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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Einlassluftmengen- Steuerungsvorrichtung nach dem Oberbegriffabschnitt
von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Steuern einer Einlassluftmenge
von Luft, die in den Motorzylinder eintritt.
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Solch eine Einlassluftmengen- Steuerungsvorrichtung
ist aus der
US 5,724,927 sowie
aus der FR 2 757 211 bekannt.
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Insbesondere betrifft die Erfindung
eine Einlassluftmengen- Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine,
ausgerüstet
mit einem veränderbaren
Ventilzeitpunktsystem, das in der Lage ist, elektronisch willkürlich einen
Einlass- und/oder Auslassventilzeitpunkt zu steuern. was von der
Betriebsbedingung der Motor-/Fahrzeug-Betriebsbedingung abhängt.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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In den vergangenen Jahren sind verschiedene
elektronisch- gesteuerte veränderbare
Ventilzeitpunktsysteme vorgeschlagen und entwickelt worden, die
in der Lage sind, die Einlass- und Auslassventile elektromagnetisch
oder hydraulisch zu betreiben. Ein solch elektronisch- gesteuertes,
veränderbares
Ventilzeitpunktsystem, das elektronischbetätigte Ventileinheiten hat,
ist in der Japanese Patent Provisional Publication Nr. 8-200025 gezeigt worden.
In der Japanese Patent Provisional Publication Nr. 8-200025 werden
Einlass- und Auslassventile mittels einer elektronischen Magnetventilsteuerung
an Stelle einer typischen Nockenantriebsvorrichtung elektronisch willkürlich gesteuert.
Die Japanese Patent Provisional Publication Nr. 7-317516 hat ein
elektronisch- gesteuertes, hydraulisch- betätigtes veränderbares Ventilzeitpunktsystem
gezeigt, das ein Paar von gleitbaren Plungern hat, die dazwischen
eine Druckkammer bilden, und ein elektromagnetisches Überlaufventil,
vorgesehen für
jeden Motorzylinder und mit der Druckkammer für den Zweck Fluid-verbunden, die
Arbeitsfluidzuführung
in die Druckkammer zu oder abzuschalten. Der obere Plunger wird
permanent auf das Nockenprofil eines Nockens gepresst, um eine hin-
und hergehende Bewegung des oberen Plungers während der Drehung des Nockens
zu erzeugen, während
der untere Plunger in einem Anlage-Eingriff mit dem oberen Ende
des Ventilschaftes ist. Somit wird die Bewegung des Nockens von
dem oberen Plunger über
das Arbeitsöl,
zugeführt
in die Druckkammer, zu dem unteren Plunger übertragen. Das Arbeitsfluid
in der Druckkammer kann daraus über eine
strömungsbegrenzende
Drosselstelle ausgelassen werden, um eine Dämpfungswirkung zu verursachen.
Ein Einlassventil-Schließzeitpunkt
oder ein Einlassventil-Zeitpunkt (oft mit „IVC" abgekürzt), ein Einlassventil-Öffnungszeitpunkt
(oft mit „IVO" abgekürzt), ein
Auslassventil-Schließzeitpunkt
(oft mit „EVC" abgekürzt) und/oder
ein Ventilöffnungszeitpunkt
(oft mit „EVO" abgekürzt) können durch
ein elektronisches Steuern der Aktivierung oder der Deaktivierung
des Überlaufventils
für jeden
Zylinder eingestellt werden.
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An einer Brennkraftmaschine mit einem
elektronisch-gesteuerten veränderbaren
Ventilzeitpunktsystem, das elektromagnetisch betätigte oder hydraulisch betätigte Ventileinheiten
hat, ist es möglich, die
Einlassluftmenge, die in einen Motorzylinder eintritt, durch Verändern eines
Einlassventil-Öffnungszeitpunktes
(IVO) oder eines Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC) zu verändern. Z.
B. in der Annahme, dass der Einlassventil-Öffnungszeitpunkt
(IVO) festgelegt wird bei oder festgestellt wird an einem vorbestimmten
Kurbelwinkel, ist es möglich,
die Einlassluftmenge, eingeführt
in den Motorzylinder durch Verändern
des Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC),
zu steuern. Alternativ dazu, in der Annahme, dass der Einlassventil-Schließzeitpunkt
(IVC) festgelegt ist bei oder festgestellt ist an einem vorbestimmten
Kurbelwinkel, ist es möglich,
die Einlassluftmenge, eingeführt
in den Motorzylinder durch Verändern des
Einlassventil-Öffnungszeitpunktes
(IVO), zu steuern. Besonders beim Steuern der Einlassluftmenge mittels
der elektromagnetisch-betätigten
Einlassventileinheit ist es jedoch schwierig, das Einlassventil
für einen
kurzen Moment unmittelbar nachdem das Einlassventil geöffnet ist,
schnell zu schließen. Das
bedeutet, es gibt eine Möglichkeit,
dass die Einlassluftmenge nicht adäquat auf einen kleinen Wert, erforderlich
während
einer hohen Drehzahl und leichter Belastung, oder während der
Fahrzeugverlangsamung, reduziert werden kann, was aus den Betriebscharakteristiken
der elektromagnetisch-betätigten Einlassventileinheit
herrührt
(was eine Betriebsdrehzahl und eine minimale Betriebszeitdauer von
der Ventilöffnungsaktion
zu der Ventilschließaktion
enthält).
Der steuerbare Treibriemen für
das Motorausgangsdrehmoment (Motorausgangsleistung) würde verengt
werden. Um eine der Betriebscharakteristiken der elektromagnetischen
Einlassöffnungs-Ventileinheit
zu verstärken,
d. h. um die minimale Ventilbetriebszeitdauer zu verkürzen, erfordert
die elektromagnetische Einlassöffnungs-
Ventileinheit mehr elektrische Energie. Dies führt zu einer Erhöhung in
der elektrischen Stromaufnahme. Auch verschlechtert eine kurze Betriebszeitdauer
die Haltbarkeit der elektromagnetischen Einlassöffnungs- Ventileinheit. Die Erfinder
der vorliegenden Erfindung lenken ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache,
dass eine Volumenkapazität
eines Motorzylinders dieselbe ist, wenn eine Ab wärtshubposition des Kolbens
zu einer Aufwärtshubposition
des Kolbens während
des Kompressionshubes identisch ist. Aus dem oben diskutierten Gesichtspunkt
und um die vorher beschriebenen Probleme zu vermeiden, entdecken
die Erfinder der Erfindung, dass wenn das Einlassventil während eines
Einlasshubes infolge der Ventilbetriebscharakteristiken nicht geschlossen
werden kann, es wünschenswert
ist, das Einlassventil während
des Kompressionshubes, der dem Einlasshub folgt, zu schließen.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Einlassluftmengen-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine,
wie oben angezeigt, sowie ein Verfahren, wie oben angezeigt, zu schaffen,
die in der Lage sind, eine erforderliche Einlassluftmenge ohne Erhöhen der
elektrischen Leistungsaufnahme, während der Hochdreh zahl und leichter
Belastung, oder während
der Fahrzeugverlangsamung zu schaffen.
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Für
den Vorrichtungsaspekt wird diese Aufgabe durch eine Einlassluftmengen-Steuervorrichtung
gelöst,
die die Merkmale von Anspruch 1 hat.
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Mit dieser Einlassluftmengen- Steuervorrichtung
wird eine verbesserte Einlassluftmengen- Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine
mit einem veränderbaren
Ventilzeitpunktsystem geschaffen, die die vorher erwähnten Nachteile
des Standes der Technik vermeidet.
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Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele sind
in den jeweils abhängigen
Ansprüchen
niedergelegt.
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Für
diesen Verfahrensaspekt wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum
Steuern einer Einlassluftmenge, das die Merkmale von Anspruch 13
hat, gelöst.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
ist in dem jeweils abhängenden
Anspruch niedergelegt.
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Im Folgenden wird die vorliegende
Erfindung in größerer Ausführlichkeit
in Bezug auf mehrere Ausführungsbeispiele
derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
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1 eine
schematische Darstellung ist, die ein Ausführungsbeispiel einer Einlassluftmengen-Steuervorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine mit einem veränderbaren
Ventilzeitpunktsystem ist,
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2 ein
Querschnitt einer elektromagnetisch-betätigten Motorventileinheit ist,
die in der Einlassluftmengen-Steuervorrichtung des Ausführungsbeispieles
verwendet wird,
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3 ein
schematisches Diagramm ist, das die Beziehung zwischen einer Einlassluftmenge
und einem Kurbelwinkel unter einer besonderen Bedingung darstellt,
wo ein Einlassventil zu Beginn des Einlasshubes geöffnet ist
und in der Nähe
des Endes des Kompressionshubes geschlossen ist,
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4 ein
Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC)-Plan
ist, der die Beziehung zwischen einer Ziel-Einlassluftmenge (einer
Ziel-Luftmenge), Motordrehzahl und einem Einlassluft-Schließzeitpunkt während des
Einlasshubes darstellt,
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5 ein
Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC)-Plan
ist, der die Beziehung zwischen der Ziel-Luftmenge, der Motordrehzahl
und einem Einlassluft-Schließzeitpunkt
während
des Kompressionshubes zeigt,
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6 ein
Ablaufdiagramm ist, das einen arithmetischen Berechnungsablauf für die Ziel-Luftmenge
ist,
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7 ein
Ablaufdiagramm ist, das einen IVC-Auswahlablauf zwischen einem vorprogrammierten
IVC während
des Einlasshubes und einem vorprogrammierten IVC während des
Kompressionshubes zeigt,
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8 ein
Kennzeichenplan für
die Umwandlung von einer Beschleunigeröffnung (APO) in eine Drossel-Öffnungsfläche (AAPO)
ist,
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9 ein
Kennzeichenplan für
die Umwandlung von einer normalisierten Öffnungsfläche (TGADNV) in eine Zielvolumen-Basis-Strömungsrate (TQHOST)
ist,
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10 ein
Kennzeichenplan für
das Festlegen einer unteren Grenze (z. B. 100 U/min) ist, und
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11 ein
Kennzeichenplan ist, der eine Kompressionshub-IVC Zone auf der Grundlage
der Motordrehzahl und des Motorausgangsdrehmomentes darstellt.
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Nunmehr Bezugnehmend auf die Zeichnungen,
insbesondere auf die 1,
wird das Einlassluftmengen-Steuersystem der Erfindung beispielhaft in
elektromagnetischbetätigten
Ventilbetriebseinheiten, die an jedem Motorzylinder einer Reihen-Brennkraftmaschine
montiert sind, erläutert.
Wie in der 1 eindeutig
gezeigt, ist ein Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 mit
einer Einlassluftöffnung gebildet,
die in Verbindung mit dem Einlassluftrohr oder einem Einlassverteiler 5 ist,
und einer Auslassöffnung,
die in Verbindung mit einem Abgasrohr oder einem Abgasverteiler 6 ist.
Ein elektromagnetischangetriebenes Einlassventil 3 ist
in dem Zylinderkopf zum Öffnen
oder Schließen
der Einlassöffnung
angeordnet, während
ein elektromagnetisch- angetriebenes Auslassventil 4 zum Öffnen oder
Schließen
der Auslassöffnung
in dem Zylinderkopf angeordnet ist. In der 1 bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen Motorzylinder
(oder eine Brennkammer), Bezugszeichen 7 bezeichnet eine
Zündkerze,
Bezugszeichen 8 bezeichnet ein Kraftstoffeinspritzventil
oder einen Kraftstoffeinspritzer, und Bezugszeichen 9 bezeichnet
einen katalytischen Wandler einer Abgasemissions-Steuervorrichtung.
Wie in der 1 gesehen, enthalten
die Ventilbetriebseinheiten des Ausführungsbeispieles einen einlassventilseitigen
elektromagnetischen Betätiger 10,
der das Einlassventil 3 elektromagnetisch öffnet oder
schließt,
und einen auslassventilseitigen elektromagnetischen Betätiger 11,
der das Auslassventil 4 elektromagnetisch öffnet oder
schließt.
Wie in der 2 gezeigt,
besteht jeder der zwei elektromagnetischen Betätiger 10 und 11 aus
einem axial bewegbaren scheibenartigen Plunger 12, fest
an dem oberen Ende des Ventilschaftes verbunden, einer oberen Schraubenfeder 13,
die permanent den bewegbaren Plunger 12 in eine Richtung vorspannt,
die das zugehörige
Ventil öffnet,
eine untere Schraubenfeder 14, die permanent den bewegbaren
Plunger 12 in eine Richtung vorspannt, die das zugehörige Ventil
schließt,
und obere und untere elektromagnetische Spulen 15 und 16,
koaxial rund um den Ventilschaft angeordnet (oder in Bezug auf die
Achse des bewegbaren Plungers 12). In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist jede der oberen und unteren Schraubenfedern 13 und 14 eine
gewickelte, schraubenförmige
Druckfeder. Noch genauer, das obere Ende der oberen Schraubenfeder 13 wird durch
die innere Umfangswand des abgeflachten Spitzenabschnittes eines
Betätigergehäuses (nicht beziffert)
zurückgehalten,
während
das untere Ende der oberen Schraubenfeder 13 auf der oberen
Fläche des
scheibenartigen Plungers 12 platziert ist. Andererseits
ist das obere Ende der unteren Schraubenfeder 14 auf der
unteren Fläche
des scheibenartigen Plungers 12 platziert, während das
untere Ende der unteren Schraubenfeder 14 durch die innere
Umfangswand des abgeflachten Bodenabschnittes des Betätigergehäuses zurückgehalten
wird. Während des
Betriebs des elektromagnetischen Betätigers 10, wenn die
untere elektromagnetischen Spule 15 erregt wird, wird der
Plunger 12 mittels der Anziehungskraft (elektromagnetische
Kraft), erzeugt durch die mit Energie versehene Spule 15 nach
unten gezogen, und als ein Ergebnis wird das zugehörige Ventil geöffnet (siehe
den in der 2 gezeigten
Zustand). Während
des in der 2 gezeigten
Zustandes, wenn die elektrische Stromzuführung zu der unteren Spule 15 durch
einen Antrieb (oder eine Antriebseinheit) 17 blockiert
wird, geht der bewegbare Plunger 12 durch seine neutrale
Position durch die Wirkung der Federvorspannung der unteren Feder 14 hindurch und
erreicht dann die obere Spule 16. Wenn gleichzeitig die
obere Spule 16 erregt wird, wird der Plunger 12 in
die Richtung zu der oberen Spule 16 gegen die Federvorspannung
der oberen Feder 13 durch die Anziehungskraft angezogen.
Auf diese Weise wird das Ventil von dem offenen Zustand zu dem geschlossenen
Zustand des Ventils verschoben. Während solch eines geschlossenen
Zustandes des Ventiles, wenn die elektrische Stromzuführung zu
der oberen Spule 16 durch den Antrieb 17 geblockt
wird, geht der Plunger 12 durch die neutrale Position durch
die Wirkung der Federvorspannung der oberen Feder 13 hindurch
und erreicht dann die obere Spule 15. Wenn gleichzeitig
die untere Spule 15 erregt wird, wird der Plunger 12 gegen
die Federvorspannung der unteren Feder 14 durch die Anziehungskraft
nach unten gezogen. Auf diese Weise wird das Ventil wieder geöffnet. In
einem nicht-aktivierten Zustand des elektromagnetischen Betätigers, d.
h., wenn sowohl die untere, als auch die obere elektromagnetische
Spule 15 und 16 beide nicht angeregt sind, wird
der bewegbare Plunger 12 in der neutralen Position gehalten,
bei der eine Federbelastung, hervorgerufen durch die obere Feder 13,
zu einer Federbelastung, hervorgerufen durch die untere Feder 14,
ausgeglichen ist, und die angezogen Fläche des Plungers 12 von
der zugehörigen
Anziehungsfläche
des Elektromagneten um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist
(zu beiden elektromagnetischen Spulen 16 und 15).
Der vorher diskutierte elektromagnetische-Ventil-Betätigerantrieb 17 wird
durch ein Steuersignal von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 20 gesteuert,
um die Aktivierung und die Deaktivierung der jeweiligen elektromagnetischen
Spule 15 und 16, die einen Teil des Betätigers (10, 11)
bilden, zu steuern. In einer herkömmlichen Weise weist die Steuereinheit 20 einen
Mikrorechner auf, der im Wesentlichen aus einer Zentralrecheneinheit
(CPU), einer Eingabe-/ Ausgabeschnittstelle und einem Rechnerspeicher
besteht. Wie in der 1 gesehen,
empfängt
die Eingabeschnittstelle der Steuereinheit 20 verschiedene
Sensorsignale von den Kraftfahrzeugsensoren, nämlich einem Kurbelwinkelsensor
oder einem Kurbelwellenpositionssensor 21, einem Einlassluftmengensensor 22,
einem Beschleunigungsöffnungs-Sensor
oder einem Beschleunigerpedal-Positionssensor 23, einem
Motortemperatur-Sensor (einem Motorkühlmitteltemperatur-Sensor),
einem Einlasslufttemperatur-Sensor und dergleichen. Der gewöhnlich an
dem vorderen Ende des Motors platzierte Kurbelwinkelsensor 21 ist
vorgesehen, um die Eingabeschnittstelle der ECU 20 von
der Motordrehzahl Ne sowie der relativen Position der Kurbelwelle,
d. h., einem Kurbelwinkel, zu informieren. Der Einlassluftmengen-Sensor 22 ist
in dem Einlassluftrohr des Einleitungssystems angeordnet, um eine
Einlassluftmenge Q (eine tatsächliche
Menge von frischer Luft, die in die Motorzylinder strömt) zu erfassen
oder zu messen. Ein Hitzdraht-Massenluft-Strömungsmesser wird gewöhnlich als
ein Luftmengensensor verwendet. Der Beschleunigungsöffnungs-Sensor 23 ist
in der Nähe Beschleunigungsöffnungs-Sensor 23 ist
in der Nähe
des Beschleunigers angeordnet, um eine Öffnung APO des Beschleunigers
(der Niederdrückbetrag
des Beschleunigerpedals) zu überwachen.
Gewöhnlich
wird ein Kühlmitteltemperatur-Sensor
als ein Motortemperatur-Sensor 24 verwendet. Der Kühlmitteltemperatur-Sensor
ist an dem Motor angeordnet und gewöhnlich in einen der obersten
Kühlmittelkanäle verschraubt,
um die tatsächliche
Betriebstemperatur des Motors zu erfassen, d. h., die Motor-Kühlmitteltemperatur
Tw. Der Einlasslufttemperatur-Sensor 25 ist an dem Einlassluftrohr
montiert (dem Einlassverteiler) 5, und gewöhnlich in
den Einlassverteiler eingefügt,
um den Einlassverteiler zu überwachen
und um auf die Lufttemperatur Ti innerhalb des Einlassluftrohres
oder des Einlassverteilers zu reagieren. Der Lufttemperatur-Sensor 25 ist
nützlich,
um Veränderungen
in der Luftdichte des Luftstromes durch das Einlassluftrohr 5 zu
erfassen. Die CPU der Steuereinheit 20 holt sich einen
Einlassventil-Öffnungszeitpunkt
(IVO), einen Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC), einen Auslassventil-Öffnungszeitpunkt
(EVO) und einen Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) aus den jeweiligen
vorprogrammierten Kennzeichenplänen
(IVO, IVC, EVO und EVC Kenzeichenplandaten), gespeichert in dem
Rechnerspeicher, auf der Grundlage der Beschleunigeröffnung APO,
der Motordrehzahl Ne und dergleichen zurück. Die Ausgangsschnittstelle
der Steuereinheit 20 gibt das Steuersignal auf der Grundlage
der Daten, die aus den Plandaten erhalten worden sind, zu dem elektromagnetischen
Ventil-Betätiger-Antrieb 17 aus,
um die Zuführung
mit Energie oder das Abschalten der Energie zu jeder der elektromagnetischen
Spulen 15 und 16 des Betätigers (10, 11)
zu steuern.
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Entsprechend des vorprogrammierten IVO-Kennzeichenplanes
wird der Öffnungszeitpunkt (IVO)
des Einlassventiles 3 bestimmt oder festgelegt, um sich
in einer vorverschobenen Richtung des Zeitplanes von dem oberen
Totpunkt (TDC), der als ein Bezugspunkt dient, während des Einlasshubes, so wie
sich die Motordrehzahl Ne erhöht,
zu verändern. Andererseits
wird der Schließzeitpunkt
(IVC) des Einlassventiles 3 zu einem Zeitpunkt, der geeignet
ist, eine erforderliche Einlassluftmenge oder eine gewünschte Luftmenge
zu erhalten, d. h., ein gewünschtes
Motorausgangsdrehmoment, hauptsächlich
auf der Grundlage einer Beschleunigeröffnung APO und der Motordrehzahl
Ne bestimmt oder festgelegt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist zu beachten, dass ein Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) während eines
Einlasshubes als ein erster IVC bestimmt oder festgelegt wird, und
zusätzlich
wird als ein zweiter IVC ein Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC)
während
des Kompressionshubes bestimmt oder festgelegt, wie nachstehend
im Detail beschrieben wird. Wie vorher beschrieben wurde, lenken
die Erfinder der Erfindung ihre Aufmerksamkeit auf die Tatsache,
dass eine Volumenkapazität
eines Motorzylinders dieselbe ist, wenn eine Hubposition des Kolbens
während eines
Einlasshubes nach unten, zu einer Hubposition des Kolbens während eines
Kompressionshubes nach oben, identisch ist. Wie aus der Einlassluftmenge
versus Kurbelwinkel-Kennzeichendiagramm der 3 eingeschätzt werden kann, wenn das Einlassventil 3 über die
zwei Kolbenhübe von
Einlass und Kompressionshub offen bleibt, gibt es ein Paar von Kreuzpunkten
in Bezug auf eine horizontale Linie, die eine erforderlichen Einlassluftmenge
oder einer Ziel-Einlassluftmenge repräsentiert, so dass eine bestimmte
Kolbenabwärtshubposition
(oder eine Ziel-Einlassluftmenge innerhalb des Einlasshubes) identisch
zu einer bestimmten Kolbenaufwärtsposition
(oder einer Ziel-Einlassluftmenge innerhalb des Kompressionshubes)
ist. Wie in der 3 gesehen,
wenn die Ziel-Einlassluftmenge vergleichsweise klein ist, und eine
Zeitdauer von dem Beginn (IVO) des Einlasshubes bis zu einem Ziel-Einlassventil-Schließzeitpunkt
(IVC) während des
Einlasshubes kürzer
als die minimale Betriebszeitdauer der Betriebscharakteristik des
elektromagnetischen Ventilbetätigers
(10, 11) ist, gibt es eine Möglichkeit, dass das Einlassventil 3 zu
dem festgelegten Ventilschließzeitpunkt
während
des Einlasshubes beim Vier-Takt-Motor nicht geschlossen werden kann.
In solch einem Fall, entsprechend zu der Einlassluftmengen- Steuervorrichtung
des Ausführungsbeispieles,
wird an Stelle des ersten IVC (der Einlassventil-Schließzeitpunkt
während
des Einlasshubes), der vorerwähnte
zweite IVC (der Einlassventil-Schließzeitpunkt während des
Kompressionshubes, der dem Einlasshub folgt) ausgewählt (siehe
die zwei Kreuzpunkte, angezeigt als ein Ziel-Einlasshub-Ventilschließzeitpunkt
in 3). Das Umschalten
zwischen den ersten und den zweiten Einlassventil-Schließzeitpunkten
wird mittels der CPU der Steuereinheit 20 ausgeführt, wird
in Übereinstimmung
mit dem Zeitpunkt während
des Kompressionshubes festgelegt, so dass sich das Einlassventil 3 bei
180 Grad nach dem TDC während
des Kompressionshubes (ATDC 180 Grad) zu öffnen beginnt, wenn die Ziel-Einlassluftmenge
sehr hoch ist (siehe die oberste Kennzeichenkurve von 5), und so dass sich das
Einlassventil 3 bei 310 Grad nach dem TDC während des
Einlasshubes zu öffnen
beginnt, wenn die Ziel-Einlassluftmenge sehr hoch ist (siehe die
unterste Kennzeichenkurve der 5).
Zwölf Zwischen-Kennzeichenkurven
zwischen der obersten (ATDC 180 Grad) und der untersten (ATDC 310 Grad)
Kennzeichenkurven zeigen jeweils ATDC 190 Grad an. ATDC 200 Grad,
ATDC 210 Grad, ATDC 220 Grad, ATDC 230 Grad, ATDC 240 Grad, ATDC 250
Grad, ATDC 260 Grad, ATDC 270 Grad, ATDC 280 Grad, ATDC 290 Grad
und ATDC 300 Grad von der zweit-höchsten Kennzeichenkurve und
abwärts. Auch
wird der Öffnungszeitpunkt
(EVO) des Auslassventiles 4 in der Nähe des unteren Totpunktes (BDC) des
Kolbens, im Wesentlichen auf halben Wege zwischen dem Ende des Expansionshubes
und dem Beginn des Auslasshubes bestimmt oder festgelegt. Überdies
wird der Schließzeitpunkt
(EVC) des Auslassventiles 4, in einer Zeitpunkt-verzögerten Richtung
von dem oberen Totpunkt (TDC) während
des Einlasshubes, der als ein Bezugspunkt dient, bestimmt oder festgelegt.
Ein Basis-Kraftstoffeinspritzbetrag
von Kraftstoff, eingespritzt von durch den Einspritzer 8,
wird im Wesentlichen auf der Grundlage von sowohl der Einlassluftmenge
Q, erfasst durch den Einlassluftmengen-Sensor 22, als auch
der Motordrehzahl Ne, erfasst durch den Kurbelwinkelsensor 21,
bestimmt. Wie im Wesentlichen bekannt ist, wird der Basis-Kraftstoffeinspritzbetrag
in Abhängigkeit
von der Kühlmitteltemperatur
Tw, der Einlasslufttemperatur Ti und dergleichen kompensiert oder
korrigiert, und der korrigierte Kraftstoffeinspritzbetrag wird gewöhnlich in
einem elektronischen Kraftstoffeinspritzsystem verwendet.
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Details des Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC)-Steuerung,
ausgeführt
durch die Einlassluftmengen-Steuervorrichtung des Ausführungsbeispieles,
werden nachstehend in Übereinstimmung
mit den in den 6 und 7 gezeigten Ablaufdiagrammen beschrieben.
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Nunmehr Bezugnehmend auf die 6 ist der arithmetische
Berechnungsablauf für
eine Ziel-Einlassluftmenge gezeigt. In dem Schritt 1 wird die
Beschleunigeröffnung
APO, erfasst durch den Beschleunigeröffnungssensor 21 gelesen.
In dem Schritt 2 wird eine Drosselöffnungsfläche AAPO, die der Beschleunigeröffnung APO,
erhalten durch den Schritt 1, entspricht, berechnet. In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
wird die Drosselöffnungsfläche AAPO
arithmetisch berechnet oder aus der Beschleunigeröffnung (APO)
zu der Drosselöffnungsflächen-(AAPO)
Umkehrcharakteristik, gezeigt in der 8,
auf der Grundlage der Beschleunigeröffnung APO wieder erhalten.
An späteren
Modellautos könnte
die Einlassluftmenge durch richtiges Steuern oder Managen eines
Einlassventilzeitpunktes an Stelle der Drosselöffnungseinstellung erhalten
werden. In diesem Fall ist ein Drosselventil nicht an dem Motor montiert.
Alternativ dazu ist ein Drosselventil an dem Motor nur für den Zweck
der Erzeugung eines Unterdrucks in dem Einlassluftrohr installiert.
In einer Brennkraftmaschine ohne ein Drosselventil kann eine äquivalente
Drosselöffnungsfläche (AAPO)
auf der Grundlage der Beschleunigeröffnung APO durch den Schritt 2 abgeleitet
werden. In dem Schritt 3 wird eine normalisierte Öffnungsfläche TGADNV
durch Teilen der Drosselöffnungsfläche AAPO
durch sowohl die Motordrehzahl Ne, als auch eine Verlagerung VOL
des Motors arithmetisch berechnet. Zusätzlich wird in dem Schritt 3 eine
Zielvolumen-Basis-Strömungsrate
(eine Zielvolumen-Strömungsrate)
TQHOST auf der Grundlage der vorerwähnten normalisierten Öffnungsfläche TGADNV
arithmetisch berechnet. Tatsächlich
kann die Zielvolumen-Strömungsrate
TQHOST aus einem vorbestimmten oder vorprogrammierten Einheits-Umkehr-Kennzeichenplan,
gezeigt in der 9, wiedererhalten
werden. Wenn jedoch die Motordrehzahl übermäßig gering ist (z. B. geringer
als 1000/min), wie in der 10 gezeigt,
wird die Motordrehzahl Ne auf eine vorbestimmte untere Grenze, z.
B. 100 U/min, festgelegt, und somit wird die normalisierte Öffnungsfläche TGADNV
auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne, festgelegt auf die vorbestimmte,
untere Grenze, berechnet. In dem Schritt 4 wird die Ziel-Einlassluftmenge
durch Multiplizieren der berechneten Zielvolumen-Strömungsrate
TQHOST mit der maximalen Einlassluftmenge auf der Grundlage der
angezeigten Motordrehzahl Ne–Informationsdaten,
gesendet an die ECU 20, bei dem tatsächlichen arithmetischen Berechnungszyklus
arithmetische berechnetzt auf die 7 Bezug
nehmend ist dort der IVC-Auswahlablauf, verwendet zum Vornehmen
einer Auswahl des besten Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC) aus einem
vorprogrammierten Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC) bei dem
Einlasshub, und einem vorprogrammierten Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC)
bei dem Kompressionshub, gezeigt.
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In dem Schritt 11 werden
jeweils ein IVC während
des Einlasshubes und ein IVC während
des Verdichtungshubes aus dem vorprogrammierten IVC- Kennzeichenplan
während
des Einlasshubes, gezeigt in der 4,
und dem vorprogrammierten IVC-Kennzeichenplan
während
des Kompressionshubes, gezeigt in der 5,
auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne und der Ziel-Einlassluftmenge,
berechnet durch den Schritt 4 der 6, wieder erhalten. Eine Betriebszeitdauer
(ein Betriebskurbelwinkel) des Einlassventiles 3 verändert sich
in Abhängigkeit
von der Motordrehzahl Ne. Somit wird in dem Schritt 12 die
Betriebszeitdauer des Einlassventiles 3 aus dem Einlassventil-Öffnungszeitpunkt
(IVO) zu dem Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) bestimmt oder
auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne arithmetisch berechnet. In
dem Schritt 13 wird auf der Grundlage von zumindest drei
Betriebsbedingungen, nämlich
der Motordrehzahl Ne, der Beschleunigeröffnung APO und der Einlassventil-Betriebszeitdauer, berechnet
in dem Schritt 12, eine Überprüfung vorgenommen, um zu bestimmen,
ob einer Einlasshub-IVC Bedingung genügt wird, d. h., ob der Einlassventil-Schließzeitpunkt
(IVC) während
des Einlasshubes lieber als der Einlassventil-Schließzeitpunkt
(IVC) während
des Kompressionshubes ausgewählt
werden sollte. Noch genauer, in dem Schritt 13 wird der
Einlassventil-Betriebskurbelwinkel, der der Einlassventil-Betriebszeitdauer
entspricht, berechnet in dem Schritt 12, mit einem Einlassventil- Betriebskurbelwinkel,
der der Ziel-Einlassluftmenge entspricht, berechnet durch eine Reihe
von Schritten der 6,
verglichen. Dann wird eine Überprüfung vorgenommen,
um zu bestimmen, ob das Einlassventil während des Einlasshubes in dem
aktuellen Vierhub-Zyklus unter den gegenwärtigen Motor-/Fahrzeug-Betriebsbedingungen,
nämlich
der aktuellen Motordrehzahl Ne, der aktuellen Beschleunigeröffnung APO
und der Ventilbetriebszeitdauer in dem aktuellen Ablauf sicher geschlossen
werden kann. Tatsächlich
wird die arithmetisch berechnete Einlassventil-Betriebszeitdauer
auf der Grundlage der Motordrehzahl Ne (oder des Einlassventil-Betriebskurbelwinkels,
berechnet in dem Schritt 12 der 7) mit dem Einlassventil-Kurbelwinkel,
der der Ziel-Einlassluftmenge entspricht, abgeleitet durch den Schritt 4 der 6, verglichen. Wenn der
Einlassventil-Betriebskurbelwinkel, berechnet in dem Schritt 12,
geringer als der Einlassventil-Kurbelwinkel ist, der der Ziel- Einlassluftmenge
entspricht, abgeleitet durch den Schritt 4 der 6, bestimmt die CPU der
Steuereinheit 20, dass es möglich ist, das Einlassventil 3 während des
Einlasshubes in dem aktuellen Vier-Hub-Zyklus sicher zu schließen. Danach geht
der Steuerablauf von dem Schritt 13 zu dem Schritt 14.
In dem Schritt 14 gibt die Ausgangsschnittstelle der Steuereinheit 20 einen
Steuerbefehl, repräsentativ
dem Einlassventil-Schließzeitpunkt
(IVC) beim Einlasshub, zu dem elektromagnetischen Ventilbetätigerantrieb 17,
zugehörig
dem elektromagnetischen Betätiger 10 auf
der Seite des Einlassventiles, aus, um das Einlassventil 3 zu
dem Einlassventil-Schließzeitpunkt
(IVC) beim Einlasshub zu schließen.
Wenn umgekehrt der Einlassventil-Betriebskurbelwinkel (die minimale
Ventil-Betriebszeitdauer), berechnet in dem Schritt 12,
größer als
oder gleich ist zu der Ziel- Einlassluftmenge, abgeleitet durch
den Schritt 4 der 6,
bestimmt die CPU der Steuereinheit 20, dass es unmöglich ist,
das Einlassventil 3 während
des Einlasshubes in dem aktuellen Viertakt-Zyklus sicher zu schließen, und
das es angemessen ist, das Einlassventil 3 während des
Kompressionshubes, der dem Einlasshub folgt, in dem aktuellen Viertakt-Zyklus
zu schließen.
Danach tritt Schritt 15 ein. In dem Schritt 15 gibt
die Ausgangsschnittstelle der Steuereinheit 20 einen Steuerbefehl, repräsentativ
des Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC)
während
des Kompressionshubes, zu dem elektromagnetischen Ventilbetätigerantrieb 17,
zugehörig
dem elektromagnetischen Betätiger 10 auf
der Seite des Einlassventiles, aus, um das Einlassventil 3 zu
dem Einlassventil-Schließzeitpunkt
(IVC) während
des Kompressionshubes zu schließen.
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Wie oben diskutiert, wenn es unmöglich ist, das
Einlassventil 3 während
des Einlasshubes eines bestimmten Viertakt-Zyklus infolge der Betriebscharakteristika
des Einlassventils 3, insbesondere infolge der Ventilbetriebszeitdauer,
zu schließen,
ist es möglich,
eine Luftmenge zu erhalten, die im Wesentlichen der Ziel- Einlassluftmenge
durch Schließen des
Einlassventiles 3 bei dem Kompressionshub, der dem Einlasshub
in demselben Vierthub-Zyklus folgt, zu erhalten. Entsprechend der
Einlassluft- Mengensteuerungsvorrichtung des Ausführungsbeispieles
ist es möglich,
die Einlassluftmenge, die in jeden Motorzylinder eintritt, während des
Reduzierens der Verzögerung
des Einlassventil-Schließzeitpunktes
auf ein Minimum, genau, rechtzeitig und effizient zu steuern. Insbesondere
selbst während
der Hochdrehzahl und leichter Belastung, oder während der Fahrzeuggeschwindigkeitsabnahme,
kann die Einlassluft- Mengensteuerungsvorrichtung die Einlassluftmenge
auf ein erforderliches oder gewünschtes
kleines Volumen ausreichend reduzieren. Dies verbreitert einen steuerbaren
Motorausgangs-Drehmomentbereich. Überdies ist es entsprechend
der vorliegenden Einlassluft-Mengensteuerungsvorrichtung möglich, die Haltbarkeit
des Einlassventiles 3 ohne Erhöhen des Elektroenergieverbrauches,
um das Einlassventiles 3 anzutreiben, zu erhöhen.
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In dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird ein Einlassventil- Betriebskurbelwinkel auf der Grundlage der
Motordrehzahl mit einem Einlassventil- Betriebskurbelwinkel, der
einer Ziel-Einlassluftmenge, erhalten durch eine Reihe von arithmetischen
Berechnungen (siehe das Ablaufdiagramm der 6), verglichen, um den besten Ventil-Schließzeitpunkt
(IVC) beim Einlasshub und den Einlassventil-Schließzeitpunkt
(IVC) beim Kompressionshub auszuwählen. Alternativ kann der Einlassventil-Schließzeitpunkt
(IVC) beim Kompressionshub durch Bezug auf ein vorprogrammierten
oder vorbestimmten Kompressionshub-IVC Bereich, der dem zweidimensionalen
Kennlinienfeld (siehe 11) entspricht,
ausgewählt
werden, das für
das Motorausgangsdrehmoment sowie als Motordrehzahl betrachtet wird.
In dem zweidimensionalen Kennzeichenplan der 11 zeigt der schraffierte Bereich den
Bereich des Kompressionshubes IVC, wo das Einlassventil 3 zu
einem vorprogrammierten oder vorliegenden Ventilschließzeitpunkt
während
des Kompressionshubes geschlossen ist, während der nichtschraffierte
Bereich den Bereich des Einlasshubes IVC anzeigt, wo das Einlassventil 3 bei
einem vorprogrammierten oder vorhandenen Ventilschließzeitpunkt
während
des Einlasshubes geschlossen ist.
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Während
das Vorhergehende eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
ist, wird es verstanden, dass die Lehre derselben nicht auf diese
besonderen, hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
begrenzt ist, sondern dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen, ohne
davon abzuweichen, vorgenommen werden können.