DE10051389A1

DE10051389A1 - Drehzahlregelung bei Magermotoren

Info

Publication number: DE10051389A1
Application number: DE10051389A
Authority: DE
Inventors: Allan Joseph Kotwicki; John David Russell
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2020-10-18
Also published as: US6182636B1; GB2355495A; GB0024430D0; GB2355495B; DE10051389B4

Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit einer elektronisch gesteuerten Einlaßvorrichtung, wie zum Beispiel eine elektronische Drosselklappeneinheit, und einer elektronisch gesteuerten Auslaßvorrichtung, wie zum Beispiel ein variables Nockensteuerungssystem. Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerung der Zylinderluftladung erreicht, die schneller ist als dies mit einer Einlaßvorrichtung allein möglich ist. Mit anderen Worten, mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Zylinderluftladung durch Koordination von Einlaß- und Auslaßvorrichtung schneller als die Krümmerdynamik gesteuert. Diese verbesserte Steuerung dient zur Verbesserung verschiedener Motorsteuerfunktionen.

Description

Das Gebiet der Erfindung betrifft die Regelung der Motordrehzahl bei Verbren nungsmotoren mit magerer Verbrennung.

Bei Fremdzündungsmotoren mit Direkteinspritzung wird Kraftstoff direkt in einen Motorzylinder eingespritzt. Da der Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird, kann das Motordrehmoment rasch eingestellt werden. Diese Möglichkeit ist vorteil haft für die Durchführung der Regelung der Motordrehzahl, insbesondere im Leer lauf. Zum Beispiel kann eine plötzliche, von Nebenaggregaten wie der Servolen kungspumpe ausgehende Belastung durch entsprechende Einstellung der in den Zylinder eingespritzten Menge Kraftstoff rasch kompensiert werden.

Bei Fremdzündungsmotoren mit Direkteinspritzung ist der Zündzeitpunkt im allge meinen eng gekoppelt mit dem Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung. Frühere Ansät ze, bei denen die Motordrehzahl mit Hilfe des Zündzeitpunkts geregelt wurde, sind daher nicht anwendbar. Außerdem ist beim Betrieb mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wo die Drosselklappe im allgemeinen meistens geöffnet ist, um die Pumparbeit des Motors zu reduzieren, der Bereich der Luft/Kraftstoff- Verhältnisse durch Emissionsschutzauflagen bzw. Grenzen der Funktionsfähigkeit des Motors begrenzt. Während des Schichtladungsbetriebs im Leerlauf gibt es zum Beispiel infolge von Emissionsschutzauflagen eine Mindestgrenze für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Analog dazu gibt es eine Höchstgrenze für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis infolge von Grenzwerten für die Stabilität der Verbrennung.

Da der Motor ungedrosselt ist, was einen relativ festen Luftdurchsatz ergibt, hat die nur mit der Kraftstoffeinspritzmenge arbeitende Leerlaufregelung den Nachteil, daß der Bereich der Regelungsmöglichkeiten begrenzt ist.

Angesichts der Grenzen des Luft/Kraftstoff-Betriebs kann die Drosselklappe einge stellt werden, wodurch die Grenzwerte für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis verschoben werden und mehr Regelungsmöglichkeiten für die Kraftstoffeinspritzmenge erreicht werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß eine entsprechende Ein stellung der Drosselklappe den Betrag der Zylinderluftladung nicht rasch ändern kann. Durch Regeln des in den Krümmer eintretenden Luftstroms läßt sich die Zy linderladung infolge des Krümmervolumens nicht rasch regeln. Wenn beispielswei se die Drosselklappe sofort geschlossen wird, nimmt die Zylinderluftladung nicht sofort auf Null ab. Der Motor muß die in dem Krümmer gespeicherte Luft herunter pumpen, was eine gewissen Anzahl von Umdrehungen dauert. Die Zylinderluftla dung nimmt daher allmählich auf Null ab. Dadurch daß der in den Krümmer eintre tende Luftstrom so eingestellt wird, daß der Luft/Kraftstoff-Betrieb in einem uner wünschten Bereich von Luft/Kraftstoff-Verhältnissen verhindert wird, wird der Luft/Kraftstoff-Betrieb also während einer Einschwingzeit in dem unerwünschten Bereich stattfinden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Motordrehzahl unter Beibehal tung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Motors innerhalb gewünschter Grenzen auf eine gewünschte Motordrehzahl zu regeln.

Die obige Aufgabe wird gelöst, und die Nachteile früherer Ansätze werden über wunden durch ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit wenigstens einem Zy linder, wobei der Motor außerdem einen Ansaugkrümmer und eine Auslaßsteuer vorrichtung zum Steuern des Stroms von dem Ansaugkrümmer in den Zylinder und eine Einlaßsteuervorrichtung zum Steuern des Stroms in den Ansaugkrümmer auf weist, umfassend die folgenden Schritte: Generieren einer Kraftstoffeinspritzmenge; und Verhindern, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors in einen vorbestimm ten Bereich von Luft/Kraftstoff-Verhältnissen gelangt, indem sowohl die Einlaßsteuervorrichtung als auch die Auslaßsteuervorrichtung anhand der Kraftstoffeinspritz menge verändert werden.

Durch Verändern sowohl der Auslaßsteuervorrichtung als auch der Einlaßsteuer vorrichtung kann die Motorluftladung rasch dahingehend verändert werden, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors nicht in die begrenzten Bereiche gelangt. Mit anderen Worten, trotz Ansprechverzögerungen aufgrund des Krümmervolu mens kann die Motorluftladung schnell genug verändert werden, um rasche Ände rungen in der Kraftstoffeinspritzmenge zu kompensieren. Selbst bei Übergangszu ständen wird der Betrieb des Motors durch rasche Regelung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses optimiert.

Ein Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß es für die Kraftstoffeinspritzung einen größeren Bereich an Regelungsmöglichkeiten gibt.

Ein weiterer Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung ist eine verbesserte Leerlaufregelung.

Noch ein weiterer Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung sind verbesserte Emissionen.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die obige Aufgabe gelöst und werden die Nachteile früherer Ansätze überwunden durch ein Verfahren zum Steuern eines Motors mit wenigstens einem Zylinder, wobei der Motor außer dem einen Ansaugkrümmer und eine Auslaßsteuervorrichtung zum Steuern des Stroms von dem Ansaugkrümmer in den Zylinder und eine Einlaßsteuervorrichtung zum Steuern des Stroms in den Ansaugkrümmer aufweist, umfassend die folgen den Schritte: Generieren einer Kraftstoffeinspritzmenge; Ermitteln eines begrenzten Luftmengenbereichs anhand der Kraftstoffeinspritzmenge und Ermitteln eines be grenzten Bereichs der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse; und Einstellen sowohl der Ein laßsteuervorrichtung als auch der Auslaßsteuervorrichtung anhand des begrenzten Luftmengenbereichs.

Ein Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß durch Ermit teln des begrenzten Luftmengenbereichs anhand der Kraftstoffeinspritzmenge ver hindert werden kann, daß der Motor trotz der Schwankung in der Last des laufen den Motors in beschränkten Luft/Kraftstoff-Bereichen betrieben wird.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Leser dieser Beschreibung ohne weiteres ersichtlich.

Die Aufgabe und die Vorteile der hierin beanspruchten Erfindung werden besser verständlich durch die Lektüre eines Beispiels einer Ausführungsform, bei der die Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet wird, anhand der nun folgenden Zeich nungen; darin zeigen:

Fig. 1A und 1B Blockdiagramme einer Ausführungsform, bei der die Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet wird;

Fig. 2A ein Blockdiagramm einer Ausführungsform, bei der die Erfindung in vorteil hafter Weise verwendet wird;

Fig. 2B-2O graphische Darstellungen, die die Funktionsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 2A beschreiben;

Fig. 3-5, 8-10 Ablaufdiagramme für einen Teil der Funktionsweise der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 1A, 1B und 2A;

Fig. 6 eine graphische Darstellung, die zeigt, wie verschiedene Faktoren mit dem Betrieb des Motors gemäß der vorliegenden Erfindung zusammenhängen;

Fig. 7 eine graphische Darstellung, in der mit Hilfe der vorliegenden Erfindung er zielte Ergebnisse veranschaulicht sind;

Fig. 11A-11F graphische Darstellungen, die die Funktionsweise einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung beschreiben; und

Fig. 12 und 14 Blockdiagramme einer Ausführungsform, bei der die Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet wird.

Der direkteingespritzte, fremdgezündete Verbrennungsmotor 10 mit mehreren Brennräumen wird durch das elektronische Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Brennraum 30 des Motors 10 ist in Fig. 1A mit den Brennraumwänden 32 darge stellt, wobei der Kolben 36 darin positioniert und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. In diesem speziellen Beispiel umfaßt der Kolben 36 eine Ausnehmung bzw. Mulde (nicht dargestellt), die dazu beiträgt, Schichtladungen aus Luft und Kraftstoff zu bilden. Der Brennraum bzw. Zylinder 30 steht mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Abgaskrümmer 48 über Einlaßventile 52a und 52b (nicht dargestellt) bzw. Auslaßventile 54a und 54b (nicht dargestellt) in Verbindung. Die Kraftstoffeinspritz düse 66A ist direkt mit dem Brennraum 30 gekoppelt, um ihm im Verhältnis zur Im pulsbreite des von dem Steuergerät 12 über den herkömmlichen elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals fpw flüssigen Kraftstoff direkt zuzuführen. Kraft stoff wird der Kraftstoffeinspritzdüse 66A durch eine herkömmliche Hochdruck- Kraftstoffanlage (nicht dargestellt) mit Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und einem Kraftstoffverteiler zugeführt.

Der Ansaugkrümmer 44 steht über die Drosselklappe 62 mit dem Drosselklappen gehäuse 58 in Verbindung. In diesem speziellen Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit dem Elektromotor 94 gekoppelt, so daß die Stellung der Drosselklappe 62 durch das Steuergerät 12 über den Elektromotor 94 gesteuert wird. Diese Konfigu ration wird allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet, die auch während der Leerlaufregelung benutzt wird. Bei einer alternativen Ausfüh rungsform (nicht dargestellt), die dem Fachmann wohlbekannt ist, ist ein Bypass- Luftkanal parallel zur Drosselklappe 62 angeordnet, um den angesaugten Luftstrom während der Leerlaufregelung über ein in dem Luftkanal positioniertes Drosselklap penregelventil zu regeln.

Die Lambdasonde 76 ist mit dem Abgaskrümmer 48 stromaufwärts von dem Kata lysator 70 gekoppelt. In diesem speziellen Beispiel schickt der Sensor 76 das Si gnal EGO an das Steuergerät 12, welches das Signal EGO in ein Zweizustands signal EGOS umwandelt. Ein Hochspannungszustand des Signals EGOS zeigt an, daß die Abgase unterstöchiometrisch sind, und ein Niederspannungszustand des Signals EGOS zeigt an, daß die Abgase überstöchiometrisch sind. Das Signal EGOS wird in vorteilhafter Weise während der herkömmlichen Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verwendet, um das durchschnittliche Luft/Kraftstoff- Verhältnis während der stöchiometrischen homogenen Betriebsart im stöchiometri schen Bereich zu halten.

Die herkömmliche verteilerlose Zündanlage 88 schickt in Reaktion auf das Früh zündungssignal SA von dem Steuergerät 12 über die Zündkerze 92 einen Zündfun ken zu dem Brennraum 30.

Das Steuergerät 12 läßt den Brennraum 30 durch Steuern des Einspritzzeitpunkts entweder mit einem homogenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder mit einem ge schichteten Luft/Kraftstoff-Verhältnis arbeiten. Im Schichtladungsbetrieb aktiviert das Steuergerät 12 die Kraftstoffeinspritzdüse 66A während des Verdichtungstak tes des Motors, so daß Kraftstoff direkt in die Mulde des Kolbens 36 gesprüht wird. Dadurch entstehen übereinanderliegende Schichten von Luft und Kraftstoff. Die der Zündkerze am nächsten liegende Schicht enthält ein stöchiometrisches Gemisch bzw. ein leicht unterstöchiometrisches Gemisch, und die anschließenden Schichten enthalten immer magerere Gemische. Während der homogenen Betriebsart akti viert das Steuergerät 12 die Kraftstoffeinspritzdüse 66A während des Ansaugtak tes, so daß ein im wesentlichen homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch entsteht, wenn die Zündanlage 88 die Zündkerze 92 mit Zündenergie versorgt. Das Steuergerät 12 steuert die durch die Kraftstoffeinspritzdüse 66A zugeführte Menge Kraftstoff, so daß das homogene Luft/Kraftstoff-Gemisch im Brennraum 30 als stöchiometri sches, unterstöchiometrisches oder überstöchiometrisches Gemisch gewählt wer den kann. Das geschichtete Luft/Kraftstoff-Gemisch wird immer überstöchiometrisch sein, wobei das genaue Luft/Kraftstoff-Verhältnis eine Funktion der dem Brennraum 30 zugeführten Menge Kraftstoff ist. Daneben ist auch eine geteilte Be triebsart möglich, bei der zusätzlicher Kraftstoff im Schichtbetrieb während des Auspufftaktes eingespritzt wird.

Das Stickoxid(NO_x)-Absorptionsmittel bzw. der Stickoxid(NO_x)-Abscheider 72 be findet sich stromabwärts von dem Katalysator 70. Der NO_x-Abscheider 72 nimmt NO_x auf, wenn der Motor 10 im überstöchiometrischen Bereich arbeitet. Das aufge nommene NO_x wird anschließend mit HC umgesetzt und während eines NO_x- Spülzyklus katalysiert, wenn das Steuergerät 12 den Motor 10 entweder in einem fetten homogenen Modus oder in einem stöchiometrischen homogenen Modus ar beiten läßt.

Das Steuergerät 12 ist in Fig. 1A als herkömmlicher Mikrocomputer dargestellt, der folgendes umfaßt: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Kanäle 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem speziellen Beispiel als Nur-Lese-Speicherchip 106 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen herkömmli chen Datenbus. Das Steuergerät 12 empfängt neben den bereits erörterten Signa len verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, wie zum Beispiel: den Meßwert des angesaugten Luftmassenstroms (MAP) von dem mit dem Drosselklappengehäuse 58 gekoppelten Luftmassenmesser 100; die Motor kühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit dem Kühlmantel 114 gekoppelten Tempe ratursensor 112; ein Profilzündungsgebersignal (PIP) von dem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten Hall-Sensor 118; und eine Drosselklappenstellung TP von dem Drosselklappenstellungssensor 120; und ein Signal für den absoluten Krümmer druck MAP von dem Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal RPM wird von dem Steuergerät 12 in herkömmlicher Weise aus dem Signal PIP generiert, und das Krümmerdrucksignal MAP liefert einen Hinweis auf die Motorlast. In einer bevor zugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erzeugt der Sensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle ei ne vorbestimmte Anzahl von gleich weit voneinander beabstandeten Impulsen.

In diesem speziellen Beispiel werden die Temperataur Tcat des Katalysators 70 und die Temperatur Ttrp des NO_x-Abscheiders 72 aus dem Motorbetrieb hergelei tet, wie es in dem US-Patent Nr. 5,414,994 offenbart ist, dessen Beschreibung hierin mit einbezogen wird. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Tempe ratur Tcat von dem Temperatursensor 124 geliefert, und die Temperatur Ttrp wird von dem Temperatursensor 126 geliefert.

Gemäß Fig. 1A ist nun weiterhin die Nockenwelle 130 des Motors 10 mit Kipphe beln 132 und 134 verbunden, um die Einlaßventile 52a, 52b und die Auslaßventile 54a, 54b zu betätigen. Die Nockenwelle 130 ist direkt mit dem Gehäuse 136 ge koppelt. Das Gehäuse 136 bildet eine Zahnscheibe mit einer Vielzahl von Zähnen 138. Das Gehäuse 136 ist hydraulisch mit einer inneren Welle (nicht dargestellt) gekoppelt, die wiederum direkt über eine Steuerkette (nicht dargestellt) mit der Nockenwelle 130 verbunden ist. Das Gehäuse 136 und die Nockenwelle 130 dre hen sich daher mit einer Drehzahl, die im wesentlichen der Drehzahl der inneren Nockenwelle entspricht. Die innere Nockenwelle dreht sich mit einem gegenüber der Kurbelwelle 40 konstanten Drehzahlverhältnis. Durch Betätigung der Hydraulik kupplung in der nachfolgend beschriebenen Weise kann jedoch die Stellung der Nockenwelle 130 im Verhältnis zur Kurbelwelle 40 durch den Hydraulikdruck in der Frühverstellkammer 142 und in der Spätverstellkammer 144 verändert werden. Wenn man unter hohem Druck stehendes Hydrauliköl in die Frühverstellkammer 142 strömen läßt, wird das Verhältnis zwischen der Nockenwelle 130 und der Kur belwelle 40 nach früh verstellt. Die Einlaßventile 52a, 52b und die Auslaßventile 54a, 54b öffnen und schließen also im Verhältnis zur Kurbelwelle 40 früher als normal. Wenn man unter hohem Druck stehendes Hydrauliköl in die Spätverstell kammer 144 strömen lößt, wird analog dazu das Verhältnis zwischen der Nocken welle 130 und der Kurbelwelle 40 nach spät verstellt. Die Einlaßventile 52a, 52b und die Auslaßventile 54a, 54b öffnen und schließen somit im Verhältnis zur Kur belwelle 40 später als normal.

Die mit dem Gehäuse 136 und der Nockenwelle 130 gekoppelten Zähne 138 erlau ben die Messung der relativen Nockenstellung über den Nockentaktsensor 150, der ein Signal VCT an das Steuergerät 12 schickt. Die Zähne 1, 2, 3 und 4 werden vor zugsweise zur Messung des Nockentaktes verwendet und sind gleich weit vonein ander beabstandet (zum Beispiel sind sie bei einem zweireihigen V8-Motor 90 Grad voneinander beabstandet), während der Zahn 5 vorzugsweise zur Feststellung des jeweiligen Zylinders verwendet wird, wie später hierin beschrieben wird. Außerdem schickt das Steuergerät 12 Steuersignale (LACT, RACT) an herkömmliche Magnet ventile (nicht dargestellt), um den Strom von Hydrauliköl in die Frühverstellkammer 142 oder in die Spätverstellkammer 144 oder in keine von beiden zu steuern.

Der relative Nockentakt wird nach dem in dem US-Patent 5,548,995 beschriebenen Verfahren gemessen, auf das hierin Bezug genommen wird. Allgemein gesagt lie fert die Zeit bzw. der Drehwinkel zwischen der ansteigenden Flanke des PIP- Signals und dem Empfang eines Signals von einem der Vielzahl von Zähnen 138 auf dem Gehäuse 136 ein Maß für den relativen Nockentakt. Für das spezielle Bei spiel eines V8-Motors mit zwei Zylinderreihen und einer Zahnscheibe mit fünf Zäh nen erhält man ein Maß für den Nockentakt einer speziellen Zylinderreihe viermal pro Umdrehung, wobei das zusätzliche Signal zur Ermittlung des Zylinders heran gezogen wird.

Anhand von Fig. 1B ist nun eine Konfiguration mit Einlaßkanaleinspritzung darge stellt, wo die Kraftstoffeinspritzdüse 66B mit dem Ansaugkrümmer 44 und nicht di rekt mit dem Zylinder 30 gekoppelt ist.

Anhand von Fig. 2A zeigt ein allgemeineres Schema den Krümmer 44a mit dem Einlaßstrom m_in und dem Auslaßstrom m_out. Der Einlaßstrom m_in wird durch die Einlaßsteuervorrichtung 170 gesteuert. Der Auslaßstrom m_out wird durch die Auslaßsteuervorrichtung 171 gesteuert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Krümmer 44a ein Ansaugkrümmer eines Motors, ist die Einlaßsteuervorrichtung 170 eine Drosselklappe und ist die Auslaßsteuervorrichtung 171 eine Vorrichtung zum Verstellen des Nockentaktes. Wie ein Fachmann jedoch erkennen würde, gibt es viele alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel könnte die Auslaßsteuervorrichtung ein Drall-Steuerventil, eine Vorrichtung zum Verändern des Ventiltaktes, eine Vorrichtung zum Verändern des Ventilhubs oder ein elektronisch gesteuertes Einlaßventil sein, wie es bei der nockenlosen Motor technik verwendet wird.

Gemäß Fig. 2A gibt es nun weitere Variablen, die den Strom in den und aus dem Krümmer 44a beeinflussen. Zum Beispiel bestimmen die Drücke p1 und p2 zu sammen mit der Einlaßsteuervorrichtung 170 den Strom m_in. Analog dazu be stimmen die Drücke p2 und p3 zusammen mit der Auslaßvorrichtung 171 den Strom m_out. Das Speichern des Stroms in dem Krümmer 44a, der bestimmt, wie schnell sich der Druck p2 ändern kann, beeinflußt daher den Strom m_out. In ei nem Beispiel, wo der Krümmer 44a ein Ansaugkrümmer eines im stöchiometri schen Bereich arbeitenden Motors ist, stellt der Strom m_out einen in einen Zylin der einströmenden Strom dar und ist direkt proportional zu dem Motordrehmoment.

In Fig. 2B-2K ist die Auswirkung solcher Wechselbeziehungen auf die Leistung des Systems veranschaulicht. In Fig. 2B wird die Einlaßsteuervorrichtung 170 zum Zeit punkt t1 rasch verändert. Die resultierende Änderung im Auslaßstrom (m_out) ist in Fig. 2C dargestellt. Die resultierende Änderung im Einlaßstrom (m_in) ist in Fig. 2D dargestellt. In diesem Beispiel ist die Auslaßsteuervorrichtung 171 fest angebracht und stellt daher einen herkömmlichen Motorbetrieb und einen Betrieb nach dem Stand der Technik dar, wo die Drosselklappenstellung zur Regelung des Auslaß stromes (m_out) herangezogen wird. In diesem Beispiel führt eine rasche Änderung bei der Einlaßsteuervorrichtung 170 nicht zu einer genauso raschen Änderung im Auslaßstrom m_out.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 2E die Auslaßsteuervorrichtung 171 zum Zeitpunkt t2 rasch verändert. Die resultierende Änderung im Auslaßstrom (m_out) ist in Fig. 2F dargestellt. Die resultierende Änderung im Einlaßstrom (m_in) ist in Fig. 2G dargestellt. In diesem Beispiel ist die Einlaßsteuervorrichtung 170 fest angebracht, so daß die Auslaßvorrichtung 170 nur verstellt wird, um den Auslaßstrom (m_out) zu regeln. In diesem Beispiel liefert eine rasche Änderung der Aus laßsteuervorrichtung 170 eine genauso rasche Änderung im Auslaßstrom m_out. Die rasche Änderung wird jedoch nicht vollständig beibehalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 2H die Einlaßsteuervorrichtung 170 zum Zeitpunkt t3 rasch verändert. Analog dazu wird in Fig. 2I die Auslaßsteuervor richtung 171 zum Zeitpunkt t3 rasch verändert. Die resultierende Änderung im Auslaßstrom (m_out) ist in Fig. 2J dargestellt. Die resultierende Änderung im Ein laßstrom (m_in) ist in Fig. 2K dargestellt. In diesem Beispiel werden die Einlaßsteu ervorrichtung 170 und die Auslaßsteuervorrichtung 171 gleichzeitig verändert. In diesem Beispiel liefert eine rasche Änderung der Einlaßsteuervorrichtung 170 und der Auslaßsteuervorrichtung 171 eine genauso rasche Änderung im Auslaßstrom m_out, wobei die rasche Änderung beibehalten wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 2L die Einlaßsteuervorrichtung 170 zum Zeitpunkt t4 rasch verändert. Analog dazu wird in Fig. 2M die Auslaßsteuervor richtung 171 zum Zeitpunkt t4 noch mehr als in Fig. 2I rasch verändert. Die resultie rende Änderung im Auslaßstrom (m_out) ist in Fig. 2N dargestellt. Die resultierende Änderung im Einlaßstrom (m_in) ist in Fig. 20 dargestellt. In diesem Beispiel wer den sowohl die Einlaßsteuervorrichtung 170 als auch die Auslaßsteuervorrichtung 171 gleichzeitig verändert. In diesem Beispiel liefert eine rasche Änderung sowohl bei der Einlaßsteuervorrichtung 170 als auch bei der Auslaßsteuervorrichtung 171 eine genauso rasche Änderung im Auslaßstrom m_out, wobei die rasche Änderung beibehalten wird und tatsächlich eine gewisse Spitze liefert bzw. zu einem Über schwingen führt. Dies zeigt, wie mit der vorliegenden Erfindung nicht nur rasch ein Anstieg im Auslaßstrom, sondern zusätzlich noch ein Überschwingen erreicht wer den kann. Ein Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann daher eine Differentialregelung des Luftstroms generieren. Eine solche Differentialrege lung ist vorteilhaft für die Leerlaufregelung des Motors, um einer Motorträgheit ent gegenzuwirken, oder beim Anfahren des Fahrzeugs, um ein verbessertes Fahrge fühl zu erreichen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit Hilfe einer Auslaßsteuervorrichtung der aus einem Krümmer ausströmende Strom rasch gesteuert werden. Mit Hilfe einer Einlaß- und einer Auslaßsteuervorrichtung ist es ferner möglich, den in ver schiedenen Formen aus einem Krümmer ausströmenden Strom genauer und rasch zu steuern.

In Fällen, wo der Motor 10 mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis arbeitet, ist das Motordrehmoment direkt proportional zur Zylinderladung, die wie derum proportional ist zum Auslaßstrom m_out und zur Motordrehzahl.

Leerlaufregelung des Motors

Anhand von Fig. 3 wird nun eine Routine zur Regelung der Motordrehzahl mit Hilfe der Drosselklappenstellung und des Nockentaktes beschrieben. In Schritt 310 wird ein Motordrehzahlfehler (Nerr) anhand einer Differenz zwischen der gewünschten Motordrehzahl (Ndes) und einer tatsächlichen Motordrehzahl (Nact) berechnet. In Schritt 320 wird dann die gewünschte Änderung in der Zylinderladung mit Hilfe des Reglers K1 aus dem Drehzahlfehler berechnet, wobei der Regler K1 in der Laplace- Domäne als K1(s) dargestellt ist, wie dem Fachmann bekannt ist. Die gewünschte Zylinderladung (Δmcyl) wird vorzugsweise mit einem Proportionalregler berechnet. Bei der bevorzugten Ausführungsform stellt daher der Regler K1 einen Proportio nalregler dar. Wie der Fachmann erkennen wird, können jedoch verschiedene an dere Regelschemata anstelle des Proportionalreglers K1 verwendet werden. Zum Beispiel können Proportional-Integral-Differentialregler oder Schieberegler oder irgendwelche anderen dem Fachmann bekannte Regler verwendet werden. Als nächstes wird in Schritt 330 eine mittlere Drosselklappenstellung (Tpint) anhand des Drehzahlfehlers und des Reglers K3 berechnet. Wie oben beschrieben, können verschiedene Regler für den Regler K3 verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Regler K3 ein Integralregler. Als nächstes wird in Schritt 340 ein nominaler Nockentaktfehler (VCTerr) anhand einer Differenz zwischen ei nem gewünschten nominalen Nockentakt (VCTdesnom) und einem tatsächlichen Nockentakt (VCTact) berechnet. Der gewünschte nominale Nockentakt (VCTdesnom) kann anhand von Betriebsbedingungen ermittelt werden, beispielsweise an hand des Leerlaufmodus oder des Fahrmodus. Außerdem kann ein gewünschter nominaler Nockentakt (VCTdesnom) als Funktion des gewünschten Motordrehmo ments oder nach jedem anderen dem Fachmann bekannten statischen Ablauf steuerungsverfahren eingestellt werden. Als nächstes wird in Schritt 350 ein mittle rer Nockentakt (VCTint) anhand des nominalen Nockentaktfehlers und des Reglers K2 berechnet. Der Regler K2 kann jeder dem Fachmann bekannte Regler sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Regler K2 ein Proportional-Integral- Regler.

Anhand von Fig. 4 wird nun eine Routine zum Berechnen der Einstellungen des Nockentaktes und der Drosselklappenstellung zum raschen Ändern der Zylinderla dung beschrieben. Zunächst wird in Schritt 410 der Krümmerdruck (Pm) mit Hilfe des Sensors 122 ermittelt bzw. gemessen. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Krümmerdruck (Pm) nach dem Fachmann bekannten Verfahren ermittelt. Zum Beispiel kann der Krümmerdruck mit Hilfe des Signals MAF aus dem Luft massenmesser 100, mit Hilfe der Motordrehzahl und mit anderen Signalen ermittelt werden, die, wie der Fachmann weiß, für den Krümmerdruck stehen. Als nächstes wird in Schritt 412 die gewünschte Änderung in der Zylinderladung (Δncyl) aus Fig. 3 abgelesen. Dann wird in Schritt 414 eine Änderung im Nockentakt (ΔVCT) ermit telt, so daß man die gewünschte Änderung in der Zylinderladung bei dem in Schritt 410 abgelesenen Krümmerdruck (Pm) erhält. Schritt 414 wird mit Hilfe von Kenn feldern bezüglich Nockentakt, Zylinderladung und Krümmerdruck durchgeführt. Die Kennfelder können mit Hilfe von Motormodellen theoretisch ermittelt oder mit Hilfe von Motortestdaten gemessen werden. Als nächstes wird in Schritt 416 eine Ände rung in der Drosselklappenstellung (ΔTP) ermittelt, so daß man die gewünschte Änderung in der Zylinderladung (Δncyl) bei dem in Schritt 410 ermittelten Krüm merdurck (Pm) erhält. Schritt 416 wird in ähnlicher Weise durchgeführt mit Hilfe von Kennfeldern bezüglich Parametern, Drosselklappenstellung, Zylinderladung und Krümmerdruck. Die Kennfelder können entweder mit Hilfe von Motormodellen oder mit Hilfe von Motortestdaten ermittelt werden.

Anhand von Fig. 5 wird die Routine zum Berechnen des gewünschten Nockentak tes und der gewünschten Drosselklappenstellung beschrieben. Zunächst wird in Schritt 510 ein gewünschter Nockentakt (VCTdes) anhand der gewünschten Ände rung im Nockentakt und des mittleren Nockentaktes ermittelt. Als nächstes wird in Schritt 512 die gewünschte Drosselklappenstellung (TPdes) anhand der mittleren Drosselklappenstellung und der gewünschten Änderung in der Drosselklappenstel lung ermittelt.

Wenn jedoch eine Nockensteuerposition gewünscht wird, die größer ist als ein ma ximal möglicher Nockentakt, oder wenn ein kleinster Nockentakt kleiner ist als ein kleinstmöglicher Nockentakt, wird der gewünschte Nockentakt (VCTdes) auf den Höchst- oder Mindestwert begrenzt. Mit anderen Worten, die Einstellung des Noc kentaktes kann vielleicht nicht die gewünschte Zunahme oder Abnahme in der Zy linderluftladung liefern. In diesem Fall wird der Nockentakt auf den erzielbaren Grenzwert begrenzt, und die Drosselklappenstellung wird zu Steuerungszwecken herangezogen.

Erfordernisse hinsichtlich eines Gleichgewichtszustandes

Wie oben insbesondere anhand von Fig. 3-5 beschrieben, wurde ein Regelverfah ren zum Regeln des Luftdurchsatzes im Motor bzw. des Motordrehmoments und damit der Motordrehzahl erläutert. Außerdem umfaßte das Verfahren ein Verfahren zum raschen Steuern der Zylinderladung mit Hilfe einer Einlaß- und Auslaßsteuer vorrichtung, wobei außerdem die Auslaßsteuervorrichtung relativ langsam in eine Normalstellung gesteuert wurde. Diese beiden Prozesse werden nun anhand von Fig. 6 und 7 weiter veranschaulicht.

Fig. 6 zeigt nun eine graphische Darstellung, bei der die Drosselklappenstellung (TP) auf der vertikalen Achse und der Nockentakt (VCT) auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. Die strichpunktierten Linien geben die konstanten Werte des Mo tordrehmoments (Te) unter stöchiometrischen Bedingungen an, während die durchgehenden Linien den konstanten Wert des Krümmerdrucks angeben. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Motor Betriebspunkte längs der Linien des konstanten Druckes rasch ändern (wodurch sich der Luftdurchsatz im Motor und das Motordrehmoment rasch ändern), da es in dieser Richtung keine Krümmerdy namik gibt. Der Motor kann sich jedoch längs der strichpunktierten Linien nur relativ langsam ändern, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fest ist (zum Beispiel stöchio metrisch). Die gestrichelte vertikale Linie stellt den gewünschten nominalen Noc kentakt für die gegebenen Betriebsbedingungen dar, zum Beispiel den nominalen Takt für den Leerlauf oder den nominalen Takt für das gegenwärtig gewünschte Motordrehmoment.

Mit anderen Worten, die Krümmerdynamik stellt eine Dynamik in Verbindung mit dem sich ändernden Krümmerdruck dar und erklärt, warum der in den Zylinder ein tretende Strom nicht immer gleich ist dem in den Krümmer eintretenden Strom. Der Krümmerdruck kann sich infolge des Krümmervolumens nicht sofort ändern. Mit zunehmendem Krümmervolumen wird die Krümmerdynamik langsamer. Dagegen wird mit abnehmendem Krümmervolumen die Krümmerdynamik schneller. Somit ist die Krümmerdynamik bzw. die Krümmerverzögerung eine Funktion des Krümmer volumens. Wie oben beschrieben ist die Krümmerdynamik längs der Linien eines konstanten Druckes im wesentlichen unerheblich. Änderungen im Durchsatz unter liegen daher keiner Begrenzung durch die Krümmerdynamik, wenn die Einlaß- und Auslaßsteuervorrichtungen so geändert werden, daß sie den Durchsatz in ähnliche Richtungen beeinflussen. Wenn die Einlaß- und Auslaßsteuervorrichtungen schneller geändert werden als die Krümmerdynamik längs der Abszisse und Ordi nate in Fig. 6 zunimmt, ändert sich der Durchsatz durch den Zylinder schneller als die Krümmerdynamik. Anders ausgedrückt, der Durchsatz durch den Zylinder än dert sich schneller als dies der Fall wäre, wenn sich nur die Einlaßsteuervorrichtung unendlich schnell ändert. Wenn die Einlaß- und Auslaßsteuervorrichtungen so ge ändert werden, daß sie den Durchsatz in entgegengesetzte Richtungen beeinflus sen, kann die Zylinderladung konstant gehalten werden. Insbesondere wird die Einlaß- und die Auslaßsteuervorrichtung langsamer geändert als die Krümmerdy namik, da sich der Krümmerdruck ändert. Dies ist von besonderem Nutzen, wenn der Luftdurchsatz durch den Motor bzw. das Motordrehmoment relativ konstant gehalten werden soll, aber dennoch entweder die Einlaßsteuervorrichtung oder die Auslaßsteuervorrichtung an eine bestimmte Stelle gebracht werden soll.

Anhand von Fig. 6 und 7 wird nun ein Funktionsbeispiel gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst arbeitet das System im Punkt 1. Zum Beispiel ist das gewünschte Motordrehmoment (Ted) Te2, oder es ist das Motordrehmoment, mit dem eine gewünschte Motordrehzahl aufrechterhalten wird. Dann ändert sich entweder das gewünschte Motordrehmoment (Ted) in Te3, oder eine Störung im Drehmoment bewirkt einen Abfall der Motordrehzahl, wodurch ein Anstieg im Motordrehmoment auf Te3 erforderlich ist, um die gewünschte Mo tordrehzahl aufrechtzuerhalten. An diesem Punkt (Zeitpunkt t5) bewirkt das Steuer gerät 12 sowohl eine Änderung der Drosselklappenstellung als auch eine Änderung des Nockentaktes, so daß sich das Motorsystem rasch zum Punkt 2 bewegt. Um den Nockentakt und den nominalen Nockentakt beizubehalten, bewirkt das Steuer gerät 12 als nächstes, daß sich die Drosselklappenstellung und der Nockentakt langsamer als die Krümmerdynamik zum Punkt 3 bewegen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also veranlaßt, daß sich die Drosselklap penstellung und der Nockentakt auf folgende Weise verändern. Wenn die Zylinder luftladung unabhängig vom Krümmervolumen rasch erhöht werden soll: 1) Drossel klappenstellung verändert sich so, daß es zu einer Vergrößerung der Drosselklap penöffnungsfläche kommt, und 2) Nockentakt wird so eingestellt, daß die ange saugte Zylinderluftladung bei einem gegebenen Krümmerdruck vergrößert wird. Analog dazu geschieht folgendes, wenn die Zylinderluftladung unabhängig vom Krümmervolumen verringert werden soll: 1) Drosselklappenstellung verändert sich so, daß es zu einer Verkleinerung der Drosselklappenöffnungsfläche kommt, und 2) Nockentakt wird so eingestellt, daß die angesaugte Zylinderluftladung bei einem gegebenen Krümmerdruck verkleinert wird. So ist es möglich, mit dieser kombi nierten Maßnahme den Strom in den Zylinder rasch zu ändern und aufrechtzuer halten.

Wenn jedoch die Zylinderluftladung beibehalten werden soll und entweder die Drosselklappenöffnung vergrößert oder der Nockentakt so verändert werden soll, daß bei einem gegebenen Krümmerdruck weniger Luftladung angesaugt wird, oder beides, dann geschieht folgendes: 1) Die Drosselklappenstellung verändert sich so, daß die Drosselklappenöffnungsfläche vergrößert wird, und 2) der Nockentakt wird so eingestellt, daß die angesaugte Zylinderluftladung bei einem gegebenen Krüm merdruck verkleinert wird. Die Zylinderladung kann also durch diese entgegenge setzten Maßnahmen konstant gehalten werden. Wenn die Zylinderluftladung beibe halten werden soll und entweder die Drosselklappenöffnung verkleinert oder der Nockentakt so verändert werden soll, daß bei einem gegebenen Krümmerdruck mehr Luftladung angesaugt wird, oder beides, geschieht alternativ folgendes: 1) Die Drosselklappenstellung verändert sich so, daß es zu einer Verkleinerung der Dros selklappenöffnungsfläche kommt, und 2) der Nockentakt wird so eingestellt, daß die angesaugte Zylinderluftladung bei einem gegebenen Krümmerdruck vergrößert wird. Wieder kann die Zylinderladung durch diese entgegengesetzten Maßnahmen konstant gehalten werden.

Eine solche koordinierte Regelung ist insoweit von Vorteil, als die notwendige Op timierung des Nockentaktes hinsichtlich eines Gleichgewichtszustands möglich ist, wobei dennoch die Zylinderluftladung rasch geregelt werden kann.

Regelung des Motordrehmoments

Anhand von Fig. 8 wird nun eine Routine zur Regelung des Motordrehmoments und nicht der in Fig. 3 erläuterten Motordrehzahl beschrieben. Die Regelung des Mo tordrehmoments gemäß der vorliegenden Erfindung kann aus verschiedenen Gründen herangezogen werden, beispielsweise für einen normalen Fahrbetrieb, zur Schlupfregelung und/oder zur Geschwindigkeitsregelung. Mit anderen Worten, Fig. 8 kann zusammen mit Fig. 3-5 zur Regelung des Motordrehmoments herangezo gen werden, wobei die Schritte 310-330 durch Fig. 8 ersetzt sind. Gemäß Fig. 8 wird nun zunächst in Schritt 810 ein gewünschtes Motordrehmoment (Ted) ermit telt. Der Fachmann wird erkennen, daß das gewünschte Motordrehmoment (Ted) auf verschiedene Arten ermittelt werden kann. Zum Beispiel kann ein gewünschtes Motordrehmoment (Ted) aus dem gewünschten Raddrehmoment und Überset zungsverhältnis, aus der Pedalstellung und der Fahrzeuggeschwindigkeit, aus der Pedalstellung und der Motordrehzahl oder nach irgendeinem anderen dem Fach mann bekannten Verfahren ermittelt werden. In Schritt 820 wird dann eine ge wünschte Zylinderladung (mcyld) anhand einer Funktion (h) des gewünschten Mo tordrehmoments (Ted) ermittelt. Die Funktion (h) basiert auf einem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis wie zum Beispiel einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff- Verhältnis.

Gemäß Fig. 8 wird nun weiterhin in Schritt 830 eine gewünschte Änderung in der Zylinderladung (Dmcyl) anhand der Differenz zwischen der gewünschten Zylinder ladung (mcyld) und der tatsächlichen Zylinderladung (mcyl) ermittelt. In Schritt 840 wird dann die mittlere Drosselklappenstellung (Tpint) aus einer gewünschten Ände rung in der Zylinderladung (Dmcyl) und dem Regler K3 ermittelt. Wie oben be schrieben, können verschiedene Regler für den Regler K3 verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Regler K3 ein Integralregler. In Schritt 850 wird dann ein nominaler Nockentakt (VCTdesnom) anhand der Funktion (g) und des gewünschten Motordrehmoments (Ted) ermittelt. Die Routine geht dann weiter zu Schritt 340 in Fig. 3.

Alternative Ausführungsform für Zylinderladung, Drehmoment und Motordrehzahl regelung

Es wird nun eine alternative Ausführungsform beschrieben, die zur Regelung der Zylinderluftladung, des Motordrehmoments bei einem gegebenen Luft/Kraftstoff- Verhältnis oder der Motordrehzahl verwendet werden kann. Mit Bezug auf Fig. 9 wird nun in Schritt 910 festgestellt, ob sich der Motor derzeit im Leerlauf befindet. Der Fachmann wird verschiedene Verfahren zum Feststellen des Leerlaufs erken nen, wie zum Beispiel anhand der Fahrpedalstellung, der Motordrehzahl und ver schiedener anderer Faktoren. Wenn die Antwort auf Schritt 910 JA lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 912. In Schritt 912 wird die gewünschte Zylinderladung (mcyldes) anhand eines Motordrehzahlfehlers (Nerr) ermittelt. Die gewünschte Zy linderladung wird mit Hilfe der Funktion L1 berechnet, die jede beliebige Funktion darstellen kann wie zum Beispiel den Motordrehzahlfehler multipliziert mit einer konstanten Verstärkung, was die bevorzugte Ausführungsform ist. Andernfalls, wenn die Antwort auf Schritt 910 NEIN lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 914. In Schritt 914 wird die gewünschte Zylinderladung anhand eines Fahrerbefehls oder anhand von Betriebsbedingungen mit Hilfe der Funktion L2 berechnet. Der Fachmann wird verschiedene Verfahren zum Berechnen einer gewünschten Zylin derladung aus einem Fahrerbefehl erkennen, um zum Beispiel ein gewünschtes Motordrehmoment, ein gewünschtes Raddrehmoment, eine Motorleistung oder ir gendeinen anderen vom Fahrer verlangten Zustand bereitzustellen. Der Fachmann wird auch verschiedene Betriebsbedingungen erkennen, die eine gewünschte Zy linderladung beeinflussen können, wie zum Beispiel Bedingungen beim Anlassen des Motors, beim Kaltstart oder beim Anfahren.

Weiterhin gemäß Fig. 9 geht die Routine von Schritt 912 oder Schritt 914 weiter zu Schritt 916. In Schritt 916 wird ein Zylinderladungsfehler (mcylerr) anhand der ge wünschten Zylinderladung und der tatsächlichen Zylinderladung (mcylact) berech net. Als nächstes wird in Schritt 918 der nominale Nockentaktfehler berechnet. Dann wird in Schritt 920 der mittlere Nockentakt anhand des nominalen Nocken taktfehlers und des Reglers H1 berechnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Regler H1 ein dem Fachmann bekannter Integralregler. Außerdem wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der Verstärkungsfaktor des Reglers H1 ermit telt, so daß der Nockentakt so eingestellt wird, daß er langsamer ist als die Krüm merdynamik. Mit anderen Worten, der Verstärkungsfaktor des Reglers H1 wird an hand des Krümmervolumens und der Motordrehzahl ermittelt. Der Regler H1 kann jedoch jeder dem Fachmann bekannte Regler sein, wie zum Beispiel ein PID- Regler, ein PI-Regler oder ein P-Regler. Als nächstes wird in Schritt 930 die mittlere Drosselklappenstellung aus dem Zylinderladungsfehler und dem Regler H2 be rechnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Regler H2 ein Integralreg ler; wie der Fachmann jedoch erkennen wird, können verschieden Regler verwen det werden. Als nächstes wird in Schritt 940 eine Differenz im Nockentakt aus dem Zylinderladungsfehler und dem Regler H3 berechnet. Bei einer bevorzugten Aus führungsform ist der Regler H3 ein Differentialregler oder ein Regler vom Typ eines Hochpaßfilters. Als nächstes geht die Routine weiter zu Schritt 950, wo eine Diffe renz in der Drosselklappenstellung mit Hilfe des Reglers H4 aus der Differenz im Nockentakt berechnet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Regler H4 einfach eine konstante Verstärkung. Dann geht die Routine weiter zu Fig. 5.

Erfordernisse hinsichtlich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im Magerbetrieb

Anhand von Fig. 10 wird nun eine Routine zum Einschränken des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses auf bestimmte Bereiche beschrieben. In Schritt 1010 wird festgestellt, ob der Motor im Schichtladungsbetrieb läuft. Wenn die Antwort auf Schritt 1010 JA lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 1012. In Schritt 1012 wird die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge (fi) anhand von Fahrerbefehlen oder Betriebsbedingungen berechnet. Auch hier wird der Fachmann wieder verschiedene Verfahren zum Er mitteln einer Kraftstoffeinspritzmenge anhand eines Fahrerbefehls oder anhand von Motorbetriebsbedingungen erkennen. Als nächstes geht die Routine weiter zu Schritt 1014, wo ein begrenzter Luftbereich berechnet wird. Der begrenzte Luftbe reich wird berechnet unter Verwendung eines maximal und minimal zulässigen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der Kraftstoffeinspritzmenge und eines Bandparame ters (B). Mit dem Bandparameter hat man noch Raum für Ungenauigkeiten bei der Berechnung. Dann geht die Routine weiter zu Schritt 1016, wo festgestellt wird, ob die tatsächliche Zylinderladung zwischen der maximal und minimal zulässigen Zy linderladung (mcyl1, mcyl2) liegt. Wenn die Antwort auf Schritt 1016 JA lautet, wird in Schritt 1018 festgestellt, ob es unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen möglich ist, eine Luftladung (mcyl1) zu produzieren. Diese Ermittlung kann anhand von Faktoren wie zum Beispiel der Motordrehzahl und dem Atmosphärendruck vor genommen werden. Insbesondere mit zunehmendem Atmosphärendruck kann der Motor 10 eine größere maximale Luftmenge pumpen. Bei einer bevorzugten Aus führungsform wird daher der Grenzwert mcyl1 gewählt, wenn der Atmosphären druck größer ist als ein kalibrierter Wert, und im anderen Fall wird mcyl2 gewählt. Mit anderen Worten, in Schritt 1018 wird festgestellt, ob der Motor physisch eine obere Luftladung (mcyl1) produzieren kann. Wenn die Antwort auf Schritt 1018 NEIN lautet, setzt die Routine in Schritt 1020 die gewünschte Zylinderladung (mcyl des) gleich der unteren Luftladung (mcyl2). Andernfalls wird die gewünschte Zylin derladung auf die obere Zylinderladung (mcyl1) gesetzt.

Anhand von Fig. 11 wird nun die vorliegende Erfindung mit früheren Ansätzen ver glichen, wo es darum geht, das Motordrehmoment zu regeln bzw. das Luft/Kraftstoff-Verhältnis außerhalb eines begrenzten Bereichs von Luft/Kraftstoff- Verhältnissen zu halten. In Fig. 11a bis 11f ist ein Vergleich der mit durchgezoge nen Linien dargestellten vorliegenden Erfindung und der mit gestrichelten Linien dargestellten früheren Ansätze dargestellt. Bei den früheren Ansätzen gemäß Fig. 11a nimmt die Kraftstoffeinspritzmenge zum Zeitpunkt T6 in Reaktion auf eine Än derung im gewünschten Motordrehmoment gemäß Fig. 11d zu. Um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf einem gewünschten Punkt zu haften, wie in Fig. 11e gezeigt, ist ein erhöhter Luftdurchsatz erforderlich. Um einen erhöhten Luftdurch satz bereitzustellen, wird bei früheren Ansätzen die Drosselklappenstellung zum Zeitpunkt T6 geändert, wie in Fig. 11c gezeigt. Wegen der Dynamik des Luftdurch satzes infolge des Krümmervolumens nimmt die Luftladung jedoch nicht schnell genug zu, wie in Fig. 11f gezeigt. Dies führt zu einer vorübergehenden Abweichung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den begrenzten Bereich, wie in Fig. 11e gezeigt. Die früheren Ansätze können also das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht ganz aus dem begrenzten Bereich heraushalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, und wie in Fig. 10 beschrieben, wird zum Zeit punkt T6 auch der Nockentakt erhöht, wie aus Fig. 11b hervorgeht. Gemäß Fig. 11e kann damit verhindert werden, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den be grenzten Luft/Kraftstoff-Bereich gelangt. Dies ist möglich, weil der Luftdurchsatz mit Hilfe des Nockentaktes und der Drosselklappenstellung rasch verändert wurde, wie in Fig. 11f mit der durchgezogenen Linie dargestellt.

Verbesserung beim Anfahren des Fahrzeugs

Das Fahrverhalten des Fahrzeugs wird gemäß der vorliegenden Erfindung verbes sert durch Bereitstellen einer schnelleren Zunahme des Motordrehmoments als dies nach bekannten Verfahren erreicht werden kann. Gemäß Fig. 12 ist der Motor 10 über den Drehmomentwandler (TC) 1210 mit dem Automatikgetriebe (AT) 1200 gekoppelt. Das Automatikgetriebe (AT) 1200 ist mit der Antriebswelle 1202 gekop pelt, die wiederum mit der Achsantriebseinheit (FD) 1204 gekoppelt ist. Die Achs antriebseinheit (FD) ist über die zweite Antriebswelle 1206 mit dem Rad 1208 ge koppelt. In dieser Konfiguration kann der Motor 10 etwas kleiner dimensioniert sein und immer noch ein akzeptables Fahrgefühl erzeugen, da das Motordrehmoment bzw. der Luftdurchsatz mit Hilfe der Drosselklappenstellung und mit Hilfe des Noc kentaktes in der oben beschriebenen Weise geregelt werden.

In Fig. 13 wurde der Drehmomentwandler 1210 weggelassen. Auch ohne den Mo tor 10 kleiner zu dimensionieren, wird also das Fahrverhalten bei den früheren An sätzen verschlechtert. Mit anderen Worten, das Anfahren des Fahrzeugs wird nor malerweise unterstützt durch eine Vervielfachung des Drehmoments mit Hilfe des Drehmomentwandlers 1210. Ohne Drehmomentwandler 1210 wird das Gefühl beim Anfahren des Fahrzeugs schlechter. Um den fehlenden Drehmomentwandler 1210 zu kompensieren, wird der Motor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl mit Hilfe der Drosselklappenstellung als auch mit Hilfe des Nockentaktes im Sinne ei ner raschen Zunahme des Motordrehmoments bzw. des Luftdurchsatzes gesteuert, wodurch das Fahrgefühl verbessert wird und der Drehmomentwandler 1210 weg gelassen werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden beim Anfahren des Fahrzeugs mit einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit und einer niedrigen Motordrehzahl sowohl die Einlaßsteuervorrichtung als auch die Auslaßsteuervorrichtung 170 und 171 ko ordiniert, um die Zylinderladung rasch zu steuern und dadurch das Fahrgefühl zu verbessern. Um eine solche Funktionsweise zu ermöglichen, wird ferner der nomi nale Nockentakt (VCTdesnom) auf einen Wert eingestellt, wo eine große potentielle Zunahme in der Zylinderluftladung erzielt werden kann, wenn sich das Getriebe in Fahrt befindet und die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einem vorbestimmten Wert liegt, was auf ein Potential zum Anfahren des Fahrzeugs hinweist.

Kompensation des Turboloches

Anhand von Fig. 14 ist nun eine Konfiguration dargestellt, wo der Motor 10 mit einer Verdichtungsvorrichtung 1400 gekoppelt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungs form ist die Verdichtungsvorrichtung 1400 ein Turbolader. Die Verdichtungsvor richtung 1400 kann jedoch jede Verdichtungsvorrichtung sein, wie zum Beispiel ein Vorverdichter. Der Motor 10 ist mit dem Ansaugkrümmer 44b und dem Abgas krümmer 48b gekoppelt. Außerdem ist eine Auslaßsteuervorrichtung 171 darge stellt, die zwischen dem Ansaugkrümmer 44b und dem Motor 10 gekoppelt ist. Die Einlaßsteuervorrichtung 170 ist außerdem zwischen dem Ansaugkrümmer 44b und der Verdichtungsvorrichtung 1400 gekoppelt. Die Verdichtungsvorrichtung 1400 enthält den Verdichter 1410.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich, Verzögerungen im Zusam menhang mit dem Turboloch zu kompensieren. Bei einer bevorzugten Ausfüh rungsform werden beim Anfahren des Fahrzeugs mit niedriger Fahrzeuggeschwin digkeit und niedriger Motordrehzahl sowohl die Einlaßsteuervorrichtung als auch die Auslaßsteuervorrichtung 170 und 171 koordiniert, um die Zylinderladung rasch zu steuern, wodurch der verzögerte Druckaufbau aus der Verdichtungsvorrichtung 1400 kompensiert wird. Ein solcher Ansatz kann jedoch bei verschiedenen Fahrbe dingungen verwendet werden, beispielsweise im Langstreckenbetrieb.

Die Erfindung wurde zwar an ihren bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben, doch ist es für den Fachmann auf diesem Gebiet klar, daß viele Ände rungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne den Rah men der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann, wie oben beschrieben, jede Vorrichtung, die den aus dem Ansaugkrümmer 44 austretenden und in den Zylinder 30 eintretenden Strom beeinflußt, als Auslaßsteuervorrichtung verwendet werden. Es kann zum Beispiel ein Drall-Steuerventil, ein Ladungsbewegungs-Steuerventil und ein Ansaugkrümmerrohr-Steuerventil oder ein elektronisch gesteuertes Einlaß ventil gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die Frischladung rasch zu ändern. Ferner kann jede Vorrichtung, die den in den Ansaugkrümmer 44 eintretenden Strom beeinflußt, anstelle der Einlaßsteuervorrichtung verwendet wer den. Zum Beispiel kann ein Abgasrückführungsventil, ein Spülventil oder ein An saugluft-Umleitventil in Verbindung mit der Auslaßsteuervorrichtung verwendet werden, um die Frischladung rasch zu ändern.

Die Erfindung kann auch auf jede Situation angewandt werden, wo die Zylinderla dung schneller geregelt werden muß als dies die Krümmerdynamik normalerweise zulassen würde. Demgemäß soll die Erfindung nur durch die nun folgenden An sprüche begrenzt sein.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines Motors mit wenigstens einem Zylinder, wobei der Motor außerdem einen Ansaugkrümmer und eine Auslaßsteuervorrichtung zum Steuern des Stroms von dem Ansaugkrümmer in den Zylinder und eine Einlaßsteuervorrichtung zum Steuern des Stroms in den Ansaugkrümmer aufweist, umfassend die folgenden Schritte:
Generieren einer Kraftstoffeinspritzmenge; und
Verhindern, daß ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors in einen vorbe stimmten Bereich von Luft/Kraftstoff-Verhältnissen gelangt, indem sowohl die Einlaßsteuervorrichtung als auch die Auslaßsteuervorrichtung anhand der Kraftstoffeinspritzmenge verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Verhinderns ferner fol gendes umfaßt:
Ermitteln eines begrenzten Luftmengenbereichs anhand der Kraftstoffein spritzmenge;
Einstellen sowohl der Einlaßsteuervorrichtung als auch der Auslaßsteuervor richtung, um eine tatsächliche Luftmenge außerhalb des begrenzten Luftmen genbereichs zu steuern.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der begrenzte Luftmengenbereich ferner auf dem vorbestimmten Luft/Kraftstoff-Bereich basiert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der begrenzte Luftmengenbereich durch eine minimale Luftmenge und eine maximale Luftmenge begrenzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die tatsächliche Luftmenge so gesteuert wird, daß sie höher ist als die maximale Luftmenge, wenn die maximale Luft menge für die gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen erreichbar ist.

6. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die tatsächliche Luftmenge so gesteuert wird, daß sie niedriger ist als die minimale Luftmenge, wenn die maximale Luftmenge für die gegenwärtigen Motorbetriebsbedingungen nicht erreichbar ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Auslaßsteuervorrichtung ein varia bles Nockensteuerungssystem ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Auslaßsteuervorrichtung ein varia bles Ventilsteuerungssystem ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Einlaßsteuervorrichtung eine Dros selklappe ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Einlaßsteuervorrichtung ein Abgas rückführungsventil ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Einlaßsteuervorrichtung eine Dros selklappe ist.

12. erfahren zum Steuern eines Motors mit wenigstens einem Zylinder, wobei der Motor außerdem einen Ansaugkrümmer und eine Auslaßsteuervorrichtung zum Steuern des Stroms von dem Ansaugkrümmer in den Zylinder und eine Einlaßsteuervorrichtung zum Steuern des Stroms in den Ansaugkrümmer aufweist, umfassend die folgenden Schritte:
Generieren einer Kraftstoffeinspritzmenge;
Ermitteln eines begrenzten Bereichs des Stroms in die Zylinder anhand der Kraftstoffeinspritzmenge und eines begrenzten Luft/Kraftstoff-Bereichs; und
Einstellen sowohl der Einlaßsteuervorrichtung als auch der Auslaßsteuervor richtung anhand des begrenzten Luftmengenbereichs.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der begrenzte Luftbereich des Stroms in die Zylinder durch eine minimale Luftmenge und eine maximale Luftmenge begrenzt ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des Einstellens ferner die folgenden Schritte umfaßt:
Einstellen sowohl der Einlaßsteuervorrichtung als auch der Auslaßsteuervor richtung, um die maximale Luftmenge bereitzustellen, wenn der Atmosphä rendruck größer ist als ein vorgewählter Wert;
Einstellen sowohl der Einlaßsteuervorrichtung als auch der Auslaßsteuervor richtung, um die minimale Luftmenge bereitzustellen, wenn der Atmosphären druck kleiner ist als der vorgewählte Wert.

15. Fertigungsgegenstand, der folgendes umfaßt:
ein Computerspeichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zum Steuern eines Motors mit wenigstens einem Zylinder, wobei der Motor außerdem einen Ansaugkrümmer und eine Auslaßsteuervorrichtung zum Steuern des Stroms von dem Ansaugkrümmer in den Zylinder und eine Ein laßsteuervorrichtung zum Steuern des Stroms in den Ansaugkrümmer auf weist, wobei das Computerspeichermedium folgendes umfaßt:
eine Code zum Generieren einer Kraftstoffeinspritzmenge;
einen Code zum Ermitteln eines begrenzten Luftmengenbereichs anhand der Kraftstoffeinspritzmenge; und
einen Code zum Einstellen sowohl der Einlaßsteuervorrichtung als auch der Auslaßsteuervorrichtung anhand des begrenzten Luftmengenbereichs.

16. Gegenstand nach Anspruch 15, ferner umfassend einen Code zum Ermitteln des begrenzten Luftmengenbereichs des Stroms in die Zylinder anhand der Kraftstoffeinspritzmenge und eines begrenzten Bereichs der Luft/Kraftstoff- Verhältnisse.

17. Gegenstand nach Anspruch 16, der ferner folgendes umfaßt:
einen Code zum Ermitteln einer gewünschten Luftmenge anhand des be grenzten Luftmengenbereichs;
einen Code zum Einstellen der Einlaßsteuervorrichtung und der Auslaßsteu ervorrichtung, um den Strom in Reaktion auf die gewünschte Luftmenge in ähnliche Richtungen zu beeinflussen; und
einen Code zum Einstellen der Einlaßsteuervorrichtung und der Auslaßsteu ervorrichtung, um den Strom in Reaktion auf einen Sollwertfehler der Auslaß steuervorrichtung in entgegengesetzte Richtungen zu beeinflussen.

18. Gegenstand nach Anspruch 17, bei dem die gewünschte Luftmenge durch die Wahl einer maximalen Luftmenge außerhalb des begrenzten Luftmengenbe reichs in einem ersten vorbestimmten Bereich von Betriebszuständen ermittelt wird.

19. Gegenstand nach Anspruch 18, bei dem die gewünschte Luftmenge durch die Wahl einer minimalen Luftmenge außerhalb des begrenzten Luftmengenbe reichs in einem zweiten vorbestimmten Bereich von Betriebszuständen ermit telt wird.

20. Gegenstand nach Anspruch 19, ferner umfassend einen Code zum Ermitteln des ersten vorbestimmten Bereichs von Betriebszuständen und des zweiten vorbestimmten Bereichs von Betriebszuständen anhand des Atmosphären druckes.