DE19940854A1

DE19940854A1 - Steuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19940854A1
Application number: DE19940854A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Atago; Toshio Hori; Shigeyuki Nonomura
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2000-03-30
Anticipated expiration: 2019-08-28
Also published as: US6286478B1; DE19940854C2; JP2000073800A

Abstract

Eine Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit einem elektromagnetischen Stellglied zur Steuerung eines Öffnungs- und Schließvorgangs eines Einlaßventils als Reaktion auf ein elektrisches Antriebssignal umfaßt eine Einrichtung zur Bestimmung eines Soll-L/K auf der Grundlage eines einem erforderlichen Motorleistungswert entsprechenden Signals und eines einen Betriebszustand des Motors repräsentierenden Signals, eine Einrichtung zur Bestimmung eines erforderlichen Ansaugluftstroms eines Zylinders des Motors auf der Grundlage des den Betriebszustand des Motors repräsentierenden Signals und des Soll-L/K und eine Steuerungseinrichtung zur Bestimmung von einen Öffnungs- und Schließvorgang eines Einlaßventils betreffenden Steuerungswerten, die zumindest entweder einen Ventilöffnungszeitpunkt, eine Ventilöffnungsdauer oder eine maximale Ventilhubgröße des Einlaßventils umfassen, auf der Grundlage des erforderlichen Ansaugluftstroms und des Soll-L/K und zur Erzeugung eines elektrischen Antriebssignals entsprechend den Steuerungswerten. Bei einem computernutzbaren Medium mit auf dem Medium ausgeführten computerlesbaren Programmcodemitteln für ein Steuerungsverfahren für einen Motor mit einem elektromagnetischen Stellglied zur Steuerung eines Öffnungs- und Schließvorgangs des Einlaßventils als Reaktion auf das elektrische Antriebssignal, umfassen die computerlesbaren Programmcodemittel einen Prozeß zur Bestimmung eines Soll-L/K auf der Grundlage eines einem Soll-L/K entsprechenden ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvor richtung für einen Verbrennungsmotor mit elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventilen und insbesondere eine Steue rungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit elektroma gnetisch angetriebenen Einlaßventilen, die zur Steuerung ei ner extrem mageren Verbrennung durch Bestimmen eines Ventil öffnungs- und Schließzeitpunkts des elektromagnetisch ange triebenen Einlaßventils geeignet ist, und ein Steuerungsver fahren für diese.

In der offiziellen Gazette der JP-A-63-147957 ist eine Technik zum Erzielen einer Motorbremswirkung und zur Verrin gerung eines Drehmomentstoßes und eines Pumpverlusts durch Verändern eines Öffnungs- und Schließzeitpunkts von elektro magnetisch angetriebenen Ventilen offenbart. Die in dieser offiziellen Gazette offenbarte Technik ist derart konstru iert, daß die zeitliche Abstimmung eines Einlaßventils in ei ner Periode, in der die Kraftstoffzufuhr während der Dauer einer Verlangsamung unterbrochen ist, auf eine normale zeit liche Abstimmung eingestellt wird, und die zeitliche Abstim mung des Ventils unmittelbar vor dem Ende der Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr (dem Neustart der Kraftstoffzufuhr) auf einen frühen Schließzeitpunkt umgestellt wird. Da die Venti löffnungs- und Schließzeitpunkte alternativ zwischen den bei den Modi der zeitlichen Abstimmung, d. h. der normalen zeitli chen Abstimmung und dem frühen Schließzeitpunkt, umgestellt werden, verursacht der in der Periode der Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr konstant eingestellte frühe Schließzeitpunkt nachteiliger Weise eine zu starke Verringerung des Pumpver lusts, wodurch die Wirkung der Motorbremse unzureichend wird.

In der JP-A-9-88645 wird eine Technik vorgeschlagen, die derartig konstruiert ist, daß der vorstehend beschriebene Nachteil überwunden wird. Bei dieser Technik werden für eine feinere Einstellung einer Ventilöffnungsperiode in einem vor gegebenen Fahrzustand mit unterbrochener Kraftstoffzufuhr elektromagnetisch angetriebene Einlaßventile verwendet, wo durch der Pumpverlust verringert und eine ordnungsgemäße Mo torbremswirkung erzielt werden. Bei der in der JP-A-9-88645 offenbarten Technik werden eine Verringerung des Drehmoment stoßes und des Pumpverlusts in dem Fahrzustand mit einer un terbrochenen Kraftstoffzufuhr oder dergleichen durch Verände rung des Öffnungs- und Schließzeitpunkts des elektromagne tisch angetriebenen Ventils, konkret des Öffnungszeitpunkts des Ventils, vorgeschlagen. Die Technik bietet jedoch keinen speziellen Vorschlag bezüglich Motoren mit magerer Verbren nung und eines Systems zur Steuerung der Motoren mit magerer Verbrennung zur Verbesserung der Effizienz der Verbrennung in dem Motor.

Im aktuellen technischen Bereich der Motoren für Kraft fahrzeuge wird eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs stärker erwartet. Daher wurden verschiedene Techniken zur derartigen Steuerung des L/K (Luft-/Kraftstoffverhältnisses) eines Motors vorgeschlagen, daß für den Motor ein Verfahren für eine magere Verbrennung verwendet werden kann. Als Tech nik, bei der die L/K-Steuerung mit den Einlaß- und Auslaßven tilen in Beziehung gesetzt wird, ist in der JP-A-10-82333 ei ne Technik offenbart, bei der eine Vorrichtung zur Verände rung der zeitlichen Abstimmung der Ventile zum Verändern des Öffnungs- und Schließzeitpunkts zumindest entweder des Ein laß- oder des Auslaßventils entsprechend dem L/K vorgesehen ist. In der JP-A-3-74547 ist auch eine Technik zum Verändern einer Frischluftmenge entsprechend einer Änderung der zeitli chen Abstimmung der Ventile vorgeschlagen. Diese Technik ist derart beschaffen, daß die Kraftstoffzufuhr durch Verändern des L/K des Motors entsprechend dem Öffnungs- und Schließ zeitpunkt des Einlaß- und des Auslaßventils korrigiert wird.

Andererseits ist es zum Einstellen des L/K eines Motors erforderlich, die Öffnungs- und Schließdauer der Einlaß- und Auslaßventile entsprechend einigen Faktoren, wie der Drehzahl und der Last des Motors, einzustellen. Ebenso ist es zur Ver besserung des Verbrennungszustands zur Beeinflussung der Mo torleistung erforderlich, die Einlaßgeschwindigkeit der in einen Zylinder strömenden Luft, d. h. den durch einen in dem Zylinder erzeugten Wirbel oder eine Umwälzung der eingesaug ten Luft verursachten Einfluß, einzustellen.

Obwohl die in der JP-A-3-74547 offenbarte Technik der art beschaffen ist, daß die L/K-Steuerung mit den Einlaß- und Auslaßventilen in Bezug gesetzt wird, wird bei dieser Technik jedoch der in dem Zylinder erzeugte Wirbel nicht berücksich tigt. Überdies wird die Beziehung zwischen der Wirkung des Einlaß- und des Auslaßventils und dem Wirbel bei der Steue rung des L/K nicht berücksichtigt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit elektromagnetisch angetriebenen Ventilen, die derart konstruiert ist, daß durch Steuern eines Öffnungs- und Schließzeitpunkts, einer Venti löffnungsdauer und eines Hubgrads bei der Öffnung des Ventils und damit durch eine Stabilisierung einer extrem mageren Ver brennung in dem Motor die in den Zylinder des Motors gesaugte Luft und die Ansauggeschwindigkeit zur Steuerung des L/F ein gestellt werden, und ein Steuerverfahren für den Motor zu schaffen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfaßt eine Steue rungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einem elek tromagnetischen Stellglied zur Steuerung eines Öffnungs- und Schließvorgangs eines Einlaßventils entsprechend einem elek trischen Antriebssignal eine Einrichtung zur Bestimmung eines Soll-L/K auf der Grundlage eines einer erforderlichen Motor leistung entsprechenden Signals und eines einen Betriebs zu stand des Motors repräsentierenden Signals, eine Einrichtung zur Bestimmung einer erforderlichen Ansaugluftmenge für einen Zylinder des Motors auf der Grundlage des den Betriebszustand des Motors repräsentierenden Signals und des Soll-L/K und ei ne Steuerungseinrichtung zur Bestimmung von einen Öffnungs- und Schließvorgang des Einlaßventils betreffenden Steuerungs werten, die zumindest entweder einen Ventilöffnungszeitpunkt, eine Ventilöffnungsdauer oder eine maximale Ventilhubgröße umfassen, auf der Grundlage der erforderlichen Absaugluftmen ge und des Soll-L/K und zur Erzeugung eines elektrischen An triebssignals entsprechend dem bestimmten Steuerungswert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung (wird) ein von einem Computer nutzbares Medium mit auf dem Medium ausge führten computerlesbaren Programmcodemitteln für ein Steue rungsverfahren für einen Motor mit einem elektromagnetischen Stellglied zur Steuerung eines Öffnungs- und Schließvorgangs eines Einlaßventils entsprechend einem elektrischen Antriebs signal (geschaffen), wobei die computerlesbaren Programmcode mittel umfassen:
einen Prozeß zur Bestimmung eines Soll-L/K auf der Grundlage eines einer erforderlichen Motorleistung entsprechenden Si gnals und eines einen Betriebszustand des Motors repräsentie renden Signals, einen Prozeß zur Bestimmung einer erforderli chen Ansaugluftmenge für einen Zylinder des Motors auf der Grundlage des einen Betriebszustand des Motors repräsentie renden Signals und des Soll-L/K und einen Prozeß zur Bestim mung von einen Öffnungs- und Schließvorgang des Einlaßventils betreffenden Steuerungswerten, die zumindest entweder einen Ventilöffnungszeitpunkt des Einlaßventils, eine Ventilöff nungsdauer oder eine maximale Ventilhubgröße umfassen, auf der Grundlage der erforderlichen Ansaugluftmenge und des Soll-L/K und zur Erzeugung des elektrischen Antriebssignals entsprechend dem bestimmten Steuerungswert.

Ferner ist gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit elektromagne tischen Einlaß- und Auslaßventilen dadurch gekennzeichnet, daß sie einen derartigen Aufbau, daß die in einen Zylinder des Motors strömende Luft in Form eines Wirbels und/oder ei ner Umwälzung umgewälzt wird, sowie eine Einrichtung zur Be rechnung eines Ventilöffnungszeitpunkts, eine Ventilöffnungs dauer und eine Hubgröße aufweist, wobei die Einrichtung der Einstellung des Ventilöffnungs- und/oder des Ventilschließ zeitpunkts des Einlaßventils und/oder der Berechnung der Hub größe der Ventilöffnung, der Steuerung der in den Zylinder des Motors eingesaugten Luftmenge und der Steuerung der Stär ke der Luftverwirbelung, wie eines Wirbels und/oder einer Um wälzung, dient.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Steuerungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein richtung zur Steuerung eines Zündzeitpunkts vorgesehen ist, wobei die Einrichtung zur Steuerung des Zündzeitpunkts der Korrektur des Zündzeitpunkts entsprechend der Stärke einer Luftverwirbelung, wie eines Wirbels und/oder einer Umwälzung, der in den Zylinder des Motors strömenden Luft und der Kor rektur des Zündzeitpunkts entsprechend dem Strom der in den Zylinder des Motors strömenden Luft dient.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Stärke einer Luftverwirbelung, wie eines Wirbels und/oder ei ner Umwälzung, der in den Zylinder des Motors strömenden Luft auf der Grundlage des erforderlichen Drehmoments des Motors, das eine der Fahrbedingungen des Motors ist, derart bestimmt, daß die in den Zylinder des Motors strömende Luft bestimmt werden kann.

Bei der wie vorstehend erwähnt aufgebauten Steuerungs vorrichtung für einen Motor mit elektromagnetisch angetriebe nen Einlaß- und Auslaßventilen sind Einlaßventile vorgesehen, deren Öffnung und Schließung durch die Wirkung einer elektro magnetischen Aktion geeignet gesteuert werden können und de ren Ventilöffnungshub variabel gesteuert werden kann. Ferner arbeitet die Steuerungsvorrichtung derart, daß sie einen Ven tilöffnungs- und Schließzeitpunkt, eine Ventilöffnungsdauer und eine Ventilöffnungshubgröße des Einlaßventils auf der Grundlage des Soll-L/K und der anhand des Betriebszustands des Motors, wie des Grads der Betätigung des Gaspedals, be rechneten erforderlichen Ansaugluftmenge berechnet und die in den Zylinder des Motors strömende Absaugluftmenge und die Stärke einer Luftverwirbelung, wie eines Wirbels oder einer Umwälzung, durch eine Betätigung des Einlaßventils geeignet einstellt, wodurch es möglich wird, die Verbrennung selbst bei einer extrem mageren Verbrennung durch die Wirkung der Steuerung des L/K des Motors zu stabilisieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Gesamtansicht, die ein Motorsystem zeigt, das eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit elektromagnetisch angetriebenen Einlaß und Auslaßventilen ist;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt, der den Gesamtaufbau eines der in Fig. 1 dargestellten elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventile zeigt;

Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ventilkörper des in Fig. 2 dargestellten elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventils zeigt;

Fig. 3B ist eine Ansicht, die einen Wirbelstrom in ei nem Zylinder zeigt;

Fig. 3C ist eine Ansicht, die einen Umwälzstrom in dem Zylinder zeigt;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, daß die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Steuerungsvorrichtung für einen Motor zeigt;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Druck in der Zylinderkammer und einem Hub bei der Betätigung des Einlaßventils des Motors zeigt;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der in den Zylinder strömenden Ansaugluftmenge und einem Kurbel winkel bei der Betätigung des Einlaßventils des Motors zeigt;

Fig. 7 ist eine Übersicht, die eine normale Betriebs kennlinie eines Einlaßventils zeigt;

Fig. 8 ist eine Übersicht, die eine Betriebskennlinie einer Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten elektroma gnetischen Einlaßventils zeigt;

Fig. 9 ist eine Übersicht, die eine Betriebskennlinie einer weiteren Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten elektromagnetischen Einlaßventils zeigt;

Fig. 10 ist eine Übersicht, die Kennlinien des L/K in einem Zylinder in bezug auf die Stabilität der Verbrennung des Motors bei verschiedenen Motorleistungswerten zeigt;

Fig. 11 ist eine Übersicht, die die Kennlinien des L/K in einem Zylinder des Motors in bezug auf die Stabilität der Verbrennung des Motors bei verschiedenen Anzahlen von Wirbeln zeigt;

Fig. 12 ist eine Übersicht, die eine Kennlinie eines erforderlichen L/K in bezug auf ein Ausgangsdrehmoment des Motors und eine Drehzahl des Motors zeigt;

Fig. 13 ist eine Übersicht, die eine Kennlinie der An zahl der Wirbel in bezug auf ein Ausgangsdrehmoment des Mo tors und eine Drehzahl des Motors zeigt;

Fig. 14 ist eine Übersicht, die eine Kennlinie der ma ximal erzeugten Anzahl an Wirbeln in bezug auf eine Öffnungs dauer des Einlaßventils und einen Ansaugluftstrom des Motors zeigt;

Fig. 15 ist eine Übersicht, die eine Kennlinie der ma ximal erzeugten Anzahl an Wirbeln in bezug auf einen Hub des Einlaßventils und einen Ansaugluftstrom des Motors zeigt;

Fig. 16 ist eine Übersicht, die eine Kennlinie der Be ziehungen zwischen der Drehzahl des Motors, einem Drehmoment des Motors und einer summierten Anzahl der Wirbel bei ver schiedenen Werten des erforderlichen L/K zeigt;

Fig. 17 ist eine Übersicht, die die Beziehung zwischen dem Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils und dem Produkt der Öffnungsdauer des Einlaßventils und des maximalen Hubs des Ventils zeigt;

Fig. 18 ist eine Übersicht, die die Beziehung zwischen einem maximalen Hub des Ventils und einem Öffnungszeitpunkt des Einlaßventils zeigt;

Fig. 19 ist ein Blockdiagramm, das einen Steuerungspro zeß für ein Einlaßventil und eine Kraftstoffinjektion einer Steuerungsvorrichtung eines Motors mit elektromagnetisch an getriebenen Einlaß- und Auslaßventils zeigt;

Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das einen Steuerungspro zeß für ein Einlaßventil und eine Kraftstoffinjektion einer Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit den in Fig. 1 dar gestellten elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventilen zeigt; und

Fig. 21 ist ein Blockdiagramm, das einen Prozeß zur Steuerung eines Einlaßventils und eines Zündzeitpunkts durch eine Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit den in Fig. 1 dargestellten elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventilen zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung für einen Motor mit elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventilen be schrieben.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Ansaugschlitz- Injektionssystems für einen Motor mit den elektromagnetisch angetriebenen Einlaß- und Auslaßventilen, die die vorliegende Ausführungsform kennzeichnen. Die elektromagnetisch angetrie benen Ventile umfassen ein Einlaßventil 2 und ein Auslaßven til 3. Ein in einen Motor 1 eingesaugter Luftstrom wird ent sprechend dem Öffnungs- und Schließgrad des Einlaßventils 2 gesteuert. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet ein elektrisch ge steuertes Drosselventil (ETC) 4, das derart angeordnet ist, daß es die Steuerung der angesaugten Luft unterstützt.

Gemäß Fig. 1 wird die in den Motor 1 einzusaugende Luft aus einem Einlaß 6 eines Luftreinigers 5 bezogen. Dann strömt die Luft durch einen zum Messen eines Ansaugluftstroms Qa dienenden Luftstrommesser und gelangt darauf in einen Kollek tor 8. Die in den Kollektor 8 eingesaugte Luft wird auf Ein laßrohre 10 verteilt, von denen jedes mit dem entsprechenden Zylinder 9 des Motors verbunden ist, und wird anschließend in eine Brennkammer des Zylinders 9 geleitet.

Andererseits wird Kraftstoff, wie Benzin, aus einem Kraftstofftank 11 gesaugt, von einer Kraftstoffpumpe 12 unter Druck gesetzt und anschließend einem Kraftstoffsystem mit ei ner darin angeordneten Einspritzeinrichtung 13 zugeführt. Der Druck des unter Druck stehenden Kraftstoffs wird durch die Wirkung eines Kraftstoffdruckreglers 14 auf einen konstanten Druck (beispielsweise 3 kg/cm²) geregelt, und anschließend wird der Kraftstoff von einer in dem Zylinder 9 vorgesehenen Einspritzeinrichtung 13 in das Innere eines Einlaßrohrs 10 eingespritzt. Der eingespritzte Kraftstoff wird von einer Zündkerze 16 durch ein von einer Zündspule 15 erzeugtes Zünd signal mit einer hohen Spannung gezündet.

Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Steuerungseinheit, in die ein einen Ansaugluftstrom repräsentierendes Signal von dem Luftstrommesser 7, ein von einem Kurbelwinkelsensor 18 gesendetes, den Winkel einer Kurbelwelle 19 repräsentierendes Signal POS und ein von einem vor einem in dem Auspuffrohr 20 angeordneten Katalysator 21 angeordneten L/K-Sensor (Sensor für das Luft-/Kraftstoffverhältnis) 22 gesendetes, die erfaß ten Komponenten des Abgases repräsentierendes Signal eingege ben werden.

Das den von dem Luftstrommesser 7 erfaßten Ansaugluft strom repräsentierende Signal wird gefiltert und in einen Luftstromwert umgewandelt. Der ermittelte Luftstromwert wird durch die Drehzahl des Motors dividiert und dann mit einem Koeffizienten k multipliziert, wodurch sich ein stöchiometri scher Wert des L/K ergibt (L/K = 14,7). Der resultierende Wert ist die Breite eines Grundimpulses für die Kraftstoffin jektion für einen Zylinder, d. h. eine Grundkraftstoffinjek tion. Dann wird der Kraftstoff auf der Grundlage der Grund kraftstoffinjektion entsprechend einem Betriebszustand des Motors korrigiert. Als nächstes wird die Einspritzeinrichtung derart angetrieben, daß jedem Zylinder Kraftstoff zugeführt wird.

Ferner kann anhand des Ausgangs des in dem Auspuffrohr 20 angeordneten L/K-Sensors 22 das tatsächliche L/K des Ge mischs erfaßt werden. Daher kann durch Ausführen eines ge schlossenen Regelkreises zur Einstellung einer zugeführten Kraftstoffmenge als Reaktion auf das Signal des L/K-Sensors ein gewünschtes L/K erhalten werden.

Fig. 2 zeigt einen konkreten Aufbau des in Fig. 1 dar gestellten Einlaßventils. In Fig. 2 zeigt eine durchgehende Linie einen geschlossenen Zustand des Ventils, wogegen eine Punktlinie einen vollständig geöffneten Zustand des Ventils darstellt. Wenn das Ventil geschlossen wird, dient eine An triebsschaltung 36 der Zufuhr von Strom zu einem elektroma gnetischen Steuerschieber 32. Wenn das Ventil geöffnet wird, dient die Antriebsschaltung 36 der Zufuhr von Strom zu einem elektromagnetischen Steuerschieber 31. Ferner ist auch ein bewegliches Element 33 zur Aufnahme von Kräften von zwei Schraubenfedern 34 und 35 vorgesehen. Das Element 33 wird von dem aktivierten elektromagnetischen Steuerschieber 31 oder 32 angezogen. Wenn der Motor 1 ausgeschaltet wird, wird keiner der elektromagnetischen Steuerschieber 31 und 32 angetrieben. Daher ist das Element 33 in einer in Fig. 2 durch eine Linie aus abwechselnd kurzen und langen Strichen dargestellten, halb angehobenen Stellung angeordnet. Wenn das Ventil geöff net wird, wird der elektromagnetische Steuerschieber 31 der art angetrieben, daß das Element 33 in die maximal angehobene Stellung verschoben wird. Wenn das Ventil geschlossen wird, wird der elektromagnetische Steuerschieber 32 derart ange trieben, daß das Element 33 in eine vollständig geschlossene Stellung verschoben wird. Der maximale Hubgrad des Ventils kann durch Einstellen des den Steuerschiebern 31 und 32 zuge führten Stroms verstellt werden.

Fig. 3A zeigt ein Beispiel des bei dieser Ausführungs form verwendeten Einlaßventils 2. An dem Einlaßventil 2 ist auf der Seite des Einlaßrohrs ein Abdeckblech 2' angeordnet. Die Strömungsrichtung eines Teils des Luftstroms wird durch das Abdeckblech 2' umgeleitet, wodurch ein Verwirbelungs strom, wie ein Wirbel oder eine Umwälzung, erzeugt wird. Die Richtung und die Stärke des Wirbels (siehe Fig. 3B) bzw. der Umwälzung (siehe Fig. 3C) werden entsprechend der Position und der Form des Abdeckblechs 2' verändert. Anstelle des Ab deckblechs kann zum Zwecke der Erzeugung des Wirbels bzw. der Umwälzung ein spezielles Ventil oder eine spezielle Platte in einer Einlaßöffnung angeordnet sein.

Fig. 4 ist ein grundlegendes Steuerungsblockdiagramm, das eine Steuereinheit 17 zur Steuerung der Einspritzeinrich tung 13, des elektronisch gesteuerten Drosselventils 4 und der elektromagnetisch gesteuerten Einlaß- und Auslaßventile 2 und 3 zeigt, die gemäß dieser Ausführungsform alle in der Steuereinheit 17 des Motors selbst enthalten sind. Die Steu ereinheit 17 wird durch einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem Speicher zur Speicherung eines Steuerprogramms und von Steuerdaten und einer E/A-Einheit zur Steuerung der Übertra gung von Daten zwischen der CPU und der Umgebung implemen tiert, wobei diese sämtlichen Elemente herkömmliche Hardware und nicht dargestellt sind. Das Steuerprogramm kann auf einem von einem Computer zu lesenden Medium, wie einem Halbleiter speicher, einer optischen Platte, einer Magnetplatte oder an deren Typen von Speichervorrichtungen, aufgezeichnet sein.

Die Steuereinheit 17 steuert den einzuspritzenden Kraftstoff und den anzusaugenden Luftstrom. Der einzusprit zende Kraftstoff wird wie folgt gesteuert. Der anzusaugende Luftstrom wird von einer Einheit 41 zur Bestimmung des Luft stroms auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Luftstrom messers 7 ermittelt. Auf der Grundlage des Ansaugluftstroms wird von einer Einheit 41 zur Bestimmung der Grundkraftstoff menge und einer Einheit 43 zur Bestimmung (Korrektur) der Kraftstoffmenge die einzuspritzende Kraftstoffmenge ermittelt und dann einer Einspritzeinrichtung zugeführt.

Andererseits dienen das elektromagnetisch angetriebene Einlaßventil 2 und das ETC 4 der Steuerung des in den Motor 1 einzusaugenden Luftstroms. Eine Einheit 4 zur Bestimmung des Soll-Luftstroms bestimmt anhand eines dem Ausmaß, in dem ein Fahrer das Gaspedal niederdrückt, entsprechenden Signals ei nen erforderlichen Soll-Luftstrom, anhand des Motordrehmo mentwerts ein Soll-L/K und entsprechend dem Soll-L/K einen erforderlichen Soll-Luftstrom. Dann dient eine Einheit 45 zur Bestimmung des Soll-Öffnungswinkels des ETC der Bestimmung eines Soll-Öffnungswinkels des ETC anhand des Soll- Luftstroms. Auf der Grundlage des Soll-Luftstroms bestimmt eine Einheit 46 zur Bestimmung der Soll-Öffnungs- und Schließzeitpunkte des elektromagnetischen Ventils den zum Er zielen des Soll-Luftstroms erforderlichen Soll-Öffnungs- und Schließzeitpunkt des elektromagnetischen Einlaßventils. Der Soll-Luftstrom kann durch Antreiben des ETC 14 und des elek tromagnetisch angetriebenen Einlaßventils 2 entsprechend den Soll-Werten des ETC und der elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventile erzielt werden, die wie vorstehend beschrieben ermittelt werden. Durch Zufuhr des entsprechenden Kraftstoffs zu dem Ansaugluftstrom kann daher der Motor derart angetrie ben werden, daß er eine den Absichten des Fahrers entspre chende Leistung liefert.

Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen einem Motortakt und einem Innendruck des Zylinders, der auftritt, wenn das elek tromagnetisch angetriebene Einlaßventil 2 angetrieben wird. Der Druck im Inneren des Zylinders im Ansaugtakt wird ent sprechend dem frühen Schließzeitpunkt oder dem späten Schließzeitpunkt des Einlaßventils 2 verändert. Der Druck wird bei einem späteren Schließzeitpunkt des Ventils 2 ge steigert.

Fig. 6 zeigt eine allgemeine Kennlinie eines Ansaug luftstroms des Motors in bezug auf seinen Kurbelwinkel.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen die Beziehung zwischen einer Kolbengeschwindigkeit, einem Hub des Einlaßventils und einem Luftstrom (Gewicht) innerhalb des Zylinders. Im allgemeinen zeigt die Abszisse, wie in Fig. 7 dargestellt, eine Drehphase einer Kurbelwelle im Bereich vom oberen Totpunkt (TDC) des Ansaugtakts bis zum oberen Totpunkt (TDC) des Verdichtungs takts. Wird davon ausgegangen, daß die obere Ordinate (b) ei ne Kolbengeschwindigkeit und die untere Ordinate (d) eine Luftmenge in dem Zylinder bei geöffnetem Einlaßventil und ge schlossenem Auslaßventil darstellt (zur Vereinfachung der Be schreibung wird die durch das Trägheitsmoment der Luft verur sachte Veränderung des Luftstroms in dem Zylinder ignoriert), wird der Kolben von oberen Totpunkt des Ansaugtakts gemäß Fig. 1 nach unten bewegt, so daß das der Bewegung des Kolbens entsprechende Luftvolumen in den Zylinder strömt. Daher wird der Ansaugluftstrom als Integration der Kolbengeschwindigkeit repräsentiert, wie in Fig. 7 unter (d) dargestellt. Zwischen dem unteren Totpunkt (BDC) und dem oberen Totpunkt (TDC) des Verdichtungstakts sind sowohl das Einlaßventil als auch das Auslaßventil geschlossen, so daß die Luftmenge (das Gewicht) im Inneren des Zylinders nicht verändert wird.

Fig. 7 wird zur Beschreibung der Kennlinie des Einlaß ventils mit dem normalen Öffnungs- und Schließzeitpunkt ge zeigt. Im Ansaugtakt des Motors wird das Einlaßventil zu ei nem normalen Zeitpunkt in bezug auf die Stellung und die Ge schwindigkeit des Kolbens in eine normale Stellung angehoben. Konkret wird das Einlaßventil vor dem TDC ein wenig geöffnet und nach dem BDC ein wenig geschlossen. In diesem Fall er reicht die Luftmenge (das Gewicht) in dem Zylinder einen in Fig. 7 unter (d) dargestellten, durch ZZ bezeichneten Wert. Obwohl dies in Fig. 7 nicht dargestellt ist, wird zugelassen, daß die Stärke der Luftzirkulation (des Wirbels bzw. der Um wälzung) in dem Zylinder natürlich verläuft.

Dagegen ist in Fig. 8 ein in den Zylinder zu saugender Luftstrom bei einer Veränderung des Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkts und des Ventilhubs des Einlaßventils gemäß dieser Ausführungsform gezeigt. Der Hub des Einlaßventils und der Ventilöffnungszeitpunkt (IVO) werden wie in Fig. 8 unter (b) durch AA gezeigt eingestellt, so daß der Zeitpunkt in be zug auf den in Fig. 7 unter (c) gezeigten normalen Ventilöff nungszeitpunkt verzögert wird. Wenn der Hub L1 als regulärer Wert eingestellt ist, wird der in den Zylinder zu saugende Luftstrom auf einen in Fig. 8 unter (c) durch CC bezeichneten Wert eingestellt. Dieser Luftstrom ist etwas kleiner als der in Fig. 7 unter (d) gezeigte normale Luftstrom. Andererseits zeigen (d) und (e) in Fig. 8 eine weitere Kombination für die Einstellung des Ansaugluftstroms CC auf den gleichen Wert. Wie durch den Hub BB dargestellt, wird anstelle einer Verzö gerung des Einlaßzeitpunkts IVO des Einlaßventils 2 in bezug auf AA gemäß (b) in Fig. 8 der Hub L1 kleiner eingestellt, und die Ventilöffnungsdauer wird verlängert. Die durch dieses Ventilöffnungsverfahren erzielte Leistung wird unter Bezug nahme auf Fig. 9 beschrieben. Die in Fig. 9 dargestellten Be wegungen AA und BB des Einlaßventils stimmen mit den in Fig. 8 gezeigten überein. Wird hierbei das Augenmerk auf eine Win kelgeschwindigkeit des Wirbels in dem Zylinder bei der Opera tion gemäß Fig. 9 gelenkt, stimmt der Ansaugluftstrom mit dem gemäß Fig. 8 überein, und die Winkelgeschwindigkeit des Wir bels in dem Zylinder kann derart gesteuert werden, daß eine Anzahl von Wirbeln erzeugt wird, die entsprechend der Funkti onsweise des Einlaßventils näher an einem Soll-Wert liegt, wie durch DD und EE dargestellt.

Die Winkelgeschwindigkeit des Wirbels ist ein bei einer Verwirbelung der Luft in dem Zylinder gegebener Drehwinkel (Wirbelwinkel) pro Zeiteinheit, d. h. eine Winkelgeschwindig keit des Wirbels. Eine ähnliche Winkelgeschwindigkeit kann für den Umwälzstrom definiert werden. Bei einer Beschleuni gung des Luftstroms bei einem Strömen der Luft durch das Ein laßventil und ihrem Eintritt in den Zylinder weist die Win kelgeschwindigkeit des Wirbels (die Winkelgeschwindigkeit der Umwälzung) einen höheren Wert auf. Die Geschwindigkeit des Luftstroms ist proportional zur Kolbengeschwindigkeit. Daher ist beim Ansaugtakt die Kennlinie wie in Fig. 9 durch die linke Hälfte von (b) bzw. (d) dargestellt. Im Verdichtungs takt wird der Wirbel (die Umwälzung) allmählich gebrochen und schließlich in eine feine Luftturbulenz umgewandelt. Die Kennlinie ist wie in Fig. 9 durch die rechte Hälften von (b) oder (d) dargestellt. In vielen Fällen wird bei einer Vergrö ßerung der summierten Anzahl der Wirbel die Verbrennung sta biler, wie unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben. Die sum mierte Anzahl der Wirbel entspricht einem durch Integration der Winkelgeschwindigkeit des Wirbels in dem Takt zwischen dem TDC und dem nächsten TDC gegebenen Wert. Die summierte Anzahl der Umwälzungen ist ähnlich definiert. Die summierte Anzahl der Wirbel bzw. die summierte Anzahl der Umwälzungen kann als Parameter zur Repräsentation der Stärke des Wirbel stroms der angesaugten Luft verwendet werden.

Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der Beziehung zwischen verschiedenen, die Verbrennung in dem Motor betref fenden Faktoren, wie einer Stabilität der Verbrennung, einem L/K, einer Anzahl der Wirbel, einer Motorlast, einem Aus gangsdrehmoment, einer Drehzahl des Motors, einer Ansaugluft des Motors, einer Ventilöffnungsperiode des Einlaßventils und eines Ventilöffnungszeitpunkts.

Die Fig. 10 und 11 zeigen die Beziehung zwischen dem L/K des Motors (dem L/K im Inneren des Zylinders) und der Stabilität der Verbrennung (einem die Stabilität der Drehzahl des Motors repräsentierenden Faktor). Wie in Fig. 10 gezeigt, verschlechtert sich im allgemeinen bei einer Steigerung der Motorlast bei dem gleichen L/K die Stabilität der Verbren nung. Wie in Fig. 11 dargestellt, wird bei einer Steigerung der summierten Anzahl der Wirbel die Stabilität der Verbren nung erhöht. Im allgemeinen wird die Verbrennung durch eine geeignete Auswahl der summierten Anzahl der Wirbel (oder der summierten Anzahl der Wirbel) (normalerweise ihre Erhöhung) verbessert. Dies bedeutet, daß die summierte Anzahl der Wir bel durch eine Veränderung der Öffnungs- und Schließbedingun gen des Einlaßventils des Motors verändert werden kann. Daher kann die Stabilität der Verbrennung entsprechend dem erfor derlichen L/K des Motors sichergestellt werden.

Die Fig. 12 bis 15 zeigen die Beziehung unter den die Verbrennung im Motor betreffenden Faktoren unter dem Ge sichtspunkt der in der Steuerungseinheit des Motors zum Zwecke einer geeigneten Steuerung des Motors tatsächlich einge stellten Betriebsfaktoren.

Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen einem L/K des Mo tors und einer Drehzahl des Motors sowie einem Ausgangs drehmoment des Motors, das ein Beispiel einer Bedingung zur Einstellung eines L/K des Gemischs ist. Hier wird das L/K bei jeder Last auf 14,7 bis maximal 50 eingestellt. Bei der her kömmlichen Technologie ist eine stabile Verbrennung bei einem L/K von 50 schwierig. Bei dieser Ausführungsform wird eine stabile Verbrennung bei einem L/K von 50 durch Steuern des Öffnens und Schließens des Einlaßventils zum Erhalt der ge eigneten summierten Anzahl an Wirbeln ermöglicht.

Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen der summierten An zahl der Wirbel und der Drehzahl des Motors sowie dem Aus gangsdrehmoment des Motors. Als erste Maßnahme zum Halten ei ner stabilen Verbrennung in dem Motor bei dem L/K wird die erforderliche Anzahl der Wirbel angegeben. Fig. 13 zeigt die summierte Anzahl der Wirbel als repräsentatives Beispiel. Statt dessen können jedoch die summierte Anzahl der Umwälzun gen oder sowohl die summierte Anzahl der Wirbel als auch die summierte Anzahl der Umwälzungen verwendet werden.

Fig. 14 und Fig. 15 zeigen die maximale summierte An zahl der Wirbel, die gegenwärtig durch Öffnen und Schließen des Einlaßventils in dem Motor zu erzeugen ist. Fig. 14 zeigt das auf der Grundlage der von dem Motor angesaugten Luft und der Ventilöffnungsdauer (-periode) des Einlaßventils (bei ei ner konstanten IVO) gemessene Ergebnis, wogegen Fig. 15 das gemessene Ergebnis der maximal erzeugten summierten Anzahl der Wirbel in bezug auf die Hubgröße des Einlaßventils 2 zeigt. Innerhalb des in den Fig. 14 und 15 gezeigten Da tenbereichs (kleine Zahlen) kann die Anzahl der Wirbel frei gesteuert werden, um die von dem Motor angesaugte Luft auf einem Soll-Wert zu halten.

Fig. 16 ist eine Bildansicht zur dreidimensionalen Dar stellung der vorstehenden Beschreibung. Es ist gezeigt, das der am meisten angenäherte Wert der summierten Anzahl der Wirbel für den Erhalt des erforderlichen L/K bei einem gege benen Wert der Drehzahl des Motors und dem Ausgangsdrehmoment des Motors existiert. Daher kann zum Einstellen des Werts des Produkts der summierten Anzahl der Wirbel und der angesaugten Luft auf ein Optimum durch Betätigen des Einlaßventils die Ventilsteuerung ausgeführt werden, indem die Öffnungsdauer des Einlaßventils mit dem Ventilhub in Beziehung gesetzt wird.

Der Steuerungswert für das Öffnen und Schließen des Ventils zum Erhalt des summierten Soll-Anzahl an Wirbeln kann anhand der in Fig. 18 dargestellten Kennlinie bestimmt wer den. Wie aus Fig. 18 hervorgeht, kann bei einer Erhöhung der maximalen Hubgröße des Ventils eine größere summierte Anzahl an Wirbeln erhalten werden. Bei einer Annäherung des Ventil öffnungszeitpunkts des Einlaßventils an die mittlere Stel lung zwischen dem TDC und dem BDC mit einer hohen Kolbenge schwindigkeit kann eine größere summierte Anzahl an Wirbeln erhalten werden.

Andererseits ist, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben, der in den Zylinder gesaugte Luftstrom grob proportional zum Produkt der Ventilöffnungsdauer des Einlaßventils und einer maximalen Hubgröße des Ventils, wie durch die Kennlinie gemäß Fig. 17 gezeigt. Durch Bestimmen der gewünschten summierten Anzahl der Wirbel und des zum Fah ren mit dem Soll-L/K erforderlichen Ansaugluftstroms ist es daher möglich, den Ventilöffnungszeitpunkt, die Ventilöff nungsdauer und die maximale Ventilhubgröße des Einlaßventils zu bestimmen.

Die die in den Fig. 16 bis 18 gezeigten Steuerungs kennlinien betreffenden Daten werden vorab experimentell ge messen und in einer als Datenmaske in der Steuereinheit 17 enthaltenen (nicht dargestellten) Speichereinheit gespei chert. Die Einheit 46 zur Bestimmung der Soll-Öffnungs- und Schließzeitpunkte des elektromagnetischen Ventils (siehe Fig. 4) dient dem Herauslesen der Steuerungswerte (des Ventilöff nungszeitpunkts, der Ventilöffnungsdauer und der maximalen Ventilhubgröße) aus der in dem Speicher gespeicherten Daten maske entsprechend den eingegebenen Parametern oder der Ver arbeitung der gelesenen Daten zur Bestimmung der Steuerungs werte anhand dieser.

Nun erfolgt unter Bezugnahme auf die Fig. 19 bis 21 eine Beschreibung des Steuerungsablaufs der Steuerungseinheit für einen Motor mit dem elektromagnetisch angetriebenen Ein laßventil gemäß dieser Ausführungsform.

Fig. 19 zeigt den Ablauf der Operationen zur Ermittlung eines Befehlswerts zum Antreiben des Einlaßventils. Er ist für ein vergleichsweise einfaches Verfahren gedacht. Der in Fig. 19 gezeigte Steuerungsblock wird von der Steuerungsein heit des Motors mit den wie in Fig. 2 dargestellt aufgebau ten, elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventilen ausge führt. Das Blockdiagramm gemäß Fig. 19 wird in der am 19. Ju ni 1999 eingereichten, gleichzeitig anhängigen Patentanmel dung mit der Seriennummer 09/335767 genau beschrieben.

Eine Einheit 101 zur Berechnung des für den Grad der Betätigung des Gaspedals erforderlichen Luftstroms dient der Berechnung des zum Erhalt der dem Grad der Betätigung des Gaspedals entsprechenden Motorleistung erforderlichen Luft stroms. Der Grad der Betätigung bedeutet die vom Fahrer ge forderte Motorleistung. Im allgemeinen erfolgt bei der Zufuhr einer ähnlichen Ausgangskennlinie zu dem herkömmlichen System mit dem Gaspedal und dem mechanisch damit verbundenen Dros selventil erfolgt die konkrete Berechnung zum Abruf der die den Grad der Betätigung des Gaspedals in bezug auf den erfor derlichen Luftstrom repräsentierenden Daten enthaltenden Ta belle, da die Beziehung zwischen dem Grad der Betätigung des Gaspedals und dem erforderlichen Luftstrom nicht linear ist.

Andererseits dient eine Einheit 102 zur Berechnung des Luftstroms zum Aufrechterhalten des Leerlaufs der Berechnung des erforderlichen Luftstroms anhand der erforderlichen Mo torleistung im Leerlaufbetrieb, die unabhängig von der Betä tigung des Gaspedals ist. Als repräsentatives Beispiel ist dies das Aufrechterhalten des Leerlaufs. Das Aufrechterhalten des Leerlaufs umfaßt eine zum Halten der Drehzahl des Motors auf einem Soll-Wert im Leerlaufzustand durch Überwinden des Reibungsdrehmoments des Motors erforderliche Leistung, die Last einer Klimaanlage oder eines von dem Motor mit Energie versorgten Generators und die Last einer für eine Servolen kung vorgesehenen Ölpumpe. Zudem kann es ein für eine mit ei ner konstanten Drehzahl laufenden Einheit erforderlicher Wert oder ein für eine Traktionssteuerungseinheit als erforderli che negative Leistung erforderlicher Wert sein.

Eine Einheit 103 zur Berechnung des erforderlichen Luftstroms dient der Addition des von der Einheit 101 zur Be rechnung des für den Grad der Betätigung des Gaspedals erfor derlichen Luftstroms vorgegebenen erforderlichen Luftstrom wert zu dem von der Einheit 102 zur Berechnung des Luftstroms zum Aufrechterhalten des Leerlaufs vorgegebenen erforderli chen Luftstromwert zur Berechnung eines insgesamt erforderli chen Luftstroms. Eine Einheit 104 zur Berechnung eines Soll- Ventilschließzeitpunkts dient der Berechnung des Soll-Ventil öffnungszeitpunkts des Einlaßventils auf der Grundlage des insgesamt erforderlichen Luftstroms.

Unmittelbar nach dem Kaltstart des Motors wird ein be sonderes Soll-L/K für den Kaltstart zur Aktivierung (zum Er höhen der Temperatur) des Katalysators vorab eingestellt. Dann wird entsprechend der tatsächlichen Temperatur des Kühl wassers eine Differenz zwischen dem jedem Zylinder zugeführ ten Gemisch und dem Soll-L/K für einen Kaltstart bestimmt. Die Differenz zwischen dem normalen L/K des Zylinders und dem besonderen Soll-L/K für einen Kaltstart wird als Soll-L/K- Differenz jedes Zylinders bezeichnet. Die Beziehung zwischen der Temperatur des Kühlwassers und der Soll-L/K-Differenz je des Zylinders wird in einem Datenmaskenformat in der (nicht dargestellten) Speichereinheit gespeichert.

Eine Einheit 105 zur Berechnung einer Soll-Zylinder- L/K-Differenz dient der Berechnung einer Soll-L/K-Differenz für jeden Zylinder zum Erzielen der Wirkung der frühen Akti vierung des Katalysators anhand der Temperatur des Kühlwas sers des Motors. Der Katalysator weist eine auf seiner chemi schen Leistung basierende komplizierte Kennlinie auf. Im all gemeinen wird daher das konkrete Berechnungsverfahren zum Ab ruf der in der Tabelle eingestellten Werte auf der Grundlage der Temperatur des Kühlwassers ausgeführt.

Eine Einrichtung 106 zur Berechnung einer Soll- Steigerung oder -Verringerung des Luftstroms dient der Be rechnung einer Steigerung oder Verringerung des erforderli chen Luftstroms auf der Grundlage der Soll-L/K-Differenz je des Zylinders. Eine Einheit 107 zur Berechnung einer Ver schiebung des Ventilschließzeitpunkts dient der Berechnung einer Verschiebung (eines Veränderungswerts) des Ventil schließzeitpunkts des Einlaßventils auf der Grundlage einer Steigerung oder Verringerung des Luftstroms.

Bei einer konstanten Kraftstoffzufuhr wird die Verände rung des L/K anhand eines Verhältnisses zwischen einer Verän derung eines zugeführten Luftstroms und dem ursprünglichen Luftstrom ermittelt. Daher kann durch Multiplikation des Ver hältnisses zwischen der L/K-Differenz und dem Bezugs-L/K mit dem erforderlichen Luftstrom die Differenz des zugeführten Luftstroms ermittelt werden. Eine Einheit 111 zum Antreiben des Einlaßventils dient dem Antreiben des Einlaßventils auf der Grundlage des von der Einheit 110 zur Berechnung des Soll-Ventilöffnungszeitpunkts berechneten Ventilöffnungszeit punkts des Einlaßventils und des von der Einrichtung 104 zur Berechnung des Soll-Ventilschließzeitpunkts berechneten Ven tilschließzeitpunkts des Einlaßventils.

Ferner kommt der von der Einheit 110 zur Berechnung des Soll-Ventilöffnungszeitpunkts berechnete Soll-Ventilöffnungs zeitpunkt im Falle des unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrie benen einfachen physikalischen Phänomens näher an den TDC des Ansaugtakts. Der Trägheitsladungseffekt ist einer der Fakto ren zur Bestimmung der Effizienz des Ansaugtakts des Motors. Der Trägheitsladungseffekt wird von dem Ventilöffnungszeit punkt des Einlaßventils beeinflußt. Ferner übt bei der Imple mentierung der internen EGR (Abgasrückführung) des Motors der Ventilöffnungszeitpunkt ebenfalls einen Einfluß auf die Addi tion aus. Daher ist es erforderlich, den Ventilöffnungszeit punkt des Einlaßventils entsprechend dem Soll-Betriebszustand des Motors zu steuern. Eine Einheit 110 zur Berechnung des Soll-Öffnungszeitpunkts des Ventils dient der Bestimmung des Soll-Ventilöffnungszeitpunkts des Einlaßventils auf der Grundlage dieser Bedingungen.

Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das einen Steuerungsab lauf des elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die in dem Block diagramm gemäß Fig. 20 dargestellte Anordnung ist in der Ein heit 44 zur Bestimmung des Soll-Luftstroms und der Einheit 46 zur Bestimmung des Soll-Öffnungs- und Schließzeitpunkts des elektromagnetischen Ventils enthalten, die in Fig. 4 darge stellt sind. Bei dieser Ausführungsform wird die summierte Anzahl der Wirbel anhand des Soll-L/K bestimmt. Der Ventil öffnungszeitpunkt, die Ventilöffnungsdauer und die maximale Größe des Ventilhubs werden anhand der summierten Anzahl der Wirbel bestimmt. Ferner wird eine Grundkraftstoffinjektion entsprechend dem bestimmten Ventilöffnungszeitpunkt, der Ven tilöffnungsdauer und der maximalen Ventilhubgröße korrigiert.

Gemäß dem in Fig. 20 dargestellten Steuerungsblockdia gramm dient eine Einheit 141 zur Berechnung des Soll-L/K der Berechnung eines Soll-Grund-L/K entsprechend dem durch die Drehzahl des Motors und dem Grad der Betätigung des Gaspedals bestimmten Betriebszustand des Motors. Andererseits dient ei ne Einheit 142 zur Berechnung eines Luftstroms zur Aufrecht erhaltung des Leerlaufs der Berechnung des erforderlichen Luftstroms anhand der von dem Gaspedal unabhängigen, erfor derlichen Motorleistung. Als repräsentatives Beispiels ist dies das Aufrechterhalten des Leerlaufs. Das Aufrechterhalten des Leerlaufs umfaßt eine zum Halten der Drehzahl des Motors auf einem Soll-Wert im Leerlauf durch Überwinden des Rei bungsdrehmoments des Motors erforderliche Leistung, eine Last einer Klimaanlage oder eines von dem Motor mit Energie ver sorgten Generators und die Last einer eine Servolenkung an treibenden Ölpumpe. Zudem kann es ein für eine mit konstanter Drehzahl betriebene Einheit erforderlicher Wert oder ein für eine Traktionssteuerungseinheit als erforderliche negative Leistung erforderlicher Wert sein.

Eine Einheit 143 zur Berechnung des erforderlichen Luftstroms dient der Berechnung des in den Zylinder des Mo tors einzusaugenden Luftstroms anhand des Soll-L/K und der Addition des von der Einheit 142 zur Berechnung des Luft stroms zum Aufrechterhalten des Leerlaufs berechneten Luft stroms zur Aufrechterhaltung des Leerlaufs und dergleichen zu dem berechneten Luftstrom. Eine Einheit 145 zur Berechnung der summierten Anzahl der Wirbel dient der Bestimmung der summierten Anzahl der Wirbel entsprechend der in Fig. 16 dar gestellten Kennlinie anhand des Ergebnisses der Berechnung der Einheit 144 und der weiteren Fahrbedingungen (der Dreh zahl des Motors oder dergleichen). Was das Ergebnis der Be rechnung der Einheit 144 anbelangt, erfolgt die Korrektur für die Temperatur des Kühlwassers des Motors für dieses.

Eine Einheit 147 zur Berechnung des Ventilöffnungszeit punkts, der Ventilöffnungsdauer und des Hubs dient der Be stimmung des Ventilöffnungszeitpunkts, der Ventilöffnungsdau er (oder des vorgegebenen Kurbelwinkels) und des Ventilöff nungshubs des Einlaßventils auf der Grundlage der summierten Anzahl der Wirbel und des erforderlichen Luftstroms entspre chend der die in den Fig. 17 und 18 gezeigten Kennlinien repräsentierenden Datenmaske. Die Steuerungsblöcke 148 bis 150 dienen der Berechnung eines elektrischen Signals zur Aus gabe der Ventilöffnungsdauer, der Ventilöffnungshubgröße und des Ventilöffnungszeitpunkts des Einlaßventils auf der Grund lage des Ergebnisses der Berechnung. Eine Einheit 151 zum An treiben des Einlaßventils dient der Betätigung des Einlaßven tils 2 auf der Grundlage des berechneten elektrischen Si gnals.

Andererseits dient bezüglich der Berechnung der Kraft stoffmenge eine Einheit 152 zur Bestimmung der Kraftstoffin jektion der Bestimmung einer Grundkraftstoffmenge auf der Grundlage des durch die Korrektur des von der Einheit 141 zur Berechnung des Soll-L/K berechneten Soll-L/K durch die Ein heit 144 zur Berechnung der Soll-L/K-Differenz ermittelten Werts. Eine Einheit 154 zur Berechnung eines Korrekturkoeffi zienten für die Effizienz der Verbrennung dient der Berech nung eines Korrekturkoeffizienten auf der Grundlage des Ven tilöffnungszeitpunkts, der Ventilöffnungsdauer (oder des vor gegebenen Kurbelwinkels) und des Ventilöffnungshubs des Ein laßventils, die durch den Steuerungsblock 147 berechnet wur den. Der Korrekturkoeffizient ist ein spezielles Korrekture lement, das unter Berücksichtigung des Einflusses auf die Stabilität der Verbrennung in dem Motor in Verbindung mit der Betätigung des Einlaßventils vorgegeben wird. Eine Einheit 156 zur Korrektur der Kraftstoffinjektion dient der Korrektur der Grundkraftstoffmenge durch den Korrekturkoeffizienten. Eine Einheit 158 zum Antreiben der Kraftstoffeinspritzein richtung dient dem Antreiben der Kraftstoffeinspritzeinrich tung zum Einspritzen des Kraftstoffs.

Fig. 21 ist ein die Berechnung des Zündzeitpunkts be treffendes Steuerungsblockdiagramm. Die in Fig. 21 darge stellten Steuerungsblöcke 141 bis 151 stimmen bis auf den folgenden Unterschied mit den in Fig. 20 dargestellten Steue rungsblöcken 141 bis 151 überein.

Eine Einheit 172 zur Bestimmung des Zündzeitpunkts dient der Bestimmung eines Grund-Zündzeitpunkts auf der Grundlage eines Erfassungssignals eines Kurbelwinkelsensors 18 des Motors 1. Eine Einheit 174 zur Berechnung einer Kor rektur des Zündzeitpunkts dient der Berechnung einer Korrek tur des Zündzeitpunkts auf der Grundlage des Ventilöffnungs zeitpunkts des Einlaßventils 2, der Ventilöffnungsdauer (oder des vorgegebenen Kurbelwinkels) und des Ventilöffnungshubs, die von dem Steuerungsblock 167 berechnet wurden. Die Korrek tur ist ein besonderes Korrekturelement, daß im Hinblick auf den Einfluß auf die Stabilität der Verbrennung in dem Motor im Zusammenhang mit der Betätigung des Einlaßventils vorgege ben wird. Eine Einheit zur Korrektur des Zündzeitpunkts dient der Korrektur des von der Einheit 172 zur Bestimmung des Zündzeitpunkts berechneten Grund-Zündzeitpunkts durch die von der Einheit 174 zur Berechnung der Korrektur des Zünd zeitpunkts berechnete Korrektur des Zündzeitpunkts zur Be rechnung eines korrigierten Zündzeitpunkts. Eine Einheit 178 zur Ausgabe des Zündzeitpunkts dient der Zufuhr eines Aus gangs an eine Zündkerze 16 auf der Grundlage des korrigierten Zündzeitpunkts.

Die durch die in Fig. 20 dargestellte Einheit 154 zur Berechnung des Korrekturkoeffizienten für die Effizienz der Verbrennung implementierte Korrektur der Grund-Kraftstoffin jektion und die durch die in Fig. 21 dargestellte Einheit 174 zur Berechnung des Korrekturkoeffizienten für den Zündzeit punkt implementierte Korrektur des Grund-Zündzeitpunkts er folgen auf der folgenden Grundlage. Wenn der Ventilöffnungs zeitpunkt, die Ventilöffnungsdauer und die maximale Ventil hubgröße zur Erzeugung der erforderlichen summierten Anzahl der Wirbel und des Soll-Ansaugluftstroms die entsprechenden optimalen Werte aufweisen, werden die zweiten optimalen Werte für die Steuerungswerte des Einlaßventils verwendet, so daß der Kraftstoffstrom oder der Zündzeitpunkt zum Halten des Soll-Ansaugluftstroms zur Erzeugung der erforderlichen Lei stung zur Einstellung des L/K auf den am besten angenäherten Wert zur Sicherung der Verbrennung korrigiert werden. Obwohl beispielsweise die summierte Anzahl der Wirbel nicht den er forderlichen optimalen Wert aufweist, wird der Ansaugluft strom auf einen Soll-Wert geregelt, und der Korrekturwert wird derart bestimmt, daß das L/K auf den magersten Wert in dem Bereich eingestellt wird, in dem die Verbrennung auf rechterhalten werden kann. Dann wird die Grund-Kraftstoffin jektion anhand dieses Korrekturwerts modifiziert. Oder die summierte Anzahl der Wirbel wird auf den erforderlichen opti malen Wert eingestellt, der Ansaugluftstrom wird auf einen Wert eingestellt, der nicht der Soll-Wert ist, und der durch den nicht auf dem Soll-Wert liegenden Wert verursachte gerin gere Wert der Leistung wird durch die Korrektur des Zündzeit punkts oder die Korrektur des Kraftstoffstroms wiederherge stellt. Die optimale unter den Korrekturkennlinien für den Kraftstoff oder den Zündzeitpunkt kann entsprechend der Mo torleistung, den entsprechenden Kennlinien der Abgasemissio nen oder der Kraftstoffökonomie ausgewählt werden.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung werden der Ventilöffnungszeitpunkt, die Ventilöff nungsdauer und die maximale Ventilhubgröße des Einlaßventils gleichzeitig gesteuert. Statt dessen können einer oder zwei dieser Werte selektiv gesteuert werden. Ferner kann nicht nur das Einlaßventil, sondern auch das Auslaßventil elektromagne tisch angetrieben sein und hinsichtlich des Öffnens und Schließen optimal gesteuert werden. Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung ebenso wie für ei nen Motor, der derart aufgebaut ist, daß der Kraftstoff di rekt in den Zylinder eingespritzt wird, für einen Motor ver wendet werden kann, der derart aufgebaut ist, daß der Kraft stoff in die Einlaßöffnung injiziert wird.

Die vorstehende Beschreibung betraf eine Ausführungs form der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausfüh rungsformen begrenzt, sondern kann auf verschiedene Weisen modifiziert werden, ohne daß von dem in den Ansprüchen darge legten Rahmen der Erfindung abgewichen würde.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, dient die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit elektromagnetisch angetriebenen Einlaßventilen der Be rechnung des Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkts, der Ven tilöffnungsdauer und der Ventilöffnungshubgröße auf der Grundlage des Soll-L/K und des erforderlichen Ansaugluft stroms, die entsprechend dem Fahrzustand des Motors berechnet werden, und der Betätigung des Einlaßventils auf der Grundla ge der berechneten Werte. Daher ist die Steuerungseinrichtung für einen Motor zur geeigneten Einstellung des in einen Zy linder des Motors eingesaugten Ansaugluftstroms und der Zir kulation, wie eines Wirbels oder einer Umwälzung, des Luft stroms geeignet. Dadurch erfolgt die Steuerung des L/K des Motors derart, daß die Erfordernisse einer extrem mageren Verbrennung in dem Motor bei einer stabilen Verbrennungslei stung erfüllt werden können, ohne daß eine unerwünschte Schwankung der Drehzahl des Motors oder ein Springen des Mo tors verursacht würden.

Claims

1. Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit einem elek tromagnetischen Stellglied zur Steuerung eines Öff nungs- und Schließvorgangs eines Einlaßventils als Re aktion auf ein elektrisches Antriebssignal mit:
einer Einrichtung (141, 144) zur Bestimmung eines Soll- L/K (Soll-Luft-/Kraftstoffverhältnisses) auf der Grund lage eines einem erforderlichen Motorleistungswert ent sprechenden Signals und eines einen Betriebszustand des Motors repräsentierenden Signals,
einer Einrichtung (143) zur Bestimmung eines erforder lichen Ansaugluftstroms für einen Zylinder des Motors auf der Grundlage des den Betriebszustand des Motors repräsentierenden Signals und des Soll-L/K und
einer Steuereinrichtung (145, 147, 148 bis 150) zur Be stimmung von den Öffnungs- und Schließvorgang des Ein laßventils betreffenden Steuerungswerten, die zumindest entweder einen Ventilöffnungszeitpunkt, eine Ventilöff nungsdauer oder eine maximale Ventilhubgröße des Ein laßventils umfassen, auf der Grundlage des erforderli chen Ansaugluftstroms und des Soll-L/K und zur Erzeu gung des den Steuerungswerten entsprechenden elektri schen Antriebssignals.

2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Mo tor eine Einrichtung (2') zur Erzeugung einer Verwirbe lung der in den Zylinder strömenden Ansaugluft umfaßt.

3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Steuerungsvorrichtung eine Einrichtung (145, Fig. 16) zur Bestimmung eines die zum Erhalt des Soll-L/K erfor derliche Stärke einer Verwirbelung der Ansaugluft re präsentierenden Werts und eine Einrichtung (147, Fig. 17 und 18) zur Bestimmung der zumindest entweder den Ventilöffnungszeitpunkt, die Ventilöffnungsdauer oder die maximale Ventilhubgröße des Einlaßventils um fassenden Ventilsteuerungswerte entsprechend dem die Stärke der Zirkulation repräsentierenden Wert umfaßt.

4. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner eine Einrichtung (154) zur Modifikation einer Grund-Kraft stoffeinspritzmenge entsprechend zumindest entweder dem Ventilöffnungszeitpunkt, der Ventilöffnungsdauer oder der maximalen Ventilhubgröße des Einlaßventils umfaßt.

5. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner eine Einrichtung (174) zur Modifikation eines Bezugs-Zünd zeitpunkts entsprechend zumindest entweder dem Ventil öffnungszeitpunkt, der Ventilöffnungsdauer oder der ma ximalen Ventilhubgröße des Einlaßventils umfaßt.

6. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Ein richtung zur Bestimmung des Soll-L/K eine Einrichtung zur Bestimmung eines erforderlichen Drehmoments des Mo tors auf der Grundlage des Betätigungsgrads des Gaspe dals eines Kraftfahrzeugs mit dem darin montierten Mo tor und eine Einrichtung zur Bestimmung des Soll-L/K auf der Grundlage des erforderlichen Drehmoments des Motors umfaßt und die Einrichtung zur Bestimmung der Ventilsteuerungswerte eine Einrichtung (Fig. 16) zur Bestimmung eines die Stärke der Verwirbelung angebenden Werts entsprechend dem erforderlichen Motordrehzahlwert und einer Motordrehzahl umfaßt.

7. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Ein richtung zur Bestimmung der Steuerungswerte eine Ein richtung (Fig. 17 und 18) zur Bestimmung des Ventil öffnungszeitpunkts, der Ventilöffnungsdauer und der ma ximalen Ventilhubgröße auf der Grundlage des die Stärke der Verwirbelung repräsentierenden Werts und der erfor derlichen Ansaugluft umfaßt.

8. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Ein richtung zur Bestimmung der Steuerungswerte einen Spei cher zur Speicherung einer eine Beziehung zwischen dem Motordrehzahlwert, der Ventilöffnungsdauer und der ma ximalen Ventilhubgröße angebenden Datenmaske (Fig. 16, 17 und 18) umfaßt.

9. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Ver wirbelung der Ansaugluft zumindest entweder ein Wirbel oder eine Umwälzung ist, die im Inneren des Zylinders des Motors erzeugt werden.

10. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der der die Stärke der Verwirbelung angebende Wert durch einen Drehwinkel eines im Inneren des Zylinders erzeugten Wirbelstroms oder Umwälzstroms der angesaugten Luft pro Zeiteinheit repräsentiert wird.

11. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der, wenn der Motor in einem Kraftfahrzeug montiert ist und das Kraftfahrzeug eine Einrichtung zur Erzeugung eines ei nen Betätigungsgrad des Gaspedals repräsentierenden Si gnals und einen Katalysator enthält, die Einrichtung zur Bestimmung des Soll-L/K eine Einrichtung (141) zur Bestimmung eines Grund-L/K auf der Grundlage des den Grad der Betätigung des Gaspedals repräsentierenden Si gnals und eines die Drehzahl des Motors repräsentieren den Signals und eine Einrichtung (144) zur Bestimmung des Soll-L/K durch Korrigieren des Grund-L/K entspre chend dem für den Zylinder geeigneten vorgegebenen L/K umfaßt, wobei das L/K eine Steigerung der Temperatur des Katalysators berücksichtigt.

12. Computernutzbares Medium mit auf dem Medium ausgeführ ten computerlesbaren Programmcodemitteln für ein Steue rungsverfahren für einen Motor mit einem elektromagne tischen Stellglied zur Steuerung eines Öffnungs- und Schließvorgangs eines Einlaßventils entsprechend einem elektrischen Antriebssignal, wobei die computerlesbaren Programmcodemittel umfassen:
einen Prozeß (141, 144) zur Bestimmung eines Soll-L/K auf der Grundlage eines einem erforderlichen Motorlei stungswert entsprechenden Signals und eines einen Be triebszustand des Motors repräsentierenden Signals,
einen Prozeß (143) zur Bestimmung eines erforderlichen Ansaugluftstroms für einen Zylinder des Motors auf der Grundlage des den Betriebszustand des Motors repräsen tierenden Signals und des Soll-L/K und
einen Prozeß (145, 147, 148 bis 150) zur Bestimmung von einen Öffnungs- und Schließvorgang des Einlaßventils betreffenden Steuerungswerten, die zumindest entweder einen Ventilöffnungszeitpunkt, eine Ventilöffnungsdauer oder eine maximale Ventilhubgröße des Einlaßventils um fassen, auf der Grundlage des erforderlichen Ansaug luftstroms und des Soll-L/K und zur Erzeugung des elek trischen Antriebssignals entsprechend den Steuerungs werten.

13. Computernutzbares Medium nach Anspruch 12, bei dem der Prozeß zur Bestimmung des Soll-L/K einen Prozeß zur Be stimmung eines erforderlichen Motordrehmoments auf der Grundlage eines Betätigungsgrads des Gaspedals eines Kraftfahrzeugs mit dem darin montierten Motor und einen Prozeß zur Bestimmung des Soll-L/K auf der Grundlage des erforderlichen Motordrehmoments umfaßt und der Pro zeß zur Bestimmung der Ventilsteuerungswerte einen Pro zeß (145) zur Bestimmung eines die Stärke einer Verwir belung repräsentierenden Werts entsprechend dem erfor derlichen Motordrehmomentwert und einer Drehzahl des Motors umfaßt.

14. Computernutzbares Medium nach Anspruch 13, bei dem der Prozeß zur Bestimmung der Ventilsteuerungswerte einen Prozeß (147) zur Bestimmung des Ventilöffnungszeit punkts, der Ventilöffnungsdauer und der maximalen Ven tilhubgröße auf der Grundlage eines die Stärke der Ver wirbelung repräsentierenden Werts und des erforderli chen Ansaugluftstroms umfaßt.

15. Computernutzbares Medium nach Anspruch 14, bei dem ein Prozeß zur Bestimmung der Ventilsteuerungswerte einen Prozeß zur Bestimmung des Ventilöffnungszeitpunkts, der Ventilöffnungsdauer und der maximalen Ventilhubgröße durch Abrufen einer eine Beziehung zwischen dem Motor drehmomentwert, der Motordrehzahl, dem Ventilöffnungs zeitpunkt, der Ventilöffnungsdauer und der maximalen Ventilhubgröße angebenden Datenmaske (Fig. 15, 17 und 18) umfaßt.