eine gewünschte Drosselöffnungsfläche A durch Multiplikation des ausgewählten variablen Parameters A/NV mit sowohl dem gegenwärtigen Wert der Motordrehzahl Ne als auch dem Hubvolumen V des Motors berechnet. Abschnitt 108 für die Auswahl des niedrigeren Werts gibt ein Steuersignal, das der gewünschten Drosselöffnungsfläche A entspricht, über die Ausgabeschnittstelle der elektronischen Steuereinheit 15 an den Drosselbetätiger 17 aus. Als Reaktion auf das Steuersignal betätigt Drosselbetätiger 17 das Drosselventil 16, so daß die tatsächliche Drosselöffnung näher an die gewünschte Drosselöffnung gebracht wird.
  • Wie sich aus dem Vorangehenden ergibt, wählt Abschnitt 108 für die Auswahl des niedrigeren Werts, wenn der vom Berechnungsabschnitt 104 für den auf die gewünschte Verstärkunng bezogenen variablen Parameter A/NV berechnete erste Parameter A/NV niedriger als der vom Abschnitt 107 für die A/NV-Ähnlichkeitsstauchung be rechnete zweite Parameter A/NV ist, den ersten Parameter A/NV. Mit anderen Worten, das System wählt den Parameter A/NV des weiter oben erwähnten Ventilzeitpunktsteuerbereichs (siehe die obere nicht schraffierte Fläche in 6) aus. Für den Fall, daß der erste Parameter A/NV (der Ventilzeitpunktsteuerbereich) ausgewählt wird, wird ein endgültiger variabler Parameter A/NV auf einen Wert eingestellt, der der gewünschten Verstärkung (festgelegten Verstärkung) entspricht, und bei diesem Wert gehalten, so daß das Ladedruckniveau näher an die gewünschte Verstärkung herangesteuert oder -geregelt wird, indem Drosselventil 16 mit Hilfe von Drosselbetätiger 17 (Motor) betätigt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die tatsächliche Einlaßluftmenge näher an die gewünschte Einlaßluftmenge herangesteuert, indem der Einlaßventilzeitpunkt (insbesondere der Einlaßventil-Schließzeitpunkt) als Reaktion auf eine Änderung der gewünschten Einlaßluftmenge verändert wird (siehe die in 5 gezeigte charakteristische Kurve). Im anderen Falle, wenn der durch eine Reihe von Ähnlichkeitstransformationen (Blöcke 105–107) berechnete zweite Parameter A/NV niedriger als der vom Berechnungsabschnitt 104 für den auf die gewünschte Verstärkung bezogenen variablen Parameter A/NV berechnete erste Parameter A/NV ist, wählt Abschnitt 108 für die Auswahl des niedrigeren Werts den zweiten Parameter A/NV aus. Mit anderen Worten, das System wählt den variablen Parameter A/NV des oben erwähnten Drosselsteuerbereichs aus (siehe die untere schraffierte Fläche in 6). Auf diese Weise kann im Falle des Übergangs vom Ventilzeitpunktsteuerbereich zum Drosselsteuerbereich der variable Parameter A/NV, der vorher auf einen Wert eingestellt worden ist, der der gewünschten Verstärkung (festgelegten Verstärkung) entspricht, und bei diesem Wert gehalten worden ist, als Reaktion auf eine Verringerung der gewünschten Einlaßluftmenge stetig abnehmend gesteuert oder ausgeglichen werden (siehe den stetigen Übergang von einem Punkt, der auf der geraden charakteristischen Linie liegt, die durch die voll ausgezogene Linie in 9 dargestellt wird, welche mit der geraden charakteristischen Linie für den ersten Parameter A/NV aus 7 zusammenhängt, zu einem Punkt, der auf der charakteristischen Kurve für den zweiten Parameter A/NV liegt, die durch die voll ausgezogene Linie in 9 dargestellt wird). Das heißt, innerhalb des Drosselsteuerbereichs kann die Einlaßluftmenge des Motors 1 mittels der Drosselöffnungssteuerung des Drosselventils 16 zuverlässig näher an die gewünschte Einlaßluftmenge herangesteuert werden. Wie aus dem Vorangehenden zu erkennen ist, verändert sich gemäß der Steuervorrichtung des Ausführungsbeispiels der Zielwert des variablen Parameters A/NV fortlaufend stetig vom ersten Parameter A/NV des Ventilzeitpunktsteuerbereichs zum zweiten Parameter A/NV des Drosselsteuerbereichs. Mit Hilfe des von Abschnitt 108 für die Auswahl des niedrigeren Werts ausgeführten Auswahlprozesses für den niedrigeren Wert ist es möglich, einen stetigen Übergang zwischen dem ersten Betriebsbereich (dem Ventilzeitpunktsteuerbereich) und dem zweiten Betriebsbereich (dem Drosselsteuerbereich) in einem Zustand der gleichen gesteuerten Einlaßluftmenge zu bewerkstelligen. Damit gewährleistet die Steuervorrichtung des Ausführungsbeispiels ein stetiges Umschalten zwischen dem Ventilzeitpunktsteuerbereich und dem Drosselsteuerbereich ohne jeden Drehmomentunterschied.
  • Wie weiter oben erörtert, neigt der minimale Arbeitswinkel des Einlaßventils 3 dazu, mit einer Erhöhung der Motordrehzahl Ne größer zu werden. Eine Steuercharakteristik für den zweiten Parameter A/NV des Drosselsteuerbereichs, in der der zweite Parameter A/NV niedriger ist als der erste Parameter A/NV, der der gewünschten Verstärkung entspricht, und somit die tatsächliche Einlaßluftmenge näher an den gewünschten Wert auf der Grundlage des zweiten Parameters A/NV herangesteuert wird, variiert daher auch in Abhängigkeit von dem minimalen Arbeitswinkel, der auf der Motordrehzahl Ne beruht (siehe die Ne-IVC-Charakteristik in 9, die als Charakteristik für die Beziehung zwischen Motordrehzahl und minimalem Arbeitswinkel angesehen wird).
  • In 10 wird die Routine für die arithmetische Berechnung des zweiten Parameters A/NV dargestellt, die mit den drei Blöcken 105, 106 und 107 des Blockdiagramms von 3 in Beziehung steht und benötigt wird, um den zweiten Parameter A/NV zu berechnen, der im Drosselsteuerbereich verwendet wird.
  • In Schritt S1 wird die gewünschte Einlaßluftmenge, die vom Berechnungsabschnitt 101 für die gewünschte Einlaßluftmenge berechnet wird, eingelesen. Gleichzeitig wird in Schritt S2 die vorgespeicherte Referenzluftmenge KOUTEN# eingelesen, und der Schwellenwert (untere Grenzwert-Einlaßluftmenge), der von Schwellen-Berechnungsabschnitt 102 berechnet wird, wird in Schritt S3 eingelesen. Dann wird in Schritt S4 mit der gewünschten Einlaßluftmenge der oben erwähnte Ähnlichkeitsausdehnungsprozeß durchgeführt, so daß die gewünschte Einlaßluftmenge in einen Wert ähnlichkeitstransformiert wird, der auf der Referenz-Charakteristikkurve auf der Grundlage von sowohl der Referenzluftmenge KOUTEN# als auch des Schwellenwerts liegt (siehe Block 105 in 3). Danach wird in Schritt S5 der variable Parameter A/NV, der benötigt wird, um die gewünschte Einlaßluftmenge zu erhalten, auf der Grundlage der in Schritt S4 berechneten ähnlichkeitsausgedehnten gewünschten Einlaßluftmenge berechnet, wobei auf die vorprogrammierte Referenz-Charakteristikkurve zurückgegriffen wird (siehe Block 106 in 3). Anschließend wird in Schritt S6 eine Ähnlichkeitsstauch-Bearbeitung mit dem ähnlichkeitstransformierten A/NV-Wert vorgenommen, der auf der Referenz-Charakteristikkurve liegt, so daß der ähnlichkeitstransformierte A/NV-Wert auf der Referenz-Charakteristikkurve weiter zu dem oben erwähnten zweiten Parameter A/NV ähnlichkeitstransformiert wird, um so die gewünschte Einlaßluftmenge bei dem minimalen Arbeitswinkel (zu dem tatsächlichen Ventilzeitpunkt im Drosselsteuerbereich) zu erzeugen (siehe Block 107 in 3). In Schritt S7 wird der zweite Parameter A/NV von Abschnitt 107 für die A/NV-Ähnlichkeitsstauchung an Abschnitt 108 für die Auswahl des niedrigeren Werts ausgegeben. Auf diese Weise endet ein Zyklus der Unterroutine für den zweiten Parameter A/NV.
  • In 11 wird die Routine für die arithmetische Berechnung des ersten Parameters A/NV dargestellt, die mit dem Berechnungsabschnitt 104 für den auf die gewünschte Verstärkung bezogenen variablen Parameter A/NV des Blockdiagramms in 3 zusammenhängt und benötigt wird, um den ersten Parameter A/NV zu berechnen, der im Ventilzeitpunktsteuerbereich verwendet wird, so daß das Ladedruckniveau zu der gewünschten Verstärkung hin gesteuert und bei dieser gehalten wird.
  • In Schritt S11 wird die gewünschte Einlaßluftmenge, die von Berechnungsabschnitt 101 für die gewünschte Einlaßluftmenge berechnet wird, eingelesen. In Schritt S12 wird ein vorbestimmter Koeffizient eingelesen, der auf der gewünschten Verstärkung (festgelegten Verstärkung) beruht. Der auf der gewünschten Verstärkung beruhende Koeffizient wird im Folgenden als "gewünschter Verstärkungs-Koeffzient" bezeichnet, der dem Anstieg der in 7 gezeigten Geraden entspricht. Dann wird in Schritt S13 der erste Parameter A/NV, der die gewünschte Verstärkung realisiert, auf der Grundlage von sowohl der gewünschten Einlaßluftmenge als auch des gewünschten Verstärkungs-Koeffizienten berechnet oder abgelesen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der erste Parameter A/NV als ein Produkt der gewünschten Einlaßluftmenge und des gewünschten Verstärkungs-Koeffizienten berechnet. Danach wird in Schritt S14 der erste Parameter A/NV vom Berechnungsabschnitt 104 für den auf die gewünschte Verstärkung bezogenen variablen Parameter A/NV an Abschnitt 108 für die Auswahl des niedrigeren Werts ausgegeben.
  • In 12 wird die Routine für die Auswahl des endgültigen Parameters A/NV gezeigt, die mit dem Abschnitt 108 für die Auswahl des niedrigeren Werts in dem Blockdiagramm von 3 in Beziehung steht und benötigt wird, um den endgültigen Parameter A/NV zu berechnen.
  • Zuerst wird in Schritt S21 der erste Parameter A/NV eingelesen, der benötigt wird, um das Ladedruckniveau auf die gewünschte Verstärkung (festgelegte Verstärkung) einzuregeln (siehe Schritt S14 in 11 und die Signallinie von Block 104 zu Block 108 in 3), während der zweite Parameter A/NV, der benötigt wird, um die gewünschte Einlaßluftmenge zu erzeugen, in Schritt S22 eingelesen wird (siehe Schritt S7 in 10 und die Signallinie von Block 107 zu Block 108 in 3). In Schritt S23 wird mit Hilfe des Auswahlprozesses für den niedrigeren Wert von Abschnitt 108 für die Auswahl des niedrigeren Werts aus erstem Parameter A/NV und zweitem Parameter A/NV der niedrigere Parameter ausgewählt. Dann wird in Schritt S24 ein Steuersignal, das den ausgewählten Parameter A/NV, das heißt den endgültigen Parameter A/NV angibt, an Drosselbetätiger 17 ausgesandt, damit er Drosselventil 16 so betreibt, daß die tatsächliche Drosselöffnung auf den gewünschten Wert eingestellt wird, der dem ausgewählten Parameter A/NV entspricht.
  • Entsprechend der Einlaßluft-Steuervorrichtung des Ausführungsbeispiels wird der Einlaßventil-Schließzeitpunkt IVC im Ventilzeitpunktsteuerbereich, das heißt während des Miller-Zyklus-Betriebsmodus mit IVC-Vorverlegung, in Abhängigkeit von der gewünschten Einlaßluftmenge (siehe die Charakteristik in 5) so gesteuert, daß die Einlaßluftmenge des Motors mit Hilfe der Ventilzeitpunktsteuerung des Einlaßventils näher an die gewünschte Einlaßluftmenge gebracht wird, und außerdem wird die Drosselöffnung des Drosselventils abnehmend durch eine Verringerung der gewünschten Einlaßluftmenge ausgeglichen, um so die gewünschte Verstärkung zu erreichen (siehe die in 7 gezeigte monoton ansteigende Charakteristik). Im umgekehrten Fall, also im Drosselsteuerbereich, das heißt, wenn die gewünschte Einlaßluftmenge geringer ist als eine Einlaßluftmenge, die bei einem minimalen Arbeitswinkel erhalten wird, welcher vorprogrammiert ist, um für die gegenwärtige Motordrehzahl (die letzten Motordrehzahl-Daten nach dem neusten Stand) geeignet zu sein, wird der Einlaßventil-Schließzeitpunkt IVC zu dem Ventilzeitpunkt hin gesteuert oder eingestellt, der dem minimalen Arbeitswinkel entspricht, und zusätzlich wird die Drosselöffnung abnehmend durch eine Verringerung der gewünschten Einlaßluftmenge in Übereinstimmung mit der charakteristischen Kurve in 9 ausgeglichen, die sich von der monoton ansteigenden Charakteristik in 7 unterscheidet, so daß die Einlaßluftmenge, die bei dem minimalen Arbeitswinkel, der für die gegenwärtige Motordrehzahl geeignet ist, erhalten werden kann, durch die Drosselöffnungssteuerung (die Verstärkungssteuerung) abnehmend ausgeglichen werden kann, indem die Drosselöffnungsfläche bis unter die Drosselöffnungsfläche verringert wird, die der gewünschten Verstärkung entspricht. Im Falle eines Übergangs von dem Ventilzeitpunktsteuerbereich zum Drosselsteuerbereich kann die Drosselöffnung stetig vom ersten Parameter A/NV zum zweiten Parameter A/NV verändert werden (siehe den stetigen Übergang von einem Punkt, der auf der geraden charakteristischen Linie liegt, die durch die voll ausgezogene Linie in 9 dargestellt wird und mit der geraden charakteristischen Linie für den ersten Parameter A/NV in 7 zusammenhängt, zu einem Punkt, der auf der charakteristischen Kurve für den zweiten Parameter A/NV liegt, die durch die voll ausgezogene Linie in 9 dargestellt wird). Zu beachten ist, wie in 9 zu erkennen, daß während des Übergangs von dem Ventilzeitpunktsteuerbereich zum Drosselsteuerbereich der auf die Drosselöffnungsfläche bezogene Parameter A/NV stetig von dem Punkt, der auf der geraden voll ausgezogenen Linie in 9 liegt, zu dem Punkt verschoben wird, der auf der charakterstischen Kurve von 9 liegt, und auf ein niedrigeres Niveau vorprogrammiert oder festgesetzt ist als der Punkt, der auf der geraden voll ausgezogenen Linie (der charakteristischen Linie der monotonen Funktion in 7) liegt. Wie in 9 zu sehen ist, variiert die vorbestimmte charakteristische Kurve im Drosselsteuerbereich in enger Anlehnung an die charakteristische Linie der monotonen Funktion in 7. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die stetige Verschiebung vom ersten Parameter A/NV zum zweiten Parameter A/NV mit Hilfe des oben erörterten Auswahlprozesses für den niedrigeren Wert erreicht. Das heißt, wenn die gewünschte Einlaßluftmenge kleiner als eine untere Grenze der Einlaßluftmenge (Schwellengrenzwert) wird, was durch Ventilzeitpunktsteuerung in einem festgelegten Zustand erreicht werden kann, in dem die Drosselöffnung auf eine solche Weise gesteuert wird, daß die gewünschte Verstärkung (festgelegte Verstärkung) erreicht wird, ergibt sich die Notwendigkeit, die Drosselöffnungsfläche auf ein Niveau (zweiter Parameter A/NV) zu verringern, das niedriger ist als die Drosselöffnungsfläche (erster Parameter A/NV), die die gewünschte Verstärkung realisiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der zweite Parameter A/NV, der auf der Grundlage des Ventilzeitpunkts und der gewünschten Einlaßluftmenge bestimmt wird, ausgewählt.
  • Betrachtet man nun 13, so wird dort ein weiteres Blockdiagramm für ein Einlaßluftmengen-Steuersystem gezeigt, das arithmetische und logische Operationen veranschaulicht, die in der ECU der Einlaßluftmengen-Steuervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels durchgeführt werden. Die Einlaßluftmengen-Steuervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels (gezeigt in den 13 und 14) unterscheidet sich insofern geringfügig von der des ersten Ausführungsbeispiels (3–12), als in der Steuervorrichtung der 13 und 14 die Drosselöffnung des Drosselventils 16 auf einen vorbestimmten Wert festgelegt ist, der dem Wesen nach einer im wesentlichen vollständig offenen Position im oben erörterten Ventilzeitpunktsteuerbereich entspricht, das heißt während des Miller-Zyklus-Betriebsmodus mit IVC-Vorverlegung, und insgesamt ist das Steuersystem des zweiten Ausführungsbeispiels von einigermaßen einfacher Struktur.
  • Kurz gesagt, im Falle des Systems des zweiten Ausführungsbeispiels wird innerhalb des Ventilzeitpunktsteuerbereichs (siehe die nicht schraffierte Fläche in 6), das heißt, während des Miller-Zyklus-Betriebsmodus mit IVC-Vorverlegung, das Drosselventil 16 mit Hilfe des Drosselbetätigers in einem im wesentlichen voll geöffneten Zustand gehalten, während der Einlaßventil-Schließzeitpunkt IVC des Einlaßventils 3 in Abhängigkeit von einer Veränderung der gewünschten Einlaßluftmenge variabel gesteuert wird (siehe die charakteristische Kurve in 5). Im gegenteiligen Fall, innerhalb des oben erörterten Drosselsteuerbereichs (siehe die schraffierte Fläche in 6), in dem die tatsächliche Einlaßluftmenge nicht ausschließlich mit Hilfe der Ventilzeitpunktsteuerung (insbesondere der IVC-Steuerung) näher an den gewünschten Wert herangesteuert werden kann, wird Einlaßventil 3 in einem Zustand gehalten, in dem das Einlaßventil bei einem im wesentlichen minimalen Arbeitswinkel, der für die Motordrehzahl Ne geeignet ist (siehe 15), betrieben werden kann, während die Drosselöffnung des Drosselventils 16 in Abhängigkeit von der gewünschten Einlaßluftmenge variabel gesteuert wird (siehe 9).
  • Wie in dem Blockdiagramm des Steuersystems in 13 zu sehen ist, führt die Einlaßluft-Steuervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels die kooperative Steuerung der Ventilzeitpunktsteuerung von Einlaßventil 3 und der Drosselöffnungssteuerung von Drosselventil 16 aus. Die Abschnitte für die arithmetischen und logischen Operationen der Steuervorrichtung in 13 sind denen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich, mit der Ausnahme, daß die im Blockdiagramm von 3 enthaltenen Blöcke 102 und 104–108 durch den Block 200 im Blockdiagramm in 13 ersetzt worden sind. Aus diesem Grund werden die gleichen Blockzahlen, die verwendet wurden, um die Blöcke im Diagramm von 3 zu bezeichnen, zur Bezeichnung der entsprechenden Blöcke in dem modifizierten Blockdiagramm für das Steuersystem in 13 verwendet, um die Blockdiagramme der beiden unterschiedlichen Systeme miteinander vergleichen zu können. Im Folgenden wird Block 200 unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben, wogegen auf eine detaillierte Beschreibung der anderen Blöcke 101 und 103 verzichtet wird, da ihre obige Beschreibung einleuchtend erscheint.
  • Zuerst berechnet der Berechnungsabschnitt für die gewünschte Einlaßluftmenge (Block 101) eine gewünschte Einlaßluftmenge auf der Grundlage des Gaspedal-Öffnungsgrades APO und der Motordrehzahl Ne. Dann werden Informationsdaten, die die von Block 101 berechnete gewünschte Einlaßluftmenge angeben, an einen Berechnungsabschnitt 200 für die gewünschte Drosselöffnung sowie auch an den Berechnungsabschnitt 103 für den gewünschten Einlaßventilzeitpunkt ausgegeben. Der Berechnungsabschnitt 200 für die gewünschte Drosselöffnung erhält auch Informationssignaldaten, die die Motordrehzahl Ne angeben. Im Berechnungsabschnitt 200 für die gewünschte Drosselöffnung wird der oben beschriebene Schwellenwert (der einer Luftmenge an der Grenzlinie zwischen dem Ventilzeitpunktsteuerbereich und dem Drosselsteuerbereich entspricht) den Daten des in 6 gezeigten vorprogrammierten Funktionsbilds entnommen. Der in dem Berechnungsabschnitt 200 für die gewünschte Drosselöffnung berechnete Schwellenwert wird an das Eingabeterminal des Berechnungsabschnitts 103 für den gewünschten Einlaßventilzeitpunkt ausgegeben. In der gleichen Weise wie der Berechnungsabschnitt 103 für den gewünschten Einlaßventilzeitpunkt vergleicht auch der Berechnungsabschnitt 200 für die gewünschte Drosselöffnung den Schwellenwert mit der gewünschten Einlaßluftmenge, um zu entscheiden, ob der gegenwärtige Betriebsbereich im Ventilzeitpunktsteuerbereich oder im Drosselsteuerbereich liegt. Wenn die gewünschte Einlaßluftmenge über dem Schwellenwert liegt und der gegenwärtige Betriebsbereich sich somit in dem Ventilzeitpunktsteuerbereich befindet, wird die gewünschte Drosselöffnung auf einen vorbestimmten Wert festgelegt, der dem Wesen nach einer im wesentlichen vollständig offenen Position des Drosselventils 16 entspricht. Wenn dagegen die gewünschte Einlaßluftmenge unter dem Schwellenwert liegt und der gegenwärtige Betriebsbereich sich somit in dem Drosselsteuerbereich befindet, arbeitet der Berechnungsabschnitt 200 für die gewünschte Drosselöffnung so, daß er eine gewünschte Öffnungsfläche (die benötigt wird, um die gewünschte Einlaßluftmenge zu erreichen) auf der Grundlage der gewünschten Einlaßluftmenge sowie der Motordrehzahl Ne berechnet oder abliest und dann die gewünschte Öffnungsfläche in die gewünschte Drosselöffnung von Drosselventil 16 umwandelt. Danach gibt die Ausgabeschnittstelle (Treiberschaltung) von ECU 15 ein für die gewünschte Drosselöffnung repräsentatives Steuersignal (oder ein Antriebssignal) an den Drosselbetätiger (Motor) 17 aus, damit er das Drosselventil so antreibt, daß die tatsächliche Drosselöffnung näher an die gewünschte Drosselöffnung herangebracht wird. Wie an dem Fluß von Block 103 über die elektromagnetische Ventilbetätigungsvorrichtung 2 zum Einlaßventil 3 in den 3 und 13 zu erkennen ist, sind die Einzelheiten der Einlaßventil-Zeitpunktsteuerung, die vom Steuersystem des zweiten Ausführungsbeispiels ausgeführt wird, mit denen des ersten Ausführungsbeispiels identisch.
  • Betrachtet man 14, so wird dort die Steuerroutine der vom System durchgeführten Einlaßluftsteuerung gezeigt.
  • In Schritt S31 wird der Gaspedal-Öffnungsgrad APO eingelesen. In Schritt S32 wird die Motordrehzahl Ne eingelesen. In Schritt S33 wird die gewünschte Einlaßluftmenge auf der Grundlage von sowohl Gaspedal-Öffnungsgrad APO als auch Motordrehzahl Ne berechnet. Danach werden parallel zueinander eine arithmetische Berechnung der gewünschten Drosselöffnung, bestehend aus den Schritten S41–S45 und bezogen auf Block 200 in 13, sowie eine arithmetische Berechnung des gewünschten Ventilzeitpunkts, bestehend aus den Schritten S51–S55 und bezogen auf Block 103 in 13, ausgeführt.
  • In Schritt S41 wird die Motordrehzahl Ne nochmals eingelesen. In Schritt S42 wird eine Prüfung vorgenommen, um anhand sowohl der gewünschten Einlaßluftmenge als auch der Motordrehzahl Ne zu entscheiden, ob der gegenwärtige Betriebsbereich innerhalb des Ventilzeitpunktsteuerbereichs oder in dem Drosselsteuerbereich liegt. Für diese Prüfung in Schritt S42 wird die gewünschte Einlaßluftmenge mit dem Schwellenwert auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne verglichen (siehe 6). Wenn die gewünschte Einlaßluftmenge über dem Schwellenwert liegt und der gegenwärtige Betriebsbereich sich somit im Ventilzeitpunktsteuerbereich befindet, geht die Routine von Schritt S42 zu Schritt S43 weiter. In Schritt S43 wird eine gewünschte Drosselöffnung berechnet, die für den Ventilzeitpunktsteuerbereich (d. h. für den Miller-Zyklus-Betriebsmodus mit IVC-Vorverlegung) geeignet ist. Konkret wird die gewünschte Drosselöffnung auf einen vorbestimmten Wert eingestellt oder festgelegt, der dem Wesen nach einer im wesentlichen vollständig offenen Position entspricht. Wenn dagegen die gewünschte Einlaßluftmenge unter dem Schwellenwert liegt und der gegenwärtige Betriebsbereich sich somit innerhalb des Drosselsteuerbereichs befindet, geht die Routine von Schritt S42 zu Schritt S44 über. In Schritt S44 werden Informationssignaldaten, die den Schwellenwert angeben, der auf der Grenzlinie zwischen dem Ventilzeitpunktsteuerbereich und dem Drosselsteuerbereich liegt, an den Berechnungsabschnitt 103 für den gewünschten Einlaßventilzeitpunkt ausgegeben. Danach wird in Schritt S45 zuerst die gewünschte Öffnungsfläche auf der Grundlage von sowohl der gewünschten Einlaßluftmenge als auch der Motordrehzahl Ne berechnet, und dann wird weiterhin eine gewünschte Drosselöffnung anhand der berechneten gewünschten Öffnungsfläche hergeleitet oder berechnet.
  • Auf der anderen Seite wird in der arithmetischen Berechnung des gewünschten Ventilzeitpunkts, die parallel zu der arithmetischen Berechnung der gewünschten Drosselöffnung vorgenommen wird, zuerst in Schritt S51 die Motordrehzahl Ne eingelesen. Wie an dem Fluß von Schritt S44 zu Schritt S52 zu erkennen ist, wird in Schritt S52 der Schwellenwert eingelesen. Danach wird auf die gleiche Weise wie in Schritt S42 in Schritt S53 die gewünschte Einlaßluftmenge mit dem Schwellenwert verglichen, um zu ermitteln, ob der gegenwärtige Betriebsbereich innerhalb des Ventilzeitpunktsteuerbereichs oder innerhalb des Drosselsteuerbereichs liegt. Wenn die Antwort auf Schritt S53 bejahend (YES) lautet und somit der gegenwärtige Betriebsbereich innerhalb des Ventilzeitpunktsteuerbereichs liegt, geht die Routine von Schritt S53 zu Schritt S54 weiter. In Schritt S54 wird der gewünschte Ventilzeitpunkt (insbesondere der gewünschte Einlaßventil-Schließzeitpunkt) von Einlaßventil 3 in Abhängigkeit von der gewünschten Einlaßluftmenge berechnet (siehe die charakteristische Kurve für die Beziehung zwischen gewünschter Einlaßluftmenge und IVC in 5). Im anderen Falle, wenn die Antwort auf Schritt S53 negativ ist (NO), folgt Schritt S55. In Schritt S55 wird, um das Einlaßventil bei der festgelegten Arbeitszeit zu betreiben (die im wesentlichen dem minimalen Arbeitswinkel oder der Mindestarbeitszeit entspricht), der gewünschte Einlaßventil-Schließzeitpunkt, der der festgelegten Mindestarbeitszeit entspricht, auf der Grundlage der gegenwärtigen Daten für die Motordrehzahl Ne berechnet (siehe 15). Dann werden in Schritt S61 ein Steuersignal, das der gewünschten Drosselöffnung entspricht, bzw. ein Steuersignal, das dem gewünschten Einlaßventil-Schließzeitpunkt entspricht, an den Drosselbetätiger 17 bzw. die elektromagnetische Ventilbetätigungsvorrichtung 2 ausgegeben.
  • Gemäß der in den 3 und 13 dargestellten Einlaßluftmengen-Steuervorrichtung kann eine Einlaßluftmenge des Motors mit Hilfe der kooperativen Steuerung von Ventilzeitpunktsteuerung (IVC-Steuerung) und Drosselöffnungssteuerung zuverlässig näher an einen gewünschten Wert herangesteuert oder -gebracht werden, und somit ist es möglich, die genaue Steuerung der Einlaßluftmenge in einem Betriebsbereich des Motors zu erreichen, in dem die Einlaßluftmenge allein mit Hilfe der Ventilzeitpunktsteuerung nicht näher an den gewünschten Wert herangebracht werden kann. Im Ergebnis ist es möglich, die Einlaßluftmenge über einen sehr breiten Betriebsbereich des Motors zu steuern. Des weiteren ist in der in den 13 und 14 dargestellten Steuervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels das Drosselventil im Ventilzeitpunktsteuerbereich, das heißt, während des Miller-Zyklus-Betriebsmodus mit IVC-Vorverlegung, fest auf einen im wesentlichen voll geöffneten Zustand eingestellt, und außerdem kann die Einlaßluftmenge durch die IVC-Steuerung näher an den gewünschten Wert herangebracht werden. Das verringert einen Pumpverlust des Motors beträchtlich. Außerdem kann die untere Grenzwert-Einlaßluftmenge (Schwellengrenzwert), wie aus der Charakteristik für die Beziehung zwischen der Ne des Motors und dem Einlaßventil-Schließzeitpunkt IVC in 15 zu ersehen ist, sogar beim Auftreten einer Veränderung des minimalen Arbeitswinkels des Einlaßventils infolge einer Veränderung der Motordrehzahl Ne genau bestimmt werden. Das gewährleistet eine genaue Bestimmung des Schwellengrenzwerts (der Grenzlinie zwischen dem Ventilzeitpunktsteuerbereich und dem Drosselsteuerbereich) für jede Motordrehzahl.
  • In dem weiter oben erörterten Beispiel wird die Grenzlinie (die dem Schwellengrenzwert entspricht) zwischen dem Ventilzeitpunktsteuerbereich und dem Drosselsteuerbereich auf die untere Grenzwert-Einlaßluftmenge festgesetzt, die beim minimalen Arbeitswinkel, der der Mindestarbeitszeit entspricht, erhalten wird. Stattdessen kann die Grenzlinie (der Schwellengrenzwert) auch auf ein Niveau festgesetzt werden, das etwas höher liegt als die untere Grenzwert-Einlaßluftmenge, die beim minimalen Arbeitswinkel erhalten wird. Das erhöht die Zuverlässigkeit der Steuerung der Einlaßluftmenge sowohl innerhalb des Ventilzeitpunktsteuerbereichs als auch des Drosselsteuerbereichs. Außerdem ist es unter dem Gesichtspunkt eines verringerten Pumpverlustes vorzuziehen, den Drosselsteuerbereich auf einen möglichst schmalen Betriebsbereich vorzuprogrammieren oder festzusetzen, in dem die tatsächliche Einlaßluftmenge nicht allein mittels der Ventilzeitpunktsteuerung (insbesondere IVC-Steuerung) auf die gewünschte Einlaßluftmenge eingeregelt werden kann. Der Drosselsteuerbereich kann jedoch auf so eine Weise festgelegt werden, daß er zumindest einen Betriebsbereich enthält, in dem die tatsächliche Einlaßluftmenge nicht allein mittels der Ventilzeitpunktsteuerung (insbesondere IVC-Steuerung) auf die gewünschte Einlaßluftmenge eingeregelt werden kann. Zum Beispiel kann der Drosselsteuerbereich (unter Bezug auf 6) so weiter nach links erweitert werden, daß er sowohl einen Betriebsbereich niedriger Drehzahl und niedriger Last als auch einen Betriebsbereich hoher Drehzahl und niedriger Last (die schraffierte Fläche in 6) enthält.

Claims (18)

  1. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1) mit: einem veränderbaren Ventilzeitpunktsystem (2), verbunden mit zumindest einem Einlassventil (3); einem Drosselventil (16), stromauf des Einlassventiles (3) angeordnet; einem Drosselbetätiger (17), der eine Drosselöffnung des Drosselventiles (16) veränderbar einstellt; Sensoren (10, 11, 12, 13, 14), die die Motorbetriebsbedingungen erfassen; und einer Steuereinheit (15), konfiguriert, um elektrisch mit den Sensoren (10, 11, 12, 13, 14), dem veränderbaren Ventilzeitpunktsystem (2) und dem Drosselbetätiger (17) verbunden zu sein, um eine Einlassluftmenge von Luft, die in den Motor (1) eintritt, in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen automatisch zu steuern; wobei die Steuereinheit (15) einen Datenverarbeitungsabschnitt aufweist, programmiert, um das Folgende auszuführen, Berechnen (101) einer gewünschten Einlassluftmenge auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen (APO, Ne); Berechnen (103) eines ersten Einlassventilzeitpunktes entsprechend der gewünschten Einlassluftmenge; Bestimmen (103), in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen, ob die gewünschte Einlassluftmenge unter einem Grenzwert ist, der einer unteren Grenzwert-Einlassluftmenge entspricht, über der die Ventilzeitpunktsteuerung des Einlassventiles (3) der Einlassluftmenge des Motors (1) ermöglicht, näher an die gewünschte Einlassluftmenge gebracht zu werden; Berechnen (103) eines zweiten Einlassventilzeitpunktes, der im Wesentlichen dem Grenzwert entspricht; Festlegen (103) eines gewünschten Ventilzeitpunktes des Einlassventiles (3) auf den zweiten Einlassventilzeitpunkt, wenn die gewünschte Einlassluftmenge unter dem Grenzwert ist; und Berechnen (104, 105, 106, 107, 108; 200) einer gewünschten Drosselöffnung, die die gewünschte Einlassluftmenge durch die Drosselöffnungssteuerung des Dros selventiles (16) realisiert, wenn die gewünschte Einlassluftmenge unter dem Grenzwert ist.
  2. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn die gewünschte Einlassluftmenge unter dem Grenzwert ist, der zweite Einlassventilzeitpunkt auf einen Zeitpunkt festgelegt wird, der im Wesentlichen einem minimalen Arbeitswinkel entspricht, und die Einlassluftmenge näher an die gewünschte Einlassluftmenge durch Verändern der gewünschten Drosselöffnung die die gewünschte Einlassluftmenge realisiert, in Abhängigkeit von der gewünschten Einlassluftmenge gebracht wird.
  3. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn die gewünschte Einlassluftmenge oberhalb des Grenzwertes ist, die gewünschte Drosselöffnung auf einen vorbestimmten Wert festgelegt wird, der im Wesentlichen einer vollständig offenen Position des Drosselventiles (16) entspricht und die Einlassluftmenge näher an die gewünschte Einlassluftmenge durch Verändern des ersten Ventilzeitpunktes, in Abhängigkeit von der gewünschten Einlassluftmenge, gebracht wird.
  4. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensoren zumindest die Motordrehzahl (Ne) als die Motorbetriebsbedingungen erfassen, und sich der Grenzwert in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (Ne) verändert und der Datenverarbeitungsabschnitt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (Ne) bestimmt, ob die gewünschte Einlassluftmenge unterhalb des Grenzwertes ist.
  5. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei sich der Grenzwert mit einer Erhöhung in der Motordrehzahl (Ne) erhöht, so dass sich ein Bereich, der kleiner als der Grenzwert der Ventilzeitpunktsteuerung des Einlassventiles (3) ist, sich mit der Erhöhung der Motordrehzahl (Ne) vergrößert.
  6. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensoren zumindest die Motordrehzahlen (Ne) als die Motorbetriebszustände erfassen, und wenn die gewünschte Einlassluftmenge unter dem Grenzwert ist, der Datenverarbeitungsabschnitt den zweiten Einlassventilzeitpunkt auf einen Zeitpunkt festlegt, der im Wesentlichen einem minimalen Arbeitswinkel auf der Grundlage der Motordrehzahl (Ne) entspricht.
  7. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensoren zumindest die Motordrehzahl (Ne) als die Motorbetriebsbedingungen erfassen, und wenn die gewünschte Einlassluftmenge unter dem Grenzwert des Datenverarbeitungsabschnittes ist, den zweiten Einlassventilzeitpunkt auf einen Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) festlegen, der im Wesentlichen einem minimalen Arbeitswinkel auf der Grundlage der Motordrehzahl (Ne) entspricht, und einen Einlassventil-Öffnungszeitpunkt auf einen Zeitpunkt festlegen, der im Wesentlichen einem oberen Totpunkt (TDC) während des Auslasshubes entspricht.
  8. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das veränderbare Ventilzeitpunktsystem eine elektromagnetische Ventilbetätigungsvorrichtung (2) aufweist, betrieblich mit dem Einlassventil (3) verbunden, die elektromagnetische Ventilbetätigungsvorrichtung (2) ein nicht-magnetisches Gehäuse (21) aufweist, installiert an einem Zylinderkopf des Motors (1), einen Anker (22), einstückig verbunden mit einem Schaft (31) des Einlassventiles (3), so dass der Anker (22) innerhalb des Gehäuses (21) bewegbar ist, ein Paar von elektromagnetischen Spulen (23, 23), jeweils gegenüberliegenden Oberflächen des Ankers (22) zugewandt, wobei das Paar der elektromagnetischen Spulen (23, 23) die Armatur (22) anzieht, wenn das Paar der elektromagnetischen Spulen (23, 23) angeregt wird, und ein Paar von Rückstellfedern (25, 26), die das Einlassventil (3) jeweils in eine Richtung zum Öffnen oder zum Schließen des Einlassventiles (3) vorspannen.
  9. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Datenverarbeitungsabschnitt eine gewünschte Drosselöffnung berechnet, die eine gewünschte Verstärkung auf der Grundlage der gewünschten Einlassluftmenge realisiert, und wenn die gewünschte Einlassluftmenge oberhalb des Grenzwertes ist, eine Drosselöffnung des Drosselventiles (16) näher an die gewünschte Drosselöffnung gebracht wird, die die gewünschte Verstärkung realisiert, und die Einlassluftmenge wird näher an die gewünschte Einlassluftmenge gebracht, durch Verändern des ersten Ventilzeitpunktes in Abhängigkeit von der gewünschten Einlassluftmenge.
  10. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die gewünschte Drosselöffnung, die die gewünschte Einlassluftmenge realisiert, kleiner als die gewünschte Drosselöffnung ist, die die gewünschte Verstärkung realisiert.
  11. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Datenverarbeitungsabschnitt außerdem programmiert ist zum: Ausführen, wenn die gewünschte Einlassluftmenge oberhalb des Grenzwertes ist, eines ersten Betriebsmodus, in dem die Einlassluftmenge des Motors (1) näher an die gewünschte Einlassluftmenge durch die Ventilzeitpunktsteuerung des Einlassventiles (3) gebracht wird und eine Drosselöffnungsfläche (A/NV) des Drosselventiles (16) sich mit einer Verminderung in der gewünschten Einlassluftmenge vermindert, um eine gewünschte Verstärkung zu realisieren; und Ausführen, wenn die gewünschte Einlassluftmenge unter dem Grenzwert ist, eines zweiten Betriebsmodus, in dem die Einlassluftmenge näher an die gewünschte Einlassluftmenge durch Reduzierung der Drosselöffnungsfläche des Drosselventiles (16) gebracht wird, auf unter die Drosselöffnungsfläche (A/NV) des ersten Betriebsmodus, der die gewünschte Verstärkung realisiert.
  12. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit (15) einen ersten Drosselöffnungsbereich (1ST A/NV) des ersten Betriebsmodus berechnet, der die gewünschte Verstärkung realisiert, und einen zweiten Drosselöffnungsbereich (2ND A/NV) des zweiten Betriebsbereiches berechnet, der die gewünschte Einlassluftmenge realisiert, und eine niedrige Drosselöffnungsfläche (MIN(1ST A/NV, 2ND A/NV)) der ersten und zweiten Drosselöffnungsflächen auswählt, so dass das Drosselventil (16) durch den Drosselbetätiger (17) in Abhängigkeit von der niedrigen Drosselöffnungsfläche (MIN(1ST A/NV, 2ND A/NV)) angetrieben wird.
  13. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Sensoren zumindest die Motordrehzahl (Ne) als die Motorbetriebsbedingungen erfassen, und die Steuereinheit (15) eine vorbestimmte Referenzcharakteristik (9) einer Drosselöffnungsfläche (A/NV) vorspeichert, die eine gewünschte Einlassluftmenge bei einem Referenz-Ventilzeitpunkt des Einlassventiles (3) erzeugt, und die zweite Drosselöffnungsfläche (2ND A/NV) abschätzt, die die gewünschte Einlassluftmenge bei einem Einlassventilzeitpunkt erzeugt, der aus der vorbestimmten Referenzcharakteristik (9) als für die Motordrehzahl (Ne) geeignet vorprogrammiert ist.
  14. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Steuereinheit (15) ein Verhältnis einer Referenzluftmenge (KOUTEN#) in der vorbestimmten Referenzcharakteristik (9) zu dem Grenzwert berechnet, und Ähnlichkeitstransformationen (105) der gewünschten Einlassluftmenge in eine ähnlich erstreckte Einlassluftmenge durch Multiplizieren des Verhältnisses der Referenzluftmenge (KOUTEN#) zu dem Grenzwert bei der gewünschten Einlassluftmenge berechnet, und eine ähnlich-erstreckte Drosselöffnungsfläche auf der Grundlage der ähnlich-erstreckten gewünschten Einlassluftmenge aus dem vorbestimmten Referenzcharakteristik (9) ableitet, und ähnlich-kontrahiert (107) die ähnlich erstreckte Drosselöffnungsfläche in die zweite Drosselöffnungsfläche durch Dividieren der ähnlich-erstreckten Drosselöffnungsfläche durch das Verhältnis der Referenzluftmenge (KOUTEN#) zu dem Grenzwert bei der gewünschten Einlassluftmenge, wobei die Referenzluftmenge (KOUTEN#) in der vorbestimmten Referenzcharakteristik (9) eine Luftmenge ist, die im Wesentlichen einer Drosselöffnungsfläche (1ST A/NV) entspricht, die der gewünschten Verstärkung entspricht.
  15. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Datenverarbeitungsabschnitt außerdem programmiert ist, für: Veränderbares Steuern eines Einlassventilschließzeitpunktes (IVC) in Abhängigkeit von der gewünschten Einlassluftmenge, so dass die Einlassluftmenge näher gebracht wird zu der gewünschten Einlassluftmenge durch die Einlassventil-Schließzeitpunktsteuerung und abnehmende Kompensation für eine gewünschte Drosselöffnung des Drosselventiles (16) mit einer Verminderung in der gewünschten Einlassluftmenge in Übereinstimmung mit einer ersten Charakteristik (7), um eine gewünschte Verstärkung in einem ersten Betriebsbereich zu erreichen, in dem die gewünschte Einlassluftmenge oberhalb des Grenzwertes ist; und Veränderbares Steuern des Einlassventilschließzeitpunktes (IVC) in Richtung zu einem Ventilzeitpunkt, der einem minimalen Arbeitswinkel entspricht, der als für die Motordrehzahl (Ne) geeignet vorprogrammiert ist, und abnehmend die gewünschte Drosselöffnung mit einer Verminderung in der gewünschten Einlassluftmenge in Übereinstimmung mit einer zweiten Charakteristik (9) in einem zweiten Betriebsbereich kompensiert, in dem die gewünschte Einlassluftmenge unter dem Grenzwert ist, und wobei die erste Charakteristik (7) eine monotone Funktion ist, entsprechend der die gewünschte Drosselöffnung mit einer Verminderung in der gewünschten Einlassluftmenge abnimmt, und die zweite Charakteristik (9) eine vorbestimmte Kennlinienkurve ist, demzufolge Punkte, die auf der vorbestimmten Kennlinienkurve liegen, niedriger als die Punkte sind, die auf der ersten Kennlinienkurve (7) innerhalb des zweiten Betriebsbereiches liegen.
  16. Einlassluftmengen-Steuervorrichtung nach Anspruch 15, wobei die vorbestimmte Kennlinienkurve (9) in großer Nähe zu der Kennlinienkurve mit monotoner Funktion (9) in dem zweiten Betriebsbereich variiert.
  17. Elektronisches Steuerverfahren für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem veränderbaren Ventilzeitpunktsystem, verbunden mit zumindest einem Einlassventil (3), einem Drosselventil (16), stromauf des Einlassventiles (3) angeordnet, einem Drosselbetätiger (17), der eine Drosselöffnung des Drosselventiles (16) veränderbar einstellt, und Sensoren (10, 11, 12, 13, 14), die Motorbetriebsbedingungen, die zumindest die Motordrehzahl (Ne) enthalten, erfassen, wobei das elektronische Steuerverfahren aufweist: Berechnen (101) einer gewünschten Einlassluftmenge auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen; Berechnen (102) eines Grenzwertes, der einer unteren Grenzwert-Einlassluftmenge entspricht, über dem die Einlassventil-Schließzeitpunktsteuerung des Einlassventiles (3) einer Einlassluftmenge, die in den Motor (1) eindringt, ermöglicht, näher an die gewünschte Einlassluftmenge gebracht zu werden; Vergleichen (103) der gewünschten Einlassluftmenge mit dem Grenzwert; Ableiten eines Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC) aus einer ersten gewünschten Einlassluftmenge im Verhältnis zu der Einlassventil-Schließzeitpunktcharakteristik (7), entsprechend dem die Einlassluftmenge näher an die gewünschte Einlassluftmenge durch die Einlassventil-Schließzeitpunktsteuerung in einem ersten Betriebsbereich gebracht wird, in dem die gewünschte Einlassluftmenge oberhalb des Grenzwertes ist; Ableiten eines Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC) aus einer zweiten Motordrehzahl im Verhältnis zu einer Einlassventil-Schließzeitpunktcharakteristik (9), entsprechend dem der Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) auf einen Ventilzeitpunkt entsprechend eines minimalen Arbeitswinkels festgelegt wird, der als für die Motordrehzahl (Ne) in einem zweiten Betriebsbereich geeignet vorprogrammiert ist, in dem die gewünschte Einlassluftmenge unter dem Grenzwert ist; vermindertes Kompensieren für eine gewünschte Drosselöffnung des Drosselventiles (16) mit einer Verminderung in der gewünschten Einlassluftmen ge in Übereinstimmung mit einer ersten gewünschten Einlassluftmenge im Verhältnis einer Drosselöffnungsflächencharakteristik (7), um eine gewünschte Verstärkung in dem ersten Betriebsbereich zu erhalten, wobei die erste gewünschte Einlassluftmenge im Verhältnis zu der Drosselöffnungsflächencharakteristik (7) eine monotone Funktion ist, entsprechend der die gewünschte Drosselöffnung mit einer Verminderung in der gewünschten Einlassluftmenge abnimmt; und vermindertes Kompensieren für eine gewünschte Drosselöffnung mit einer Verminderung in der gewünschten Einlassluftmenge in Übereinstimmung mit einer zweiten gewünschten Einlassluftmenge im Verhältnis zu einer Drosselöffnungsflächencharakteristik (9) in dem zweiten Betriebsbereich, wobei die zweite Charakteristik (9) eine vorbestimmte Kennlinienkurve ist, demzufolge Punkte, die auf der vorbestimmten Kennlinienkurve liegen, niedriger als die Punkte sind, die auf der ersten gewünschten Einlassluftmenge im Verhältnis zu der Drosselöffnungsflächencharakteristik (7) innerhalb eines zweiten Betriebsbereiches liegen.
  18. Elektronisches Steuerverfahren nach Anspruch 17, wobei die zweite Motordrehzahl im Verhältnis zu der Einlassventil-Schließzeitpunkt-Kennlinie (9) eine monotone Funktion ist, entsprechend der der Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) mit einer Erhöhung in der Motordrehzahl zunimmt.
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