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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Lufteinlasssteuersysteme
von Motoren und ein Verfahren zum Steuern einer Lufteinlassmenge
in einem Verbrennungsmotor und insbesondere Lufteinlasssteuersysteme
einer Art, die für
einen Verbrennungsmotor verwendet wird, der sowohl eine elektronisch
gesteuerte Drosselklappe, deren Winkelposition frei gesteuert werden
kann, als auch elektromagnetisch betriebene Einlass- und Auslassventile
(d.h. Stellventile), deren Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung frei
gesteuert werden kann, besitzt.
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Eine
Drosselklappe ist in Verbrennungsmotoren weit verbreitet für das Steuern
der Menge einer eingelassenen Luft, die zu den Zylindern (d.h. den Verbrennungskammern)
des Motors geführt
wird, verwendet worden. Heutzutage ist jedoch zum Steuern der Lufteinlassmenge
die Verwendung elektromagnetisch betriebener Einlass- und Auslassventile anstelle
von oder zusätzlich
zu einer Drosselklappe vorgeschlagen und in die Praxis umgesetzt
worden. Das heißt,
dass durch Steuern der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung der Ventile,
und besonders der Einlassventile, die Menge der eingelassenen Luft
gesteuert wird. Eines der Systeme, das eine solche Idee verkörpert, ist
in der JP 8-200025
offenbart.
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In
den Motoren, die ein solches System aufweisen, wird keine Drosselklappe
verwendet, oder, selbst wenn sie verwendet wird, wird die Drosselklappe
hilfsweise für
die Steuerung der Lufteinlassmenge verwendet. Das heißt, dass
für das
Steuern der Menge der eingelassenen Luft der Betrieb der Einlassventile
hauptsächlich
durch Steuern der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
derselben benutzt wird. Im Betrieb des Motors mit dieser Steuerung
ist es erlaubt, dass das Innere des Einlassdurchgangs einen leicht
negativen Druck aufweist, wodurch ein Pumpverlust verringert wird
und so ein thermischer Nettowirkungsgrad des Motors verbessert wird.
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Durch
die unvermeidliche Beschränkung
der Betriebsgeschwindigkeit der elektromagnetisch betriebenen Einlassventile,
ist es bei einer Hochgeschwindigkeitsfahrt eines assoziierten Motorfahrzeugs
jedoch schwierig, die Lufteinlassmenge unter Verwendung lediglich
des Betriebs der Einlassventile auf einen gewünschten Wert zu steuern. In
Hinblick darauf kann eine Maßnahme
ausgedacht werden, in der in Übereinstimmung
mit der Betriebsbedingung des Motors die Lufteinlasssteuerung in
einen Modus geschaltet wird, in dem die Lufteinlassmenge hauptsächlich durch
die Drosselklappe gesteuert wird, wobei ein steuerbarer Bereich
der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung der Einlassventile verkleinert
wird.
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Es
tritt jedoch selbst in der oben genannten Maßnahme unvermeidbar auf, dass
in der bestimmten Betriebsbedingung des Motors das Veranlassen der
Hauptsteuerung durch die Drosselklappe das Drosseln der Drosselklappe
unvermeidbar einen gewissen Pumpverlust des Motors veranlasst, welches in
einem stärkeren
Herunterfahren des Motordrehmoments als durch den Betrieb der Einlassventile verursacht
resultiert. Somit gibt es die Tendenz, dass nach Schalten des Lufteinlasssteuermodus
eine unerwünschte
Drehmomentlücke
auftritt, wodurch die Antriebsfähigkeit
des Motors verringert wird.
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Die
DE 198 47 851 A1 offenbart
eine Vorrichtung zum Steuern eines Verbrennungsmotors, in der eine
Ventilöffnungszeitsteuerung
und eine Ventilschließzeitsteuerung
eines Einlassventils des Motors in Übereinstimmung mit einer Betriebsbedingung
des Motors gesteuert werden. Hierbei wird eine Drosselklappe unabhängig von
einer Position eines Gaspedals konstant auf einen großen Öffnungsgrad
eingestellt, während
der Motor unter niedriger oder mittlerer Last läuft, wobei die Ventilschließzeitsteuerung des
Einlassventils in Abhängigkeit
von einer Gaspedalposition gesteuert wird, so dass eine Menge der eingelassenen
Luft durch Steuern der Ventilschließzeitsteuerung in Abhängigkeit
von der Gaspedalposition als Steuerparameter gesteuert wird.
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Es
ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Lufteinlasssteuersystem
eines Motors und ein Verfahren zum Steuern einer Lufteinlassmenge
in den Motor, das keine Drehmomentlücke erzeugt oder zumindest
die selbe durch Schalten des Lufteinlasssteuermodus minimiert, zur
Verfügung
zu stellen.
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Dieses
Ziel wird gemäß der vorliegenden
Erfindung durch ein Lufteinlasssteuersystem eines Motors erreicht,
das umfasst eine Drosselklappe, die in einem Lufteinlassdurchgang
angebracht ist; ein Stellventil, das in einem Zylinder des Motors
eingebaut ist, wobei das Stellventil so steuerbar ist, dass es eine
gewünschte
Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung besitzt;
und eine Steuereinheit, die die genannte Drosselklappe und das genannte
Stellventil in Übereinstimmung
mit einer Betriebsbedingung des Motors steuert, wobei die genannte
Steuereinheit konfiguriert ist, sowohl einen ersten Steuermodus,
in dem eine Lufteinlasssteuerung durch Steuern der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
des genannten Stellventils unter Halten der genannten Drosselklappe
auf einer vollstän dig
geöffneten
oder nahezu vollständig
geöffneten
Position durchgeführt
wird, als auch einen zweiten Steuermodus, in dem die Lufteinlasssteuerung
durch Steuern der Position der genannten Drosselklappe unter Verringern
eines steuerbaren Bereichs der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des genannten
Stellventils durchgeführt
wird, zur Verfügung
zu stellen, wobei der genannte erste und zweite Steuermodus wahlweise
in Übereinstimmung
mit der Betriebsbedingung des Motors geschaltet wird und der genannte
erste und zweite Steuermodus es dem genannten Motor ermöglichen, unter
der selben Betriebsbedingung des Motors das selbe Motordrehmoment
zu leisten, wobei der genannte erste und zweite Steuermodus durch
Berechnen der jeweiligen Lufteinlasszielmengen für den ersten bzw. zweiten Steuermodus
und Einspeisen der jeweiligen Lufteinlasszielmengen in den Motor
bereitgestellt werden, wobei die genannte Steuereinheit weiterhin
konfiguriert ist, eine korrigierte Lufteinlasszielmenge, die für den zweiten
Steuermodus benötigt wird,
auf der Grundlage einer Basis-Lufteinlasszielmenge und eines Kompensationskorrekturwerts
eines thermischen Wirkungsgradverlusts zu berechnen, und wobei der
Kompensationskorrekturwert eines thermischen Wirkungsgradverlusts
ein Korrekturwert ist, der aus Steuerparametern hergeleitet wird,
die sich auf einen thermischen Wirkungsgrad auswirken.
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Dieses
Ziel wird weiterhin gemäß der vorliegenden
Erfindung durch ein Verfahren zum Steuern einer Lufteinlassmenge
in einem Verbrennungsmotor erreicht, der eine Drosselklappe, die
in einem Lufteinlassdurchgang angebracht ist, und ein Stellventil,
das in einem Zylinder des Motors eingebaut ist und so steuerbar
ist, dass es eine gewünschte
Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung besitzt, einschließt, die Schritte
des Bereitstellens eines ersten Steuermodus, in dem eine Lufteinlasssteuerung
durch Steuern der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
des genannten Stellventils unter Halten der genannten Drosselklappe
auf einer vollständig
geöffneten
oder nahezu vollständig
geöffneten
Position durchgeführt
wird, und eines zweiten Steuermodus, in dem die Lufteinlasssteuerung
durch Steuern der Position der genannten Drosselklappe unter Verringern
eines steuerbaren Bereichs der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
des genannten Stellventils durchgeführt wird; des Berechnens jeweiliger
Lufteinlasszielmengen für den
ersten und zweiten Steuermodus, wobei es die so berechneten jeweiligen
Lufteinlasszielmengen dem Motor ermöglichen, unter der selben Betriebsbedingung
des Motors im wesentlichen das selbe Motordrehmoment in dem ersten
bzw. dem zweiten Steuermodus zu leisten; des Ausführens eines Schaltens
zwischen dem genannten ersten und zweiten Steuermodus in Übereinstimmung
mit einer Betriebsbedingung des Motors; und des Berechnens einer
korrigierten Lufteinlasszielmenge auf der Grundlage einer Basis-Lufteinlasszielmenge und
eines Kompensationskorrekturwerts eines thermischen Wirkungsgradverlusts,
wenn der zweite Steuermodus gewählt
worden ist, wobei der Kompensationskorrekturwert eines thermischen
Wirkungsgradverlusts ein Korrekturwert ist, der aus Steuerparametern hergeleitet
wird, die sich auf einen thermischen Wirkungsgrad auswirken, umfassend.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden in den weiteren Unteransprüchen dargelegt.
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Im
folgenden wird die Erfindung in größerer Ausführlichkeit mithilfe verschiedener
Ausführungsformen
derselben in Verbindung mit den begeleitenden Zeichnungen erläutert, in
denen
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1 ein
schematisches Diagramm eines Verbrennungsmotors ist, auf den ein
Lufteinlasssteuersystem der vorliegenden Erfindung praktisch angewendet
wird;
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2 eine
Schnittansicht eines elektromagnetisch betätigten Ventils ist, das in
dem Lufteinlasssteuersystem der vorliegenden Erfindung benutzt wird;
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3 ein
Flussdiagramm ist, das Betriebsschritte zeigt, die in einer Steuereinheit
durchgeführt werden,
die in einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
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4 ein
Diagramm ist, das eine Lufteinlasszielmenge (Q) in bezug auf einen Öffnungsgrad des
Gaspedals (APO) und eine Motordrehzahl (Ne) bildlich darstellt;
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5 ein
Diagramm ist, das einen Kompensationskorrekturwert „x" eines thermischen
Wirkungsgradverlusts in bezug auf eine Kraftstoffeinspritzreferenzmenge
(TP) und eine Motordrehzahl (Ne) bildlich darstellt; und
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6, 7 und 8 Flussdiagramme ähnlich zu
der 3 sind, die aber eine zweite, dritte und vierte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Auf 1 Bezug
nehmend wird ein Viertaktverbrennungsmotor 10, der mit
Benzin betrieben wird, gezeigt, für den ein Lufteinlasssteuersystem
der vorliegenden Erfindung in praxi verwendet wird.
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Jeder
Zylinder des Motors 10 wird mit Einlass- und Auslassventilen 12 und 14 ausgestattet,
die durch einen elektromagnetischen Ventilauslöser 16 gesteuert werden.
Das heißt,
dass die Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung jedes Ventils 12 oder 14 durch
den Auslöser 16 gesteuert
wird. Ein Einlass 18, der zu jedem Zylinder führt, wird
mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 20 ausgestattet,
und jeder Zylinder ist mit einem Zündstecker 22 ausgestattet,
der einer Brennkammer 24 ausgesetzt ist. Der Zündstecker 22 ist
mit einer Zündspule 26 ausgestattet.
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Ein
Kurbelwinkelsensor 28 wird an dem Motor 10 angeschlossen,
der ein Referenzsignal nach der Detektion einer Referenzposition
ausgibt, die durch einen Kolben jedes Zylinders eingenommen wird,
und der ein Winkeleinheitssignal für jede Kurbelwinkeleinheit
ausgibt. Ein Luftströmungsmesser 30 ist
in einem Lufteinlassdurchgang stromaufwärts von jedem Einlass 18 angebracht,
der die Menge der Luft ermittelt, die in Richtung zu dem Motor 10 geleitet
wird. Ein Sensor 31 für
negativen Druck wird in den Lufteinlassdurchgang hinter dem Luftströmungsmesser 30 angebracht,
der einen negativen Druck ermittelt, der in dem Lufteinlassdurchgang
erzeugt wird. Ein Wassertemperatur-Sensor 32 wird an dem Motor 10 angeschlossen,
um die Temperatur des Motorkühlwassers
zu ermitteln. Durch Bezugszeichen 34 und 36 sind
ein Gaspedal-Sensor und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 36 bezeichnet.
Das heißt,
dass der Gaspedal-Sensor 34 einen Öffnungsgrad eines Gaspedals
(genauer den Grad des Herunterdrückens
eines Gaspedals) detektiert, und dass der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 36 die
Fahrtgeschwindigkeit eines assoziierten Kraftfahrzeugs detektiert.
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Informationssignale
von den Sensoren 28, 30, 31, 32, 34 und 36 werden
sämtlich
in eine Steuereinheit 38 eingespeist. Indem sie diese Informationssignale
verarbeitet, speist die Steuereinheit 38 ein Einspritzimpulssignal
in jede Kraftstoffeinspritzdüse 20 ein,
um eine Kraftstoffeinspritzmenge und ein Kraftstoffeinspritzeitsteuerung
zu steuern, speist ein Zündsignal
in jede Zündspule 26 ein,
um einen Zündzeitpunkt
zu steuern, und speist ein Ventilbetätigungssignal in jeden elektromagnetischen
Ventilauslöser 16 ein,
um die Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Einlass- und Auslassventils 12 und 14 zu steuern.
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In
dem Lufteinlassdurchgang ist in einer Position zwischen dem Luftströmungsmesser 30 und dem
Sensor 31 für
negativen Druck eine Drosselklappe 40 angebracht, deren Öffnungs-/Schließungs-Schwenken
durch einen Elektromotor 42 betätigt wird. Der Motor 42 wird
durch ein Steuersignal gesteuert, das von der Steuereinheit 38 ausgegeben wird.
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In 2 wird
das Detail des elektromagnetischen Ventilauslösers 16 gezeigt. Wie
gezeigt umfasst der Auslöser 16 ein
Gehäuse 44,
das aus einem unmagnetischen Material hergestellt ist. Ein Anker 46 wird,
wie gezeigt, beweglich in dem Gehäuse 44 aufgenommen,
mit dem ein Ventilschaft 48 des Einlassventils 12 (oder
des Auslassventils 14) integral verbunden ist. Zur Vereinfachung
der Beschreibung erfolgt die Beschreibung nur mit Bezug auf das
Einlassventil 12. Ein Ventilschließ-Elektromagnet 50 wird
an einer oberen Position in dem Gehäuse 44 angebracht,
der, wenn er elektrisch betrieben wird, den Anker 46 anzieht
oder hochzieht, um das Einlassventil 12 in seine Schließposition
zu bringen. Ein Ventilöffnungs-Elektromagnet 52 wird
an einer niedrigeren Position in dem Gehäuse 44 angebracht,
der, wenn er elektrisch betrieben wird, den Anker 46 anzieht oder
herunterzieht, um das Einlassventil 12, wie gezeigt, in
seine geöffnete
Position zu bringen. Eine Ventilschließ-Feder 54 wird zwischen
dem Anker 46 und der unteren Wand des Gehäuses 44 zusammengedrückt, um
den Anker 46 nach oben, das heißt in einer Richtung zum Schließen des
Einlassventils 12, voreinzustellen. Außerdem wird eine Ventilöffnungsfeder 56 zwischen
dem Anker 46 und der oberen Wand des Gehäuses 44 zusammengedrückt, um
den Anker 46 nach unten, das heißt in einer Richtung zum Öffnen des
Einlassventils 12, voreinzustellen. Die Federkräfte der
zwei Federn 54 und 56 werden so eingestellt, dass,
wenn die zwei Elektromagneten 50 und 52 außer Betrieb
sind, das Einlassventil 12 eine geringfügige geöffnete Position, das heißt, eine
Zwischenposition zwischen der vollständig offenen und der vollständig geschlossenen
Position des Einlassventils 12, einnimmt. Wenn nur der
Ventilschließ-Elektromagnet 50 des
Ventils betrieben wird, wird das Einlassventil 12 gegen
die Kraft der Ventilöffnungsfeder 56 bis
zu der vollständig
geschlossenen Position hinauf gebracht, während, wenn nur der Ventilöffnungs-Elektromagnet 52 betrieben
wird, das Einlassventil 12 gegen die Kraft der Ventilschließfeder 54 zu
der vollständig
offenen Position gesenkt wird.
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Der
elektromagnetische Ventilauslöser 16 betätigt das
Einlassventil 12 auf eine solche Weise, dass mit Hilfe
der Steuereinheit 38 die Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
des Einlassventils 12 einen Zielwert nimmt, der auf dem
Betriebszustand des Motors 10 basiert. Das heißt, dass
die Schließzeitsteuerung
(IVC) jedes Einlassventils 12 in Übereinstimmung mit einer Lufteinlasszielmenge
gesteuert wird (Q: d.h. die Zielmenge der ein gelassenen Luft, die
in jeden Zylinder eingespeist wird: das Zieldrehmoment des Motors),
die auf der Grundlage sowohl des Grads der Gaspedalöffnung (APO),
der von dem Gaspedal-Sensor 34 detektiert wird, als auch
der Motordrehzahl (Ne), die von dem Kurbelwinkelsensor 28 detektiert
wird, hergeleitet wird. Genauer gesagt wird für diese Steuerung die Öffnungszeitsteuerung
(IVO) des Einlassventils 12 in der Nähe des oberen Totpunktes (TDC)
des entsprechenden Kolbens festgelegt, und die Schließzeitsteuerung
(IVC) des Einlassventils 12 wird hergeleitet, indem man
in einem Diagramm nachschaut, das eine Relation zwischen der Lufteinlasszielmenge
(Q) und der Schließzeitsteuerung
(IVC) darstellt. Wenn die erforderliche Lufteinlasszielmenge (Q)
klein ist, wird die Schließzeitsteuerung
(IVC) des Einlassventils 12 an der Seite des oberen Totpunktes
(TDC) eingestellt, während,
wenn die erforderliche Lufteinlasszielmenge (Q) groß ist, die
Schließzeitsteuerung
(IVC) an der Seite des unteren Totpunktes (BDC) eingestellt wird.
In der vorliegenden Erfindung wird die Schließzeitsteuerung (IVC) des Einlassventils 12 so
eingestellt, dass sie etwas früher
als der Zeitpunkt des unteren Totpunktes (BDC) des Kolbens im Einlasstakt
erscheint. Wenn es gewünscht
wird, kann die Schließzeitsteuerung (IVC)
so eingestellt werden, dass sie etwas später als der Zeitpunkt des unteren
Totpunktes (BDC) erscheint.
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Bei
der Steuerung für
das Erhalten der Lufteinlasszielmenge übernimmt die Schließzeitsteuerung
des Einlassventils 12, die den wirkungsvollen Einlasstakt
des Kolbens bestimmt, einen großen
Teil der Bestimmung der Lufteinlasszielmenge (Q). Das heißt, dass
die Position, die durch den Kolben nach Beendigung des Einlasstakts
(oder nach dem Schließen
des Einlassventils 12) eingenommen wird, den effektiven
Einlasstakt des Kolbens bestimmt. Außerdem übernimmt die Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
der Einlass- und Auslassventile 12 und 14, das heißt, die Öffnungszeitsteuerung
(IVO) des Einlassventils 12 und die Schließzeitsteuerung
(EVO) des Auslassventils 14, die eine Ventilüberlappungsrate festlegen,
und die Öffnungszeitsteuerung
(EVO) des Auslassventils 14, die an der Abgaseffizienz
teilnimmt, einen größeren Teil
bei dem Bestimmen der internen EGR (Abgasumlaufrate) und folglich
bei dem Bestimmen der Einlassluftmenge (d.h. der Menge an Frischluft,
die in jeden Zylinder eingespeist wird). Somit schließt in der
Erfindung die Steuerung der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung eines
Stellventils für
das Steuern der Einlassluftmenge zumindest eine Steuerung der Schließzeitsteuerung
des Einlassventils 12 ein. Jedoch kann die Steuerung der Erfindung
die Steuerung der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung der Einlass-
und Auslassventile 12 und 14 einschließen.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird in der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen,
indem man die Steuerung der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des
variablen Stellventils ausführt,
besonders dadurch, dass man die Steuerung des Vorrückens oder des
Verzögerns
der Schließzeitsteuerung
des Einlassventils 12 durchführt, die Einlassluftmenge auf eine
Lufteinlasszielmenge gesteuert. Diese Steuerung wird im Weiteren
als „erster
Steuermodus" bezeichnet.
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Dieser
erste Steuermodus ist jedoch, wie es vorstehend erwähnt worden
ist, nicht für
die niedrige Last und den Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Motors
geeignet. Das heißt,
dass durch diesen ersten Steuermodus keine exakte Steuerung auf
die Lufteinlasszielmenge erreicht wird, wenn der Motor unter einer
niedrigen Last und einer Hochgeschwindigkeitsbedingung steht. Tatsächlich kann
bei dieser niedrigen Last und in diesem Hochgeschwindigkeitsbetrieb eine
viel exaktere Steuerung zur Lufteinlasszielmenge erzielt werden,
indem man die Drosselklappe 40 in Übereinstimmung mit der Temperatur
des Motorkühlwassers
steuert.
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Dementsprechend
wird in der vorliegenden Erfindung in einem solchen Betriebsbereich
des Motors ein zweiter Steuermodus angenommen, in dem der steuerbare
Bereich der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 klein
gehalten wird und der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 16 frei in Übereinstimmung mit der Lufteinlasszielmenge
gesteuert wird. Genauer gesagt wird in dem Ventil 12 oder 14 die
Ventilzeitsteuerung festgelegt. Das heißt, dass die Öffnungszeitsteuerung (IVO)
des Einlassventils 12 in der Nähe des oberen Totpunktes (TDC)
des entsprechenden Kolbens festgelegt wird, und dass die Schließzeitsteuerung
(IVC) des Einlassventils 12 in der Nähe des unteren Totpunktes (BDC)
festgelegt wird.
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Es
soll folglich bemerkt werden, dass in dem ersten Steuermodus die
Lufteinlassmenge hauptsächlich
durch die Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Stellventils 12 oder 14 gesteuert
wird, während
in dem zweiten Steuermodus die Lufteinlassmenge hauptsächlich durch
den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 40 gesteuert wird.
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Nach
dem Schalten zwischen dem ersten und zweiten Steuermodus wird eine
Korrektursteuerung an der Lufteinlassmenge vorgenommen, um eine
Motordrehmomentlücke
zu unterdrücken
oder mindestens herabzusetzen, die erzeugt werden würde, wenn
die selbe Lufteinlassmenge in jedem der zwei Steuermodi verwendet
würde.
Tatsächlich
ist das Motordrehmoment bei Verbrauch der selben Lufteinlassmenge,
das von dem zweiten Steuermodus bereitgestellt wird, kleiner als
dasjenige, das von dem ersten Steuermodus bereitgestellt wird.
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Im
folgenden wird die Korrektursteuerung für die Lufteinlassmenge, die
nach dem Schalten zwischen dem ersten und zweiten Steuermodus durchgeführt wird,
mit Bezug auf Flussdiagramme der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Auf 3 Bezug
nehmend wird ein Flussdiagramm der Betriebsschritte gezeigt, die
in einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
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In
Schritt S1 wird auf der Grundlage des Öffnungsgrads des Gaspedals
(APO) und der Motordrehzahl (Ne) eine Lufteinlasszielmenge (Q),
die für das
Erhalten eines Motorzieldrehmoments benötigt wird, errechnet. In diesem
Schritt bezieht sich die Lufteinlasszielmenge (Q) auf die Menge,
die in dem ersten Steuermodus benötigt wird, in dem die Lufteinlassmenge
hauptsächlich
dadurch gesteuert wird, dass man die Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Stellventils
steuert. Genauer gesagt wird die Lufteinlasszielmenge (Q) hergeleitet,
indem man in einem Diagramm von 4 nachschaut,
das eine Relation zwischen dem Öffnungsgrad
des Gaspedals (APO), der Motordrehzahl (Ne) und der Lufteinlasszielmenge
(Q) zeigt.
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Vorzugsweise
ist die Lufteinlasszielmenge (Q) eine Menge, die hergeleitet wird,
indem man eine Lufteinlassmenge, die für den Leerlauf des Motors 10 benötigt wird,
der oben beschriebenen Lufteinlasszielmenge (Q) hinzufügt.
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In
Schritt S2 wird einer von dem ersten und zweiten Steuermodus in Übereinstimmung
mit einem Betriebszustand des Motors 10 ausgewählt. Das heißt, dass
in einem Betriebsbereich niedriger Last oder einer hohen Geschwindigkeit
des Motors 10, der auf der Grundlage des Öffnungsgrad
des Gaspedals (APO) und der Motordrehzahl (Ne) ermittelt wird, der zweite
Steuermodus ausgewählt
wird. Hingegen wird in dem anderen Betriebsbereich des Motors 10 der erste
Steuermodus ausgewählt.
In diesem anderen Betriebsbereich kann auch die oben erwähnte Steuerung
der Drosselklappe 40, die auf der Temperatur des Motorkühlwassers
basiert, verwendet werden.
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Wenn
in Schritt S2 der erste Steuermodus ausgewählt wird, geht der Betriebsschritt
zu Schritt S3. In diesem Schritt wird eine Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 (oder
mindestens die Schließzeitsteuerung des
Einlassventils 12) auf eine solche Weise errechnet, dass
die Lufteinlasszielmenge (Q), die in dem Schritt S1 hergeleitet
wird, durch den ersten Steuermodus erhalten wird, und dann wird
die so errechnete Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung direkt an den elektromagnetischen
Ventilauslöser 16 ausgegeben. Dann
wird in Schritt S4 ein Zielöffnungsgrad
der Drosselklappe 40 in einer solchen Weise errechnet, dass
die Lufteinlasszielmenge (Q) durch den ersten Steuermodus erhalten
wird. Nunmehr wird der Zielöffnungsgrad
so errechnet, dass er einer vollständig offenen Position der Drosselklappe 40 oder
einer Position nah an der vollständig
offenen Position entspricht. Der berechnete Zielöffnungsgrad wird an den Elektromotor 42 ausgegeben.
Somit wird in dem ersten Steuermodus die Lufteinlassmenge durch
die Steuerung der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 auf
die Zielmenge (Q) gesteuert, wobei die Drosselklappe 40 in der
vollständig
offenen oder fast vollständig
offenen Position gehalten wird.
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Währenddessen
geht, wenn der zweite Steuermodus in Schritt S2 ausgewählt wird,
der Betriebsschritt zu Schritt S5 über. In diesem Schritt wird
ein thermischer Kompensationskorrekturwert (x) eines thermischen
Wirkungsgradverlusts errechnet. Das heißt, dass aus dem Grund des
Pumpverlustes in dem Fall des zweiten Steuermodus unter Verwendung
von hauptsächlich
dem Betrieb der Drosselklappe 40 ein Motordrehmomentverlust
(d.h., der thermische Wirkungsgrad wird verringert), verglichen mit
dem Fall des ersten Steuermodus unter Verwendung hauptsächlich des
Betriebs des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14,
markant wird. Um diesen thermischen Wirkungsgradverlust in dem zweiten
Steuermodus zu kompensieren, wird der Korrekturwert „x" für das Kompensieren
des thermischen Wirkungsgradverlusts auf eine Weise errechnet, um
den Wert der Zielmenge (Q) zu erhöhen. Der Pumpverlust, der die
größte Ursache
des Verlustes des thermischen Wirkungsgrads ist, wird durch den
Einlassdruck oder die Menge der eingelassenen Luft, die in jeden
Zylinder eingespeist wird, (die im weiteren zur Einfachheit der
Beschreibung als „Zylinderlufteinlassmenge" bezeichnet wird)
bestimmt. Somit kann, wenn ein Einlassdrucksensor zur Verfügung gestellt
wird, oder wenn eine Kraftstoffeinspritzreferenzmenge (Tp) entsprechend
der Zylinderlufteinlassmenge separat errechnet wird, der Korrekturwert „x" näherungsweise aus
einem Einlassdruck (Pb), der durch den Einlassdrucksensor detektiert
wird, oder aus der Kraftstoffeinspritzreferenzmenge (Tp) errechnet
werden. Der Einlassluftstrom, der abhängig von der Motordrehzahl
variiert, hat einen Einfluss auf die Verbrennungsfähigkeit
des Motors und folglich auf den thermischen Wirkungsgrad desselben.
Somit kann, wenn die Berechnung durchgeführt wird, indem man in einem
Diagramm, wie in 5 gezeigt, nachschaut, das den Korrekturwert „x" für das Kompensieren
des thermischen Wirkungsgradverlusts unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzreferenzmenge
(Tp) (oder des Einlassdrucks (Pb)) und die Motordrehzahl (Ne) als
Parameter zur Verfügung
stellt, ein viel genauerer Korrekturwert „x" erhalten werden.
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Zurück zu dem
Flussdiagramm von 3 wird in dem Schritt S6 eine
korrigierte Lufteinlasszielmenge (Q') erhalten, indem man „Q" mit „x" multipliziert. In
Schritt S7 wird eine Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 auf eine
solche Weise errechnet, dass die korrigierte Lufteinlasszielmenge
(Q') durch den zweiten
Steuermodus erreicht wird, und sodann wird die so berechnete Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung an
den elektromagnetischen Ventilauslöser 16 ausgegeben. Dann
wird in Schritt S8 ein Zielöffnungsgrad
der Drosselklappe 40 auf eine solche Weise berechnet, dass
die korrigierte Lufteinlasszielmenge (Q') durch den zweiten Steuermodus erreicht
wird, und der so berechnete Zielöffnungsgrad
wird an den Elektromotor 42 ausgegeben. Wie in einer normalen
Steuerung für
die Drosselklappe wird die Ziel-Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des
Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 in diesem zweiten
Steuermodus so eingestellt, dass sie einen Wert hat, dessen variabler
Bereich aufgrund einer Änderung
des Motorbetriebszustandes klein ist. Währenddessen wird der Zielöffnungsgrad
der Drosselklappe 40 in diesem zweiten Steuermodus so eingestellt,
dass ein Wert erhalten wird, dessen variabler Bereich verhältnismäßig groß ist, so
dass die Lufteinlassmenge hauptsächlich durch
die Drosselklappe 40 gesteuert wird.
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Dementsprechend
wird in dem zweiten Steuermodus die Lufteinlassmenge durch das Steuern des Öffnungsgrads
der Drosselklappe 40 auf die korrigierte Lufteinlasszielmenge
(Q') gesteuert,
wobei im Allgemeinen die Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 festgelegt
gesteuert wird. Dadurch wird sogar in diesem zweiten Steuermodus
ein Motordrehmoment erreicht, das mit dem identisch ist, das in
dem ersten Steuermodus erreicht wird, in dem die Lufteinlasszielmenge
auf „Q" eingestellt wird.
Somit wird, selbst wenn ein Schalten zwischen dem ersten und zweiten
Steuermodus aufgrund einer Änderung
in dem Motorbetriebszustand stattfindet, eine unerwünschter
Drehmomentlücke unterdrückt oder
mindestens verkleinert.
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Auf 6 Bezug
nehmend wird ein Flussdiagramm der Betriebschritte gezeigt, die
in einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
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Da
die Schritte S1, sind S2, S3 und S4 die selben wie die in der oben
erwähnten
ersten Ausführungsform
sind, wird eine Beschreibung von ihnen im folgenden ausgelassen.
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Wenn
in Schritt S2 der zweite Steuermodus ausgewählt wird, geht der Betriebsfluss
zu Schritt S11 über.
In diesem Schritt wird eine Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des
Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 auf eine solche
Weise errechnet, dass die Lufteinlasszielmenge (Q), die in Schritt
S1 hergeleitet wird, durch den zweiten Steuermodus erhalten wird, und
sodann wird die errechnete Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung nunmehr
an den elektromagnetischen Ventilauslöser 16 ausgegeben.
Dann wird in Schritt S12 ein Kompensationskorrekturwert „x" eines thermischen
Wirkungsgradverlusts wie in der Art errechnet, die in Schritt S5
der oben erwähnten
ersten Ausführungsform
von 3 verwendet worden ist. Dann wird in Schritt S13
eine korrigierte Lufteinlasszielmenge (Q') erhalten, indem man „Q" mit „x" multipliziert. Dann
wird in Schritt S14 ein Zielöffnungsgrad
der Drosselklappe 40 auf eine solche Weise errechnet, dass
die korrigierte Lufteinlasszielmenge (Q') durch den zweiten Steuermodus erreicht wird,
und der so berechnete Zielöffnungsgrad
wird an den Elektromotor 42 ausgegeben.
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Es
ist nun zu bemerken, dass die Berechnung des Zielöffnungsgrads
der Drosselklappe 40, die in Schritt S14 durchgeführt worden
ist, sich von derjenigen, die in Schritt S8 der ersten Ausführungsform
durchgeführt
worden ist, unterscheidet. Das heißt, dass in der zweiten Ausführungsform
die Berechnung der Ziel-Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 auf
die nicht korrigierte Lufteinlasszielmenge (Q) erfolgt, und dass ein
erhöhter
Korrekturteil der korrigierten Lufteinlasszielmenge (Q') nicht durch die
Steuerung der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14,
sondern durch ein erhöhtes Korrekturteil
des Öffnungsgrads
der Drosselklappe 40 abgedeckt wird, und folglich wird
der Zielöffnungsgrad
der Drosselklappe 40 ein wenig größer berechnet als derjenige,
der in Schritt S8 der ersten Ausführungsform hergeleitet wird.
In der zweiten Ausführungsform
wird im wesentlichen der selbe Betrieb wie in der ersten Ausführungsform
erreicht. Da jedoch in der zweiten Ausführungsform eine Korrektur nur
auf den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 40 angewendet wird, wird eine Einstellungsanpassung
viel leichter als verglichen mit der ersten Ausführungsform erreicht.
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Auf 7 Bezug
nehmend wird ein Flussdiagramm der Betriebsschritte gezeigt, die
in einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
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Da
die Schritte S1, S2, S4, S12, S13 und S14 die selben wie die in
der oben erwähnten
zweiten Ausführungsform
von 6 sind, wird eine Erklärung von ihnen in der folgenden
Beschreibung ausgelassen.
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In
der dritten Ausführungsform
nähert
sich nach dem Schalten von dem ersten auf den zweiten Steuermodus
und umgekehrt ein Zielwert der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
des Stellventils, der nach dem Schalten hergeleitet wird, einem
Wert mit einer Verzögerung.
Das heißt,
dass in Schritt S3' eine verzögerte Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 auf eine
solche Weise berechnet wird, dass die Lufteinlasszielmenge (Q) durch
den ersten Steuermodus erhalten wird, und die so berechnete Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
wird nunmehr an den elektromagnetischen Ventilauslöser 16 ausgegeben.
In Schritt S11' wird
eine verzögerte
Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 in einer
solchen Weise errechnet, dass die Lufteinlasszielmenge (Q) durch
den zweiten Steuermodus erhalten wird, und die so berechnete Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
wird nunmehr an den elektromagnetischen Ventilauslöser 16 ausgegeben.
Für das
Bereitstellen der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung mit der Verzögerung wird
ein Verfahren zur Berechnung eines gewichteten Mittelwerts verwendet.
Der Verzögerungsgrad
wird entsprechend der Veränderung
des Zielöffnungsgrads
der Drosselklappe 40 festgestellt. Das heißt, dass
mit der Zunahme der Veränderung,
der Verzögerungsgrad
der Ziel-Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 zunimmt.
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Wenn
ein Schalten von dem ersten (oder dem zweiten) Steuermodus zu dem
zweiten (oder dem ersten) Steuermodus ausgeführt wird, wird die Drosselklappe 40 so
gesteuert, dass sie von der fast vollständig offenen Position (oder
von der gesteuerten geöffneten
Position, die vor der Schaltung eingenommen wird) in die geöffnete Zielposition
(oder in die fast vollständig
offene Position) schwenkt. Das heißt, dass nach einer solchen
Schaltung die Drosselklappe 40 so gesteuert wird, dass
ihr Öffnungsgrad
verringert (oder erhöht)
wird, wodurch der Einlassdruck verringert (oder erhöht) wird.
Nunmehr wird in der dritten Ausführungsform
in Reaktion auf eine unvermeidliche Verzögerung des Verringerns (oder von
der Erhöhung)
des Einlassdrucks, die Veränderung
zu dem Zielwert der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Stellventils
nach dem Schalten mit einer Verzögerung
versehen, so dass eine Abweichung von dem Zielwert der Lufteinlassmenge,
die nunmehr in jeden Zylinder eingespeist wird, unterdrückt oder
mindestens herabgesetzt wird. Somit wird eine unerwünschte Drehmomentlücke, die
nach der Modusschaltung erzeugt werden würde, sicher unterdrückt oder
mindestens verringert.
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Auf 8 Bezug
nehmend wird ein Flussdiagramm der Betriebsschritte gezeigt, die
in einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
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Da
die Schritte S1, S2, S4, S5, S6 und S8 die selben wie die in der
oben erwähnten
ersten Ausführungsform
von 3 sind, wird eine Erklärung von ihnen in der folgenden
Beschreibung ausgelassen.
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Auch
in der vierten Ausführungsform
nähert sich
nach der Schaltung des Steuermodus der Zielwert der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
des Stellventils einem Wert mit Verzögerung. Das heißt, dass
in Schritt S3' eine
verzögerte
Ziel-Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung
des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 auf eine
solche Weise errechnet wird, dass die Lufteinlasszielmenge (Q) durch
den ersten Steuermodus erhalten wird, und die so berechnete verzögerte Ziel-Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung wird
nunmehr an den elektromagnetischen Ventilauslöser 16 ausgegeben.
In Schritt S7' wird
eine verzögerte
Ziel-Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Einlass-/Auslassventils 12 oder 14 auf
eine solche Weise errechnet, dass die Lufteinlasszielmenge (Q') durch den zweiten
Steuermodus erreicht wird, und die so berechnete verzögerte Ziel-Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung wird
nunmehr an den elektromagnetischen Ventilauslöser 16 ausgegeben.
Aus dem im wesentlichen selben Grund wie dem in der dritten Ausführungsform
wird eine unerwünschte
Drehmomentlücke
bei der Modusschaltung sicher unterdrückt oder mindestens verringert.
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Obgleich
die Erfindung oben mit Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen
beschränkt.
Verschiedene Modifikationen und Variationen der Ausführungsformen
sind für die
Fachleute im Licht der oben genannten Lehre offensichtlich.
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Wie
oben beschrieben, wird ein Lufteinlasssteuersystem eines Motors
zur Verfügung
gestellt, das eine Drosselklappe umfasst, die in einem Lufteinlassdurchgang
angebracht ist; ein Stellventil, das in einem Zylinder des Motors
eingebaut ist; und eine Steuereinheit, die einen Modusbereitstellungsabschnitt
einschließt,
der einen ersten Steuermodus, in dem eine Lufteinlasssteuerung durch
Steuern der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Stellventils unter
Halten der Drosselklappe auf einer vollständig geöffneten oder nahezu vollständig geöffneten
Position durchgeführt
wird, und einen zweiten Steuermodus, in dem die Lufteinlasssteuerung
durch Steuern der Position der Drosselklappe unter Verringern eines steuerbaren
Bereichs der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Stellven tils durchgeführt wird,
zur Verfügung
stellt, einen Lufteinlassmengenberechnungsabschnitt, der die jeweiligen
Lufteinlasszielmengen für
den ersten bzw. zweiten Steuermodus berechnet, wobei die so berechneten
Lufteinlasszielmengen es dem Motor ermöglichen, im Wesentlichen das
selbe Motordrehmoment in dem jeweiligen ersten und zweiten Steuermodus
unter der selben Betriebsbedingung des Motors zu leisten, und einen
Modusschaltabschnitt, der ein Schalten zwischen dem ersten und dem
zweiten Steuermodus in Übereinstimmung
mit einer Betriebsbedingung des Motors durchführt.
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Es
wird weiterhin ein Lufteinlasssteuersystem eines Motors zur Verfügung gestellt,
das eine Drosselklappe umfasst, die in einem Lufteinlassdurchgang
angebracht ist; ein Stellventil, das in einem Zylinder des Motors
eingebaut ist; und eine Steuereinheit, die die Drosselklappe und
das Stellventil in Übereinstimmung
mit einer Betriebsbedingung des Motors steuert, wobei die Steuereinheit konfiguriert
ist, sowohl einen ersten Steuermodus, in dem eine Lufteinlasssteuerung
durch Steuern der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Stellventils unter
Halten der Drosselklappe auf einer vollständig geöffneten oder nahezu vollständig geöffneten
Position durchgeführt
wird, als auch einen zweiten Steuermodus, in dem die Lufteinlasssteuerung
durch Steuern der Position der Drosselklappe unter Verringern eines
steuerbaren Bereichs der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des Stellventils durchgeführt wird, zur
Verfügung
zu stellen, wobei der erste und zweite Steuermodus wahlweise in Übereinstimmung
mit der Betriebsbedingung des Motors geschaltet wird, und der erste
und zweite Steuermodus es dem Motor ermöglichen, unter der selben Betriebsbedingung
des Motors das selbe Motordrehmoment zu leisten, wobei der erste
und zweite Steuermodus durch Berechnen der jeweiligen Lufteinlasszielmengen
für den
ersten bzw. zweiten Steuermodus und Einspeisen der jeweiligen Lufteinlasszielmengen
in den Motor bereitgestellt werden.
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Außerdem wird
ein Verfahren zum Steuern einer Lufteinlassmenge für einen
Verbrennungsmotor zur Verfügung
gestellt. Der Motor schließt
eine Drosselklappe, die in einem Lufteinlassdurchgang angebracht
ist, und ein Stellventil, das in einem Zylinder des Motors eingebaut
ist und so steuerbar ist, dass es eine gewünschte Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung besitzt,
ein. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines ersten Steuermodus,
in dem eine Lufteinlasssteuerung durch Steuern der Offen-/Geschlossen-Zeitsteuerung des
Stellventils unter Haften der Drosselklappe auf einer vollständig geöffneten
oder nahezu vollständig
geöffneten
Position durchgeführt
wird, und eines zweiten Steuermodus, in dem die Lufteinlasssteuerung
durch Steuern der Position der Drosselklappe unter Verringern eines steuerbaren
Bereichs der Offen-/Geschlossen- Zeitsteuerung
des Stellventils durchgeführt
wird, das Berechnen jeweiliger Lufteinlasszielmengen für den ersten
und zweiten Steuermodus, wobei es die so berechneten jeweiligen
Lufteinlasszielmengen dem Motor ermöglichen, unter der selben Betriebsbedingung des
Motors im wesentlichen das selbe Motordrehmoment in dem ersten bzw.
dem zweiten Steuermodus zu leisten; und das Ausführen eines Schaltens zwischen
dem ersten und zweiten Steuermodus in Übereinstimmung mit einer Betriebsbedingung
des Motors.