DE60031074T2

DE60031074T2 - Variable Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60031074T2
Application number: DE60031074T
Authority: DE
Inventors: Takao Yamato-shi Kawasaki; Masahiro Yokahama-shi Arai
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2020-12-02
Also published as: EP1104844A2; US6412458B2; EP1104844A3; DE60031074D1; EP1104844B1; EP1707782A3; EP1707782A2; US20010011541A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungstechnologie zum Steuern von Ventilereignissen eines Motors mit einem Betätiger, z. B. einem Magnetspulenbetätiger, und insbesondere, um einen Einlassventilschließzeitpunkt zu steuern, um eine Einlassluftmenge zu steuern, um ein gewünschtes Motordrehmoment zu erhalten.
Anders als ein Motor einer herkömmlichen Art, der die Einlassluftmenge mit einem Drosselventil steuert, ist ein Motor der neuen Art (vorgeschlagen durch die veröffentlichte Japanische Patentanmeldung, Kokai Nr. H10 (1998) – 37727) vorgesehen, um die Einlassluftmenge hauptsächlich durch Steuern des Einlassventilschließzeitpunktes zu steuern.
Ein Einlassluft-Steuerungssystem eines solchen Typs zum Steuern der Einlassluftmenge durch Steuern des Einlassventilschließzeitpunktes erreicht eine Ziel-Einlassluftmenge (die erforderliche Einlassluftmenge) entsprechend des erforderlichen Drehmoments durch Steuern des Volumens der Zylindereinlassluft entsprechend eines effektiven Einlasshubes, der durch den Einlassventilschließzeitpunkt bestimmt wird, bei dem Einlassdruck, der ungefähr konstant bei dem atmosphärischen Druck bei Abwesenheit eines Drosselventiles gehalten wird, und der in Abhängigkeit der Drosselöffnung bestimmt wird, wenn ein Drosselventil vorgesehen ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zum genauen Steuern der Einlassluftmenge durch Steuern des Einlassventilschließzeitpunktes muss das Einlassventil an einer Kolbenposition geschlossen werden, bei der der Zylinder eine Frischluftmenge entsprechend der Zielluftmenge zusätzlich zu der Menge des Restgases (der inneren EGR-Menge, der Abgasrückführungsmenge) haben, das in der Brennkammer verbleibt. Die innere EGR-Menge des Restgases wird durch das Vorhandensein oder durch die Abwesenheit der Ventilüberlappung und der Länge der Ventilüberlappung stark beeinflusst. Der Ventilüberlappungszustand hat einen großen Einfluss auf die innere EGR-Menge, insbesondere in einem Ventilbetätigungssystem der Magnet-Art, das solch eine hohe Antwortgeschwindigkeit beim Öffnen oder Schließen der Ventile hat, dass die Auslass- und Einlassventile beide ungefähr in dem vollständig offenen Zustand während eines Ventilüberlappungszeitraumes gehalten werden. Demzufolge ist es gefunden worden, dass eine einfache Korrektur oder Kompensa tion für die innere EGR-Menge nicht immer für die Steuerluftmenge und daher für die Genauigkeit des Motordrehmoments angemessen ist. Überdies ist selbst durch ein System, das konstruiert worden ist, um den Ziel-Auslassventilschließzeitpunkt und den Ziel-Einlassventilöffnungszeitpunkt festzulegen, um eine richtige innere EGR-Menge zu erhalten und um den Ziel-Einlassventilschließzeitpunkt in Übereinstimmung mit dem Festlegen der Ventilzeitpunkte einzustellen, eine angemessene Steuerung schwierig, da die tatsächliche innere EGR-Menge durch weitere Faktoren außer der Ventilzeitpunkte beeinflusst.
Es ist demzufolge ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Steuerungsvorrichtung und/oder ein Verfahren zu schaffen, das in der Lage ist, den Einlassventilschließzeitpunkt genau zu steuern und dadurch die Einlassluftmenge und daher das Motordrehmoment angemessen zu steuern.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Einlassluftmenge in dem Motor durch Verändern eines Einlassventilschließzeitpunktes des Motors auf: eine Einrichtung zum Bestimmen des Ziel-Einlassventilschließzeitpunktes in Übereinstimmung mit zumindest der abgeschätzten inneren EGR-Menge; und eine Einrichtung zum Steuern der Einlassluftmenge in den Motor durch Steuern eines tatsächlichen Einlassventilschließzeitpunktes in den Motor zu dem Ziel-Einlassventilschließzeitpunkt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist ein Steuerungsverfahren zum Variieren der Ventilzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile eines Motors auf: Abschätzen einer inneren EGR-Menge in Übereinstimmung mit einem Motorbetriebszustand; und Steuern eines Einlassventilschließzeitpunktes in Übereinstimmung mit der erforderlichen Einlassluftmenge und einer inneren EGR-Menge.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung, die einen Motor zeigt, der mit einem variablen Ventilzeitpunktbetätiger und einer Steuerungseinheit entsprechend eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung versehen ist.
2 ist eine Ansicht zum Veranschaulichen einer Magnetspulen-Antriebsvorrichtung für Einlass- und Auslassventile in dem System der 1.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf zum Festlegen eines Einlassventilschließzeitpunktes entsprechend des Ausführungsbeispieles zeigt.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Unterprogramm zum Bestimmen einer inneren Basis-EGR-Menge in einem nicht-Überlappungszustand entsprechend des Ausführungsbeispieles zeigt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Unterprogramm zum Bestimmen einer Überlappungskorrekturgröße zeigt, die verwendet wird, um die innere Basis-EGR-Menge zu modifizieren.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Unterprogramm zum Bestimmen eines Modifikationskoeffizenten auf der Grundlage eines Einlassdruckes zum Modifizieren der Überlappungskorrekturgröße zeigt.
7 ist ein Diagramm, das eine Kennlinie der inneren Basis-EGR-Menge zeigt.
8 ist ein Diagramm, dass eine Kennlinie der Überlappungskorrekturgröße zeigt.
9 ist ein Diagramm zum Darstellen des Einflusses des Einlassdruckes auf die Basis-Korrekturmenge.
10 ist ein Diagramm, das eine Kennlinie einer Menge OLEGCO in Bezug auf eine Ventilüberlappungszeit OLTIME zeigt, die in dem Unterprogramm der 5 verwendet werden kann.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Steuerungssystem entsprechend eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
Wie in der 1 gezeigt, hat der Motor 1 eine Mehrzahl von Zylindern, die jeweils eine Brennkammer 3 haben, die durch einen Kolben 2 gebildet wird. Die Brennkammer 3 jedes Zylinders hat eine Zündkerze 4 und Einlass- und Auslassventile 5 und 6 eines elektromagnetischen Antriebstyps. Ein Einlasskanal 7 ist für die einzulassende Luft in jede Brennkammer 3 und ein Auslasskanal 8 fördert die Abgase von dem Motor 1 weg.
2 zeigt schematisch einen Magnetspulen-(elektromagnetischen)Ventilbetätiger für die Einlass- und Auslassventile 5 oder 6. Ein Ventilelement 20 ist mit einem Ende des Ventilschaftes 21 verbunden. Ein plattenförmiges bewegbares Teil 22 ist mit dem Ventilschaft 21 verbunden. Das bewegbare Teil 22 wird normalerweise in einer neutralen Position durch die Federn 23 und 24 gehalten. Eine Öffnungsmagnetspule (eine elektromagnetische Spule) 25 ist unter dem bewegbaren Teil 22 angeordnet und eine Schließungsmagnetspule (eine elektromagnetische Spule) 26 ist oberhalb des bewegbaren Teils 22 angeordnet.
Vor dem Start des Motors 1 wird das bewegbare Teil 22 betätigt, um durch alternierendes Erregen der Öffnungs- und Schließventile 25 und 26 in Resonanz zu oszillie ren. Wenn die Amplitude ausreichend erhöhet wird, wird das bewegbare Teil 22 durch eine der beiden Magnetspulen 25 und 26 angezogen und gehalten.
Das Ventil wird aus dem geschlossenen Zustand in einen offenen Zustand durch Stoppen der Energiezuführung zu dem oberen Schließungsmagnetspule, die das bewegbare Teil 22 anzieht, bewegt, um dadurch dem bewegbaren Teil 22 zu gestatten, sich durch die Vorspannkraft der Feder 23 abwärts zu bewegen, und um das bewegbare Teil 22 durch Energiezuführung zu der unteren Öffnungsmagnetspule 25 anzuziehen, wenn das bewegbare Teil 22 sich der unteren Öffnungsmagnetspule 25 ausreichend nähert. Folglich wird das Ventilelement 2Q von einem Ventilsitz angehoben und das Ventil wird geöffnet.
Das Ventil wird aus dem Öffnungszustand in den geschlossenen Zustand durch Stoppen der Energiezufuhr der unteren Öffnungsmagnetspule 25, die das bewegbare Teil 22 anzieht, bewegt, um dabei dem bewegbaren Teil 22 zu gestatten, sich durch die Vorspannkraft der Feder 24 aufwärts zu bewegen, und das bewegbare Teil 22 durch stoppen der Energiezufuhr zu der oberen Schließungsmagnetspule 26 anzuziehen, wenn sich das bewegbare Teil 22 der oberen Schließungsmagnetspule 25 ausreichend nähert. Somit wird das Ventilelement 20 auf den Ventilsitz aufgesetzt und das Ventil wird geschlossen.
Wie in der 1 gezeigt, sind in dem Einlasskanal 7 ein Luftströmungsmesser 14 zum Erfassen einer Einlassluftmenge und ein Drosselventil 15, dessen Öffnungsgrad elektronisch gesteuert wird, vorgesehen. Ein Kraftstoffeinspritzer 9 vom Magnetspulen-Typ ist in der Einlassöffnung für jeden Zylinder vorgesehen.
Eine Steuerungseinheit (C/U) 10 steuert die Einlass- und Auslassventile 5 und 6, das Drosselventil 15, die Kraftstoffeinspritzer 9 und die Zündkerzen 4 in Übereinstimmung mit der Eingangsinformation auf der Grundlage der Motorbetriebsbedingungen, die durch verschiedene Sensoren gesammelt worden sind. Ein Kurbelwinkelsensor 11 erzeugt ein Kurbelwinkelsignal synchron mit der Motordrehzahl. Eine Motordrehzahl (U/min) kann aus dem Kurbelwinkelsignal bestimmt werden. Ein Beschleunigerpedalsensor 12 ist angeordnet, um eine Beschleunigeröffnung (oder einen Beschleunigerpedal-Niederdrückungsbetrag) zu erfassen. Die Signale von diesen Sensoren werden in die Steuerungseinheit 10 eingegeben, die als ein Hauptbauteil einer Steuerung in dem Steuerungssystem dient.
In Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen, z. B. einer Beschleunigeröffnung (einem beschleunigeröffnungsgrad) und einer Motordrehzahl steuert dieses Steuerungssystem die tatsächliche Einlassluftmenge, um ein Ziel-Drehmoment hauptsächlich durch Steuern des Schließzeitpunktes des Einlassventiles 5 zu erreichen. Über dies steuert, um die Abgasemissionen, insbesondere die NOx-Menge, zu reduzieren, dieses Steuerungssystem außerdem den Schließzeitpunkt des Auslassventiles 6 und den Öffnungszeitpunkt des Einlassventiles 5 (und den Öffnungszeitpunkt des Auslassventiles 6), um die inneren EGR-Menge auf einem angemessen Niveau mit den Motorbetriebsbedingungen zu steuern. In der Praxis wird jedoch die innere EGR-Menge nicht nur durch diese Ventilzeitpunkte sondern ebenso durch weitere Faktoren beeinflusst. Demzufolge ist das Steuerungssystem angeordnet, um die innere EGR-Menge in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen abzuschätzen, und um den Schließzeitpunkt des Einlassventiles 5 (von jedem Zylinder, um genau zu sein) in Übereinstimmung mit der abgeschätzten inneren EGR-Menge einzustellen.
Das Steuerungssystem legt die Einlassluftmenge in Übereinstimmung mit den er fassten Werten, die von verschiedenen Sensoren zugeführt worden sind, fest und steuert die Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzers 9 (von jedem Zylinder, um genau zu sein) in Übereinstimmung mit der Einlassluftmenge.
3 zeigt ein Hauptprogramm zum Steuern des Einlassventilschließzeitpunktes entsprechend des Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
Der Schritt S1 ist ein Schritt zum Lesen der Beschleunigeröffnung, erfasst durch den Beschleunigerpedalsensor 12, die Motordrehzahl, erfasst durch den Kurbelwinkelsensor 11 etc. und zum Berechnen einer Ziel-Luftmenge FOH0EM, die für ein angefordertes Drehmoment adäquat ist.
Der Schritt S2 berechnet eine innere Basis-EGR-Menge EVEGR0, die die innere EGR-Menge in dem nicht-Überlappungszustand repräsentiert, in dem es keine Ventilüberlappung der Einlass- und Auslassventile gibt. Diese Berechnung wird durch das folgende, in der 4 gezeigte Unterprogramm ausgeführt.
In den Schritten S21 und S22 liest die Steuerungseinheit eine Motordrehzahl Ne und einen Ziel-Auslassventilschließzeitpunkt EVC. In Übereinstimmung mit den Werten, die durch die Schritte S21 und S22 erhalten werden, berechnet die Steuerungseinheit 10 die innere Basis-EGR-Menge EVEGR0 als EGR-Rate in Bezug auf die Ziel-Luftmenge FQH0EM in dem Schritt S23 durch Aufsuchen aus einer Plantafel, die, wie in der 7 gezeigt, aus Kennliniendaten vorbereitet worden ist. Die innere Basis-EGR-Menge EVEGR0 ist eine Menge von verbrannten Gasen, die in einem Zylinder in dem nicht-Überlappungszustand, in dem es keine Überlappung der Einlass- und Auslassventile gibt, verbleiben. Demzufolge vermindert sich, wenn das Zylindervolumen, das durch die Kolbenposition an dem Auslassventilschließzeitpunkt EVC gebildet wird, kleiner wird, die innere Basis-EGR-Menge EVEGR0. Die innere Basis-EGR-Menge EVEGR0 wird, wie in der 7 gezeigt, an dem oberen Totpunkt am kleinsten. Für dieselbe Kolbenposition unterscheidet sich die innere Basis-EGR-Menge EVEGR0 zwischen dem Zustand vor dem oberen Totpunkt (BTDC) und dem Zustand nach dem oberen Totpunkt (ATDC). Wenn der EVC vor dem oberen Totpunkt ist, wird das Auslassventil in dem Zustand geschlossen, dass das Restgasgemisch etwas komprimiert ist. Andererseits wird, wenn der EVC nach dem oberen Totpunkt ist, das Auslassventil in dem Zustand des Zurückziehens des abgegebenen Abgases in den Auslasskanal geschlossen, wodurch die Restgasmenge, d. h., die innere EGR-Menge kleiner wird. Überdies ist diese Tendenz der Trägheit zuzuschreiben und beeinflusst auch die Motordrehzahl Ne. Wenn die Motordrehzahl Ne höher wird, wird die Trägheit erhöht und daher wird der auf die innere EGR-Menge ausgeübte Einfluss erhöht. Wenn der EVC nach dem TDC liegt, verändert sich die Abgasströmung und daher ist der Einfluss der Trägheit groß, so dass die Verminderung der inneren EGR-Menge infolge einer Erhöhung der Motordrehzahl Ne größer wird. An den von dem oberen Totpunkt entfernten Positionen ist die Kolbengeschwindigkeit höher und die Veränderungsmenge der inneren EGR-Menge in Bezug auf eine Veränderung in der Motordrehzahl erhöht sich.
Somit wird die innere Basis-EGR-Menge EVEGR0 erhöht, wie die Verlängerung der Trennung des EVC (z. B. ein Winkelabstand im Hinblick der Grade der Kurbelwellendrehung) von dem Auslass-TDC (d. h., TDC in dem Auslasshub) größer wird. Die Basis-EGR-Menge EVEGR0 wird mit der Erhöhung in der Motordrehzahl Ne auf der BTDC-Seite erhöht und die Basis-EGR-Menge EVEGR0 wird mit der Erhöhung in der Motordrehzahl Ne auf der ATDC-Seite erhöht. Die Verminderungsrate der Basis-EGR-Menge EVEGR0 in Bezug auf die Erhöhung in der Motordrehzahl Ne auf der ATDC-Seite ist größer als eine Erhöhungsrate der Basis-EGR-Menge EVEGR0 in Bezug auf die Erhöhung in der Motordrehzahl Ne auf der BTDC-Seite.
Zurückkehrend auf die 3 ist der Schritt S3 für das Überprüfen, ob es eine Ventilüberlappung zwischen dem Ziel-Öffnungszeitpunkt IVO des Einlassventiles 5 und dem Ziel-Schließzeitpunkt EVC des Auslassventiles 6 gibt.
Falls es keine Überlappung gibt, geht die Steuerungseinheit 10 zu dem Schritt S4 weiter und legt eine Überlappungskorrekturgröße OLEGR1 zum Korrigieren der inneren EGR-Menge auf null (OLEGR1 = 0). Demzufolge wird bei einem nächsten Schritt S8 die abgeschätzte innere EGR-Menge EGRREM zu der innere Basis-EGR-Menge EVEGR0 gleich gesetzt (EGRREM = EVRGR0).
Falls es eine Ventilüberlappung gibt, geht die Steuerungseinheit 10 von dem Schritt S3 zu dem Schritt S5 weiter und berechnet eine Basisüberlappungs-Korrekturmenge OLEGR0 durch ein in der 5 gezeigtes Unterprogramm.
In den Schritten S31, S32 und S33 liest die Steuerungseinheit 10 die Motordrehzahl Ne, den Ziel-Auslassventilschließzeitpunkt EVC des Auslassventiles 6 und den Einlassventilöffnungszeitpunkt IVO des Einlassventiles 5. In dem Schritt S34 wandelt die Steuerungseinheit 10 eine Ventilüberlappungsgröße (ausgedrückt im Grad der Kurbelwellendrehung) zu einer Ventilüberlappungszeit OLTIME durch Verwenden der Eingangswerte von Ne, EVC und IVO entsprechend der folgenden Gleichung um. OLTIME = (EVC – IVO)/Ne
Dann bestimmt in dem Schritt S35 die Steuerungseinheit 10 eine Zwischenmenge OLEGCO aus der Ventilüberlappungszeit OLTIME durch Aufsuchen aus einer Plantafel. Somit bestimmt der Schritt 35 einen Mengenwert (einen Zwischenwert) OLEGCO entsprechend des momentanen Wertes der Ventilüberlappungszeit OLTIME.
In diesem Beispiel wird, wie in der 10 gezeigt, der Zwischenwert OLEGCO gleich bleibend mit der Erhöhung in der Ventilüberlappungszeit OLTIME erhöht.
In dem Schritt S36 überprüft die Steuerungseinheit 10, ob der Auslassventilschließzeitpunkt EVC auf der BTDC-Seite oder auf der ATDC-Seite ist.
Wenn der EVC vor dem TDC ist, geht die Steuerungseinheit 10 von dem Schritt S36 zu dem Schritt S37 weiter und legt die Menge OLEGCO, bestimmt in dem Schritt S35, als Basis-Überlappungs-(Erhöhungs-)Korrekturmenge OLEGR0 direkt ohne Modifikation fest (OLEGR0 = OLEGC0).
Wh65 bis Schritt S38 und bestimmt die Basis-Überlappungs-(Erhöhungs-) Korrekturmenge OLEGR0 durch Modifizieren des erhaltenen Wertes von OLEGCO in Übereinstimmung mit dem Ziel-Schließzeitpunkt EVC durch die folgende Gleichung. OLEGR0 = OLEGC0 – EVC (die Verzögerungsgröße nach dem TDC) × Konstante
Die Veränderungsmenge (oder die Erhöhungsmenge) der inneren EGR zwischen der inneren Basis-EGR-Menge in dem nicht-Überlappungszustand und der inneren EGR-Menge in dem Ventilüberlappungszustand verändert sich selbst für dieselbe Ventilüberlappungsgröße (oder -zeit), da sich der Einfluss der Rückströmung in Abhängigkeit von dem Auslassventilschließzeitpunkt EVC unterscheidet. 8 zeigt eine Veränderung der Erhöhungsmenge der inneren EGR-Menge in Bezug auf den EVC für verschiedene Werte der Überlappungsgröße (oder -zeit) unter der Bedingung, dass die Motordrehzahl Ne konstant ist und dass der Einlassdruck konstant ist.
Wenn EVC bewertet wird, vor dem TDC zu sein, wird die innere EGR-Erhöhungsmenge (OLEGR0) unabhängig von Veränderungen in dem EVC ungefähr konstant gehalten, wie in der 8 gezeigt. In dem Fall, dass der EVC vor dem TDC ist, tendieren verbrannte Gase in dem Zylinder zurück eher als in die Auslassöffnung ausgestoßen in die Einlassöffnung auf der Niederdruckseite während der Ventilüberlappung gesaugt zu werden, und die rückwärtige Strömung wird dominant. Dann werden die verbrannten Gase der Rückströmung in die Einlassöffnung wieder in den Zylinder in dem darauf folgenden Einlasshub gesaugt, so dass die EGR-Rate ungefähr konstant ist. Demzufolge wird die Korrektur durch den EVC (die vorverschobene Menge vor dem oberen Totpunkt) in dem Schritt S37 nicht ausgeführt.
Wenn der EVC nach dem TDC ist, vermindert sich die Menge der Abgasrückströmung in die Einlassöffnung wegen der abwärtigen Bewegung des Kolbens während der Ventilüberlappung. Überdies erhöht sich, wie der EVC von dem oberen Torpunkt weg verschoben wird der Einlassunterdruck in dem Zylinder, und der Druckunterschied von dem Einlassunterdruck in der Einlassöffnung vermindert sich. Demzufolge vermindert sich die Tendenz zu der Abgasrückströmung. In dem Überlappungszustand erhöht sich, wenn mit dem nicht-Überlappungszustand verglichen wird, die Menge der Rückströmung des Abgases aus der Auslassöffnung in den Zylinder (so dass sich die Spüleffizienz vermindert) durch Übertragung des Einlassunterdruckes in den Zylinder durch die Öffnung des Einlassventils und die die inneren EGR-Menge erhöht sich dementsprechend. Jedoch ist diese Erhöhungsmenge in der inneren EGR-Menge groß, wenn die Überlappung rund um den oberen Totpunkt ist, aber diese Erhöhungsmenge vermindert sich, wenn sich die Überlappung von dem TDC verschiebt. Wenn die Überlappung nahe des oberen Tortpunktes ist, ist der Einfluss von dem Einlassunterdruck auf den zustand in dem Zylinder groß, wenn mit dem nicht-Überlappungszustand verglichen wird, wo das Einlassventil nicht geöffnet ist, und demzufolge ist die innere EGR-Erhöhungsmenge infolge des Zurückströmens des Abgases groß. Wenn andererseits die Überlappung von dem TDC entfernt ist, ist die Differenz zwischen dem Einlassunterdruck durch die abwärtige Bewegung des Kolbens in dem nicht-Überlappungszustand, wo das Einlassventil während dieses Zeitraums geschlossen gehalten wird, groß und der Einlassunterdruck, der von der Einlassöffnung in den Zylinder während der Überlappung übertragen wird, wird kleiner, und daher wird die Differenz in der Abgasrückströmungsmenge zwischen dem Überlappungszustand und dem nicht-Überlappungszustand kleiner. Die Erhöhung in der inneren EGR-Menge infolge der Rückströmung des Abgases während der Überlappung vermindert sich nämlich, wie sich die Überlappung (oder der EVC) von dem TDC erhöht.
Aus den zuvor genannten Gründen wird, wie in der 8 gezeigt, wenn der EVC nach dem TDC ist, die Erhöhung (OLEGR0) der inneren EGR-Menge infolge der Überlappung vermindert, wie sich der EVC von dem TDC weg verschiebt.
Demzufolge führt der Schritt 38 die Subtraktion durch den Subtrahend proportional zu der EVC aus (die verzögerte Menge nach dem TDC).
Zurückkehrend auf die 3 berechnet der Schritt S6 einen Einlassdruck-Modifikationskoeffizient OLEGCB zum Modifizieren der so berechneten Basis-Überlappungskorrekturgröße OLEGR0 in Übereinstimmung mit dem Einlassdruck (Verstärkungsdruck).
Die Basis-Überlappungskorrekturgröße OLEGR0 wird als eine Erhöhungsmenge der inneren EGR-Menge infolge einer Ventilüberlappung unter der Bedingung berechnet, wo der Einlassdruck konstant ist (–50 mm Hg). Selbst für dieselbe Überlappungsmenge (oder -zeit) und dem EVC wird die Auslassrückströmungsmenge durch die Veränderung in dem Einlassdruck variiert. Dies wird in die Überlegung durch eine Modifikation auf der Grundlage des Einlassdruckes einbezogen. In dem Fall, wo kein Drosselventil vorgesehen ist und der Einlassdruck ungefähr bei dem Atmosphärendruck konstant gehalten wird, kann die Modifikation weggelassen werden. Jedoch ist die Modifikation auf der Grundlage des Einlassdruckes notwendig oder gewünscht, wenn der Einlassdruck auf einem vorbestimmten Niveau durch Drosseln des Öffnungsgrades des Drosselventiles 15 gesteuert wird, um den Unterdruck zum Bremsen zuzuführen, oder für das Ansaugen des verdampften Kraftstoffdampfes und des Beiblasgases in das Einlasssystem, und die Einlassluftmenge durch Steuern des Einlassventilschließzeitpunktes durch in Betracht ziehen des Einlassdruckes gesteuert wird.
Der Einlassdruck-Modifikationskoeffizient OLEGCB wird durch ein in der 6 gezeigtes Unterprogramm berechnet.
Der Schritt S41 liest den Ziel-Einlassdruck, der durch das zuvor erwähnte Einlassdruck-Steuerungsverfahren des Steuerns des Einlassdruckes durch Steuern des Drosselöffnungsgrades berechnet worden ist. Der Schritt S42 liest den Ziel-Schließzeitpunkt EVC des Auslassventils 6. In Übereinstimmung mit den Werten dieser Eingabegrößen erhält der Schritt S43 einen Wert des Einlassdruck-Modifikationskoeffizienten OLEGCB durch Aufsuchen von einer Plantafel, die auf der Grundlage der Kennliniendaten präpariert worden sind, wie in der 9 gezeigt. 9 zeigt eine Vergrößerung (oder einen Multiplizierungsfaktor), der ein Verhältnis der inneren EGR-Erhöhungsmenge unter der Bedingung des Einlassdruckes (Unterdruck), der gleich zu –100 mm Hg oder –300 mm Hg ist, zu der inneren EGR-Erhöhungsmenge unter der Bedingung des Einlassdruckes, der gleich zu –50 mm HG ist. Für jede der Einlassdruckbedingungen von –100 mm Hg und –300 mm Hg sind zwei Kennlinien in den zwei Fällen der Überlappungsmenge (dem Kurbelwinkel) gezeigt, die gleich zu 20° und zu 40° sind. Wie in der 9 gezeigt, verbleibt bei einem Einlassdruck von –100 mm Hg die Größe unab hängig von der Veränderung in dem EVC (der mittleren der Ventilüberlappungszeiträume) bei ungefähr 2 konstant. Bei einem Einlassdruck von –300 mm Hg wird andererseits die Größe bei ungefähr 3~4 konstant gehalten, wenn der EVC vor dem TDC ist, und die Größe wird mit der Erhöhung in der Verlängerung der Trennung des EVC von dem TDC linear erhöht, wenn der EVC nach dem TDC ist. Wenn der EVC nach dem TDC, wie zuvor erwähnt, bei einem konstanten Einlassdruck (–50 mm Hg) ist, wird die Druckdifferenz in dem Zylinder infolge des Vorhandenseins oder der Abwesenheit einer Ventilüberlappung kleiner, wie der EVC von dem TDC weg verschoben wird, so dass die Erhöhungsmenge in der Auslassrückströmungsmenge dazu neigt, sich zu vermindern. Wenn sich jedoch der Einlassunterdruck auf –300 mm Hg erhöht, wird die Druckdifferenz in dem Zylinder infolge es Vorhandenseins oder der Abwesenheit einer Ventilüberlappung größer, so dass die Erhöhungsmenge auf einem hohen Niveau gehalten wird, und daher die Größe erhöht wird, wenn mit dem Beispiel von –50 mm Hag vergleichen wird.
Somit erhöht das Steuerungssystem dieses Beispiels die Modifikationsgröße OLEGCB, wie sich ein absoluter Wert des Einlassdruckes auf der Unterdruckseite erhöht und erhöht die Modifikationsgröße OLEGCB in Übereinstimmung mit der verzögerten Menge oder dem Winkel des Einlassventilschließzeitpunktes EVC von dem oberen Totpunkt, wenn der Einlassventilschleißzeitpunkt EVC nach dem Auslass-oberen Totpunkt ist und der absolute Wert des Einlassdruckes höher als ein vorbestimmtes Niveau ist.
Zurückkehrend zu der 3 berechnet der Schritt S7 eine endgültige Überlappungskorrekturgröße OLEGR1 durch Multiplizieren der Basis-Korrekturgröße OLEGR0 in dem Schritt S5 durch den Einlassdruck-Modifikationskoeffizient OLEGCB, der in dem Schritt S6 (OLEGR1 = OLEGR0 × OLEGCB) berechnet wird.
Der Schritt S8 berechnet die abgeschätzte EGR-Menge EGRREM durch Addition der in dem Schritt S7 berechneten Überlappungskorrekturgröße OLEGR1 zu der inneren-Basis-EGR-Menge EVEGR0, die im Schritt S2 berechnet worden ist. Somit wird die innere EGR-Menge durch Addieren der berechneten Überlappungskorrekturgröße OLEGR1 zu der inneren-Basis-EGR-Menge EVEGR0 abgeschätzt. EGRREM = EVEGR0 + OLGR1
Der Schritt S9 berechnet eine modifizierte Ziel-Luftmenge HQH0FM durch Modifizieren der Ziel-Luftmenge FQH0EM, berechnet in dem Schritt S1, in Übereinstimmung mit der abgeschätzten inneren EGR-Menge EGRREM. HQH0FM = FQH0EM × (1 + EGRREM)
Diese Modifikation ist nicht beabsichtigt, um die Ziel-Luftmenge an sich zu verändern, sie ist aber eine Modifikation für die Erleichterung, um die Veränderungen in dem Einlassventilschließzeitpunkte einzubeziehen, die erforderlich sind, um die Ziel- Luftmenge (die Menge von Frischluft), veranlasst durch die innere EGR-Menge, zu erhalten. Folglich wird die Ziel-Luftmenge als eine Gesamtmenge von Gasen in dem Zylinder durch Addieren der Menge des inneren EGR-Gases zu der Ziel-Luftmenge berechnet.
Der Schritt S10 berechnet den Ziel-Schließzeitpunkt IVC des Einlassventiles 5 in Übereinstimmung mit der modifizierten Ziel-Luftmenge HQH0FM.
Demzufolge liefert die Steuerungseinheit ein Ventilsteuerungssignal entsprechend des Einlassventilschließzeitpunktes IVC zu der zuvor erwähnten elektromagnetischen Antriebseinheit, und steuert dabei das Einlassventil 5, so dass das Einlassventil 5 bei einem Ziel-Einlassventilschließzeitpunkt IVC geschlossen wird.
Das Steuerungssystem schätzt die innere EGR-Menge in Übereinstimmung mit den Motorbetriebsbedingungen genau ab, indem der Ventilüberlappungszeitraum in die Überlegung einbezogen wird, und steuert den tatsächlichen Einlassventilschließzeitpunkt durch Modifizieren des Ziel-Einlassventilschließzeitpunktes in Übereinstimmung mit der abgeschätzten inneren EGR-Menge. Demzufolge kann das Steuerungssystem eine Menge von Frischluft erhalten, die zu der Ziel-Einlassluftmenge passend ist und um das Drehmoment genau zu steuern.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Motor 1 eine Primär-Antriebseinrichtung eines Motorfahrzeuges und die Steuerungseinheit 10 enthält als ein Hauptbauteil zumindest einen eingebauten Rechner.
Obwohl die Erfindung zuvor in Bezug auf spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Modifikationen und Veränderungen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele innerhalb des Umfangs der Erfindung werden für diejenigen, die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, im Lichte der obigen Lehren auftreten. Der Umfang der Erfindung wird in Bezug auf die folgenden Ansprüche gebildet.

Claims

Steuerungsvorrichtung zum Steuern einer Einlassluftmenge zu einem Motor durch Steuern des Einlassventil-Schließzeitpunktes des Motors, wobei die Steuerungsvorrichtung aufweist: eine Einrichtung (10) zum Bestimmen einer abgeschätzten inneren EGR-Menge (EGRREM) in Übereinstimmung mit einem Motorbetriebszustand (S8); eine Einrichtung (10) zum Bestimmen eines Ziel-Einlassventil Schließzeitpunktes (IVC) in Übereinstimmung mit zumindest der abgeschätzten inneren EGR-Menge; und eine Einrichtung (22~26) zum Steuern der Einlassluftmenge zu dem Motor durch Steuern eines tatsächlichen Ventilschließzeitpunktes des Motors auf den Ziel-Einlassventil-Schließzeitpunkt.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung aufweist: eine Steuerungseinrichtung (10), konfiguriert, um eine Ziel-Luftmenge (FQH0EM) in Übereinstimmung mit einem Motorbetriebszustand (S1) zu berechnen, um die abgeschätzte innere EGR-Menge (EGRREM) des Motors in Übereinstimmung mit dem Motorbetriebszustand (S8) zu berechnen, um den Ziel-Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) in Übereinstimmung mit der Ziel-Luftmenge (FQH0EM) und der abgeschätzten inneren EGR-Menge (EGRREM) (S10) zu berechnen, und um eine tatsächliche Luftmenge zu dem Motor durch Steuern des tatsächlichen Einlassventil-Schließzeitpunktes des Motors zu steuern, um den Ziel-Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) zu erreichen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die abgeschätzte innere EGR-Menge (EGRREM) in Übereinstimmung mit dem Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) für den Motor und einer Motordrehzahl (Ne) des Motors (S2, F4) zu berechnen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, einen innere Basis-EGR-Menge (EVEGR0) in Übereinstimmung mit dem Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) und der Motordrehzahl (S2) zu berechnen und um die abgeschätzte innere EGR-Menge (EGRREM) durch Modifizieren der inneren Basis-EGR-Menge mit einer Überlappungskorrekturgröße (OLEGR1), festgelegt in Übereinstimmung mit dem Ventilüberlappungszustand des Motors (S8), zu bestimmen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, eine Ventilüberlappungsgröße (EVC-IVO, OLTIME, OLEGCO) in Übereinstimmung mit einem Intervall zwischen dem Ziel-Einlassventil-Öffnungszeitpunkt (IVO) und dem Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) zu bestimmen und die abgeschätzte innere EGR-Menge (EGRREM) durch Addition der Überlappungskorrekturgröße (OLEGR1) zu der inneren Basis-EGR-Menge (EVEGR0) (S8) zu bestimmen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die innere Basis-EGR-Menge (EVEGR0) mit der Erhöhung eines Intervalls von einem von einem oberen Auslass-Totpunkt (F7) oder dem Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) zu dem anderen zu erhöhen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die innere Basis-EGR-Menge (EVEGR0) zu erhöhen, wenn sich die Motordrehzahl (Ne) erhöht, wenn der Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) vor einem oberen Totpunkt (F7) ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die innere Basis-EGR-Menge (EVEGR0) zu vermindern, wenn sich die Motordrehzahl (Ne) erhöht, wenn der Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) nach dem oberen Totpunkt ist (F7).
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die abgeschätzte innere EGR-Menge (EGRREM) durch Erhöhen der Überlappungskorrekturgröße (OLEGR1) bei Erhöhung der Ventilüberlap pungsgröße (EVC-IVO, OLTIME, OLEGCO), die eine Ventilüberlappungszeitdauer (S5, F8) repräsentiert, zu erhöhen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die abgeschätzte innere EGR-Menge (EGRREM) durch Vermindern der Überlappungskorrekturgröße (OLEGR1) bei Erhöhung in einer Verzögerung des Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunktes (EVC) von einem oberen Auslass-Totpunkt zu berechnen, wenn der Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) nach dem oberen Auslass-Totpunkt ist (S5, F8) ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die abgeschätzte innere EGR-Menge (EGRREM) durch Erhöhen der Überlappungskorrekturgröße (OLEGR1) bei Erhöhung in einem Absolutwert eines Einlassdruckes auf einer Unterdruckseite (S6, F6) zu erhöhen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die Überlappungskorrekturgröße (OLEGR1) durch Modifizieren einer Basis-Korrekturgröße (OLEGR0, S5, F5, F8), bestimmt durch die Ventilüberlappungsgröße (EVC-IVO, OLTIME, OLEGCO) zu berechnen, mit einer Einlassdruck-Modifikationsgröße (OLEGCB, S6, F6, F9), bestimmt in Übereinstimmung mit einem Innendruck und dem Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC).
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die Ventilüberlappungsgröße (OLTIME) durch Umwandeln eines Ventilwinkelintervalls (EVC-IVO), ausgedrückt als ein Winkelabstand in der Kurbelwellendrehung zu einer Ventilüberlappungsdauer (OLTIME) (S34) festzulegen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, eine Zwischengröße (OLEGC0) in Übereinstimmung mit der Ventilüberlappungsgröße (S35) festzulegen, um die Basis-Korrekturgröße (OLEGR0) gleich zu der Zwischengröße festzulegen, wenn der Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) vor einem oberen Auslass-Totpunkt ist (S37), und die Basiskorrekturgröße (OLEGR0) durch Subtraktion von der Zwischengröße (OLEGC0) eines Subtrahenden festzulegen, der proportional zu einer Verzögerungsgröße des Auslassventil-Schließzeitpunktes (EVC) in Bezug auf den oberen Auslass-Tot punkt ist, wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) nach dem oberen Auslass-Totpunkt ist (S38, F8).
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, einen Modifikationskoeffizient als die Modifikationsgröße (OLEGCB) in Übereinstimmung mit dem Einlassdruck, dem Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) und der Ventilüberlappungsgröße (S6) zu bestimmen; und wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die Überlappungskorrekturgröße (OLEGR1) durch Multiplizieren der Basis-Korrekturgröße (OLEGR0) mit dem Modifikationskoeffizienten (OLEGCB) (S7) zu berechnen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Steuerungseinrichtung (10) konfiguriert ist, die Modifikationsgröße (OLEGCB) zu erhöhen, wenn sich ein Absolutwert des Einlassdruckes auf der Unterdruckseite erhöht, und um die Modifikationsgröße (OLEGCB) in Übereinstimmung mit einer Verzögerungsgröße des Auslassventil-Schließzeitpunktes (EVC) gegenüber einem oberen Auslass-Totpunkt zu erhöhen, wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt nach dem oberen Auslass-Totpunkt ist und der Absolutwert des Einlassdruckes höher als ein vorbestimmtes Niveau.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerungseinrichtung (10) programmiert ist, die abgeschätzte innere EGR-Menge (EGRREM) durch Addition zu der innere Basis-EGR-Menge (EVEGR0) einer Überlappungskorrekturgröße (OLEGR1) zu bestimmen, die erhöht wird, wenn sicht die Ventilüberlappungsgröße erhöht; und wobei die Steuerungseinrichtung (10) programmiert ist, die innere Basis-EGR-Menge mit der Überlappungs-Erhöhungskorrekturgröße (OLEGR1) zu modifizieren, wenn der Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt nach dem Ziel-Einlassventil-Öffnungszeitpunkt ist, und um die abgeschätzte innere EGR-Menge gleich zu der innere Basis-EGR-Menge (EVEGR0) festzulegen, wenn der Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt nicht nach dem Ziel-Einlassventil-Öffnungszeitpunkt (S4) ist.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Steuerungseinrichtung (10) programmiert ist, die innere Basis-EGR-Menge (EVEGR0) mit der Erhöhung im Vorverstellen des Auslassventil-Schließzeitpunktes (EVC) gegenüber dem oberen Auslass-Totpunkt zu erhöhen, wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt vor dem oberen Auslass-Totpunkt ist, und die innere Basis-EGR-Menge (EVEGR0) mit der Erhöhung in einer Verzögerung des Auslassventil-Schließzeitpunktes (EVC) gegenüber dem oberen Auslass-Totpunkt zu erhöhen, wenn der Auslassventil-Schließzeitpunkt nach dem oberen Auslass-Totpunkt (F7) ist; und wobei die Steuerungseinrichtung (10) programmiert ist die Überlappungserhöhungskorrekturgröße (OLEGR1) in Übereinstimmung mit der Ventilüberlappungsgröße, dem Ziel-Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) und einem Einlassdruck, gesteuert durch ein Drosselventil (15), zu bestimmen.
Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerungsvorrichtung außerdem einen veränderbaren Ventilzeitpunktbetätiger (22~26) aufweist, aufweisend eine Magnetspule (25, 26), um den tatsächlichen Einlassventil-Schließzeitpunkt in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuerungssignal, erzeugt durch die Steuerungseinrichtung (10), zu variieren, und ein Sensorsystem (11, 12, 14), um die Motorbetriebsbedingungen zu erfassen, um den Motorbetriebszustand zu erfassen.
Steuerungsverfahren zum Verändern der Ventilzeitpunkte der Einlass- und Auslassventile eines Motors, wobei das Verfahren aufweist: Abschätzen einer inneren EGR-Menge (EGRREM) in Übereinstimmung mit einem Motorbetriebszustand (S8); und Steuern eines Einlassventil-Schließzeitpunktes in Übereinstimmung mit einer geforderten Einlassluftmenge (FQH0EM) und der inneren EGR-Menge.