DE10051425A1 - Motorsteuersystem und -verfahren für einen Direkteinspritzer mit veränderlicher Ventilsteuerzeit - Google Patents

Motorsteuersystem und -verfahren für einen Direkteinspritzer mit veränderlicher Ventilsteuerzeit

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DE10051425A1
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Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung der Betriebsübergänge, zum Beispiel von einem Schichtbetrieb zu einem homogenen Betrieb, bei einem Direkteinspritzer verstellt eine Ansaugkrümmer-Auslass-Steuervorrichtung, zum Beispiel eine Nockensteuerung, um die Frischladung des Zylinders trotz der Krümmerdynamik schnell zu steuern. Ferner wird eine koordinierte Änderung zwischen einer Ansaugkrümmer-Einlass-Steuervorrichtung, zum Beispiel einer Drosselklappe, und der Auslass-Steuervorrichtung dazu verwendet, die schnelle Steuerung der Frischladung des Zylinders zu erreichen. Auf diese Weise werden Störungen des Motordrehmoments während der Betriebsübergänge beseitigt, selbst wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis des Zylinders von einem Zylindervorgang zum nächsten geändert wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Das Gebiet der Erfindung betrifft Betriebsübergänge bei einem Direkteinspritzer mit Fremdzündung.
Hintergrund der Erfindung
Bei Direkteinspritzern mit Fremdzündung gibt es zwei Betriebsarten, die typischerweise verwendet werden. Die erste Betriebsart wird als Schichtbetrieb bezeichnet, bei der Kraftstoff während des Verdichtungshubs des Motors eingespritzt wird. Bei dem Schichtbetrieb wird das Luft-/Kraftstoffverhältnis überstöchiometrisch betrieben. Bei der zweiten Betriebsart, die als homogener Betrieb bezeichnet wird, wird der Kraftstoff während des Ansaughubs des Motors eingespritzt.
Während des homogenen Betriebs kann das Luft-/Kraftstoffgemisch überstöchiometrisch oder unterstöchiometrisch betrieben werden. In manchen Fällen stimmt jedoch der betriebsfähige Schichtbetriebsbereich der mageren Luft- /Kraftstoffverhältnisse nicht mit einem betriebsfähigen homogenen mageren Luft- /Kraftstoffverhältnis überein. Beim Umschalten zwischen diesen zwei Betriebsarten ändert sich daher das Luft-/Kraftstoffverhältnis von einem Zylindervorgang zum nächsten Zylindervorgang auf diskontinuierliche Weise. Aufgrund dieser diskontinuierlichen Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses wird das Motordrehmoment nicht kompensiert und erfährt eine abrupte Änderung.
Ein Verfahren zur Behebung abrupter Änderungen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Motorzylinders besteht darin, den Zündzeitpunkt so zu verstellen, dass abrupte Änderungen des Motordrehmoments vermieden werden. Eine weitere Lösung besteht darin, die Drosselklappenstellung so zu verstellen, dass eine in den Ansaugkrümmer strömende Frischladungsmenge verringert oder vergrößert wird, und dadurch die Änderungen des Motordrehmoments während der diskontinuierlichen Änderungen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders zu kompensieren.
Die Erfinder dieser Erfindung haben bei den obigen Vorgehensweisen Nachteile erkannt. Dieses Verfahren ist bezüglich der Zündzeitpunktverstellung zur Vermeidung abrupter Änderungen des Motordrehmoments nur anwendbar, wenn die Größe der Drehmomentänderung klein ist. Der zulässige Zündzeitpunktbereich ist mit anderen Worten durch Fehlzündungen des Motors und Emissionszwangsläufigkeiten eingeschränkt. Das Vorgehen ist daher nicht allgemein anwendbar.
Bezüglich der Verstellungen der Drosselklappenstellung zur Verhinderung von abrupten Änderungen des Motordrehmoments kann ein Steuern der in den Krummer strömenden Menge die Zylinderfüllung aufgrund des Krümmervolumens nicht schnell regeln. Die in den Zylinder strömende Luft wird mit anderen Worten durch die Krümmerdynamik geregelt und daher liegt eine Drehmomentstörung vor, wenn die Drosselklappe zur Kompensation diskontinuierlicher Änderungen des Luft- /Kraftstoffverhältnisses des Zylinders verwendet wird. Wenn die Drosselklappe zum Beispiel sofort geschlossen wird und keine Luft durch die Drosselklappe in den Krümmer strömt, sinkt die Zylinderansaugluft nicht sofort auf Null. Der Motor muss die in dem Krümmer gespeicherte Luft runterpumpen, was eine gewisse Anzahl von Umdrehungen dauert. Daher sinkt die Zylinderansaugluft allmählich auf Null. Eine derartige Situation ist immer gegeben, wenn versucht wird, die Zylinderfüllung unter Verwendung einer Steuervorrichtung wie zum Beispiel einer Drosselklappe zu ändern.
Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Luft- /Kraftstoffbetriebsübergänge bei Direkteinspritzern zwischen jeweiligen Luft- /Kraftstoffbereichen zu ermöglichen, die sich nicht überlappen, und dabei abrupte Änderungen des Motordrehmoments zu verhindern.
Die Verwirklichung der obigen Aufgabe und das Überwinden der Nachteile der Vorgehensweisen des Stands der Technik erfolgt durch ein Verfahren zur Steuerung eines Motors während einer Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders von einem ersten Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnis zu einem zweiten Zylinder-Luft- /Kraftstoffverhältnis, wobei der Motor einen Ansaugkrümmer und eine Auslass- Steuervorrichtung zum Steuern der von dem Ansaugkrümmer in den Zylinder strömenden Menge aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte der Anzeige der Änderung des Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnisses und das Ändern der Auslass- Steuervorrichtung in Reaktion auf diese Anzeige.
Durch Verwenden einer Auslass-Steuervorrichtung, die die aus dem Krünimer strömende (in den Zylinder strömende) Menge steuert, ist es möglich, die Zylinderfüllung trotz Reaktionsverzögerungen der durch den Ansaugkrümmer angesaugten Luftmenge schnell zu ändern. Eine schnelle Änderung der Zylinderfüllung kann mit anderen Worten erreicht werden, wodurch eine schnelle Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders ermöglicht und gleichzeitig Störungen des Motordrehmoments verhindert werden.
Ein Vorteil der obigen Erscheinungsform der Erfindung liegt darin, dass unerwünschte Drehmomentänderungen bei abrupter Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders beseitigt werden können.
In einer anderen Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Verwirklichung der obigen Aufgabe und die Überwindung der Nachteile der Vorgehensweisen des Stands der Technik durch ein Verfahren zum Steuern eines Motors während einer Änderung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses eines Zylinders von einem ersten Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnis zu einem zweiten Zylinder-Luft- /Kraftstoffverhältnis, wobei der Motor einen Ansaugkrümmer, eine Einlass- Steuervorrichtung zum Steuern der in den Krümmer strömenden Menge und eine Auslass-Steuervorrichtung zum Steuern der aus dem Ansaugkrümmer strömenden Menge aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte der Anzeige der Änderung des Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnisses und das Ändern der Auslass-Steuervorrichtung und der Einlass-Steuervorrichtung in Reaktion auf diese Anzeige.
Durch Ändern sowohl der Einlass- als auch der Auslass-Steuervorrichtung ist es möglich, die Zylinderansaugluft trotz Reaktionsverzögerungen der durch den Ansaugkrümmer angesaugten Luftmenge schnell zu ändern. Da die Zylinderansaugluft schnell geändert werden kann, kann die Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders kompensiert und schnelle Änderungen des Motordrehmoments vermieden werden. Die vorliegende Erfindung steuert mit anderen Worten die Krümmereinlass- und Krümmerauslass-Mengen auf koordinierte Weise, so dass unabhängig vom Krümmervolumen eine schnelle Änderung der Zylinderansaugluft möglich ist. Diese schnelle Änderung der Zylinderansaugluft ermöglicht eine schnelle Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses und verhindert gleichzeitig abrupte Änderungen des Motordrehmoments, selbst während abrupten Änderungen des Luft- /Kraftstoffverhältnisses des Zylinders.
Ein Vorteil der obigen Erscheinungsform der Erfindung besteht darin, dass unerwünschte Drehmomentänderungen bei einem sich abrupt ändernden Luft- /Kraftstoffverhältnis des Zylinders vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der obigen Erscheinungsform der Erfindung liegt darin, dass durch Verwenden sowohl einer Auslass- als auch einer Einlass-Steuervorrichtung eine kontrolliertere schnelle Änderung der Zylinderfüllung möglich ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Aufgabe und Vorteile der hierin beanspruchten Erfindung gehen beim Lesen eines Beispiels einer Ausführung, in der die Erfindung vorteilhaft eingesetzt wird, unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen deutlicher hervor. Hierbei sind:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführung, bei der die Erfindung vorteilhaft eingesetzt ist;
Fig. 2, 3, 6 und 7 detaillierte Ablaufdiagramme, die einen Teil des Betriebs der in Fig. 1 gezeigten Ausführung durchführen;
Fig. 4 eine Darstellung, die die Ergebnisse bei Verwendung von Vorgehensweisen des Stands der Technik veranschaulicht, und
Fig. 5 eine Darstellung, die die Ergebnisse bei Verwendung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Eingehende Beschreibung und beste Durchführung
Ein Direkteinspritzer-Verbrennungsmotor 10 mit Fremdzündung, der eine Vielzahl von Brennräumen umfasst, wird durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Brennraum 30 des Motors 10 wird in Fig. 1 einschließlich der Brennraumwandungen 32 mit dem darin positionierten und mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Kolben 36 gezeigt. In diesem speziellen Beispiel umfasst der Kolben 30 eine (nicht abgebildete) Ausnehmung oder Kammer zur Unterstützung der Bildung von Schichtladungen von Luft und Kraftstoff. Der Brennraum oder Zylinder 30 wird mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Abgaskrümmer 48 über (nicht abgebildete) jeweilige Einlassventile 52a und 52b und (nicht abgebildete) Auslassventile 54a und 54b in Verbindung stehend gezeigt. Das Einspritzventil 66 ist direkt mit dem Brennraum 30 verbunden dargestellt, zur Zufuhr von flüssigem Kraftstoff direkt dort hinein im Verhältnis zur Impulsbreite des von dem Steuergerät 12 über den herkömmlichen elektronischen Treiber 69 erhaltenen Signals fpw. Durch ein (nicht abgebildetes) herkömmliches Hochdruckkraftstoffsystem einschließlich eines Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und eines Kraftstoffverteilerrohrs wird dem Einspritzventil 66 Kraftstoff zugeführt.
Der Ansaugkrümmer 44 wird mittels der Drosselklappenplatte 62 mit dem Drosselklappengehäuse 58 verbunden gezeigt. Bei diesem speziellen Beispiel ist die Drosselklappenplatte 62 mit dem elektrischen Motor derart 94 verbunden, dass die Stellung der Drosselklappenplatte 62 durch das Steuergerät 12 über den elektrischen Motor 94 gesteuert wird. Diese Konfiguration wird häufig als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet, die auch während der Leerlaufsteuerung eingesetzt wird. In einer (nicht abgebildeten) alternativen Ausführung, die dem Fachmann gut bekannt ist, ist ein Umgehungsluftkanal parallel zur Drosselklappenplatte 62 angeordnet, um die Ansaugluft während der Leerlaufsteuerung über ein in dem Luftkanal positioniertes Drosselklappensteuerventil zu steuern.
Die Abgas-Lambdasonde 76 ist mit dem Abgaskrümmer 48 stromaufwärts des Katalysators 70 verbunden dargestellt. In diesem speziellen Beispiel liefert die Sonde 76 das Signal EGO an das Steuergerät 12, welches das Signal EGO in das bistabile 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 während der Lambdaregelung auf herkömmliche Weise vorteilhaft verwendet, um das durchschnittliche Luft-/Kraftstoffverhältnis während des stöchiometrischen homogenen Betriebs stöchiometrisch zu halten.
Die herkömmliche verteilerlose Zündung 88 liefert dem Brennraum 30 über die Zündkerze 92 in Reaktion auf das Zündzeitpunktverstellsignal SA von dem Steuergerät 12 einen Zündfunken.
Das Steuergerät 12 bewirkt durch Steuern der Einspritzzeit einen Betrieb des Brennraums 30 entweder in einem homogenen Luft-/Kraftstoffbetrieb oder in einem Schicht-Luft-/Kraftstoffbetrieb. Im Schichtbetrieb aktiviert das Steuergerät 12 das Einspritzventil 66 während des Motorverdichtungshubs, so dass Kraftstoff direkt in die Kammer des Kolbens 36 eingespritzt wird. Dadurch werden Luft- /Kraftstoffschichtungen gebildet. Die der Zündkerze am nächsten liegende Schicht enthält ein stöchiometrisches Gemisch bzw. ein leicht unterstöchiometrisches Gemisch und die folgenden Schichten enthalten zunehmend magerere Gemische. Während des homogenen Betriebs aktiviert das Steuergerät 12 das Einspritzventil 66 während des Ansaughubs, so dass ein im Wesentlichen homogenes Luft-/Kraftstoffgemisch gebildet wird, wenn der Zündkerze 92 durch die Zündung 88 Zündkraft zugeführt wird. Das Steuergerät 12 steuert die Menge des von dem Einspritzventil 66 zugeführten Kraftstoffes, so dass das homogene Luft-/Kraftstoffgemisch in dem Brennraum 30 stöchiometrisch, bei einem unterstöchiometrischen Wert oder einem überstöchiometrischen Wert gewählt werden kann. Das Schicht-Luft- /Kraftstoffgemisch liegt immer bei einem überstöchiometrischen Wert, wobei das exakte Luft-/Kraftstoffverhältnis eine Funktion der Menge des dem Brennraum 30 zugeführten Kraftstoffes ist. Ein zusätzlicher geteilter Betrieb, bei dem zusätzlicher Kraftstoff während des Auspufftakts im Schichtbetrieb eingespritzt wird, ist ebenfalls möglich.
Eine Stickstoff-(NOx)-Absorbiervorrichtung oder Falle 72 ist stromabwärts des Katalysators 70 positioniert gezeigt. Die NOx-Falle 72 absorbiert NOx, wenn der Motor 10 überstöchiometrisch läuft. Das absorbierte NOx wird dann mit Kohlenwasserstoff zur Reaktion gebracht und wird während eines NOx-Spülzyklus katalysiert, wenn das Steuergerät 12 den Motor 10 entweder in einem unterstöchiometrischen Betrieb oder einem stöchiometrischen homogenen Betrieb laufen lässt.
Das Steuergerät 12 ist in Fig. 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes umfasst: eine Mikroprozessorvorrichtung 102, Eingangs-/Ausgangskanäle 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem speziellen Beispiel als Festspeicherbaustein 106 gezeigt wird, einen Direktzugriffspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Es wird das Steuergerät 12 gezeigt, wie es verschiedene Signale von den mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Signalen erhält, nämlich: Messung der angesaugten Luftmasse (MAP) von dem mit dem Drosselklappengehäuse 58 verbundenen Luftmassensensor 100; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit dem Kühlmantel 114 verbundenen Temperatursensor 112; ein Profilzündungsabtastsignal (PIP) von dem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118; die Drosselklappenstellung TP von dem Drosselklappenschalter 120 und das Ansaugunterdrucksignal MAP von dem Sensor 122. Das Drehzahlsignal RPM wird durch das Steuergerät 12 aus dem Signal PIP auf herkömmliche Weise erzeugt, und das Ansaugunterdrucksignal MAP zeigt eine Motorlast an. Bei einer bevorzugten Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt der Geber 118, der auch als Motordrehzahlsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl an gleichmäßig beabstandeten Impulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle.
Bei diesem speziellen Beispiel werden die Temperatur Tcat des Katalysators 70 und die Temperatur Ttrp der NOx-Falle 72 aus dem in dem U.S. Patent Nr. 5,414,994, deren Beschreibung durch Erwähnung Bestandteil dieser Schrift wird, offenbarten Motorbetrieb abgeleitet. In einer anderen Ausführung wird die Temperatur Tcat durch den Temperatursensor 124 ermittelt und die Temperatur Ttrp wird durch den Temperatursensor 126 ermittelt.
Weiter mit Fig. 1 wird eine Nockenwelle 130 des Motors 10 in Verbindung mit Kipphebeln 132 und 134 zur Betätigung der Einlassventile 52a, 52b und des Auslassventils 54a, 54b gezeigt. Die Nockenwelle 130 ist direkt mit dem Gehäuse 136 verbunden. Das Gehäuse 136 bildet ein Zahnrad mit einer Vielzahl von Zähnen 138. Das Gehäuse 136 ist mit einer (nicht abgebildeten) Innenwelle hydraulisch verbunden, welche wiederum über eine (nicht abgebildete) Steuerkette direkt mit der Nockenwelle 130 verbunden ist. Daher drehen sich das Gehäuse 136 und die Nockenwelle 130 bei einer Geschwindigkeit, die im Wesentlichen gleich der der inneren Nockenwelle ist. Die innere Nockenwelle dreht sich bei einem konstanten Geschwindigkeitsverhältnis zur Kurbelwelle 40. Durch ein später hier beschriebenes Eingreifen in die hydraulische Kupplung kann die relative Stellung der Nockenwelle 130 zur Kurbelwelle 140 durch Hydraulikdrücke in der Frühverstellkammer 142 und der Spätverstellkammer 144 abgeändert werden. Indem man das Hochdruckhydrauliköl in die Frühverstellkammer 142 strömen lässt, wird das relative Verhältnis zwischen Nockenwelle 130 und Kurbelwelle 40 auf früh gestellt. Somit öffnen und schließen die Einlassventile 52a, 52b und die Auslassventile 54a, 54b gegenüber der Kurbelwelle 40 früher als normal. Indem man ein Hochdruckhydrauliköl in die Spätverstellkammer 144 strömen lässt, wird analog das relative Verhältnis zwischen Nockenwelle 130 und Kurbelwelle 40 auf spät eingestellt. Somit öffnen und schließen die Einlassventile 52a, 52b und die Auslassventile 54a, 54b gegenüber der Kurbelwelle 40 später als normal.
Zähne 138, die mit dem Gehäuse 136 und der Nockenwelle 130 verbunden sind, ermöglichen über einen Nockensteuersensor 150, der dem Steuergerät 12 das Signal VCT liefert, eine Messen der relativen Nockenstellung. Die Zähne 1, 2, 3 und 4 werden vorzugsweise zur Messung der Nockensteuerung verwendet und sind gleichmäßig beabstandet (zum Beispiel in einem zweireihigen V-8 Motor, 90 Grad von einander beabstandet), während der Zahn 5 vorzugsweise zur Zylinderidentifikation verwendet wird. Ferner schickt das Steuergerät 12 Steuersignale (LACT, RACT) an (nicht abgebildete) herkömmliche Magnetventile, um die Menge des entweder in die Frühverstellkammer 142, die Spätverstellkammer 144 oder in keines davon fließenden Hydrauliköls zu steuern.
Die relative Nockensteuerung wird unter Verwendung des in U.S. 5,548,995 beschriebenen Verfahrens, das durch Erwähnung Bestandteil dieser Schrift wird, gemessen. Allgemein gesagt liefert die Zeit bzw. der Drehwinkel zwischen der Anstiegsflankensteilheit des PIP-Signals und dem Empfang eines Signals von einem der Vielzahl von Zähne 138 an dem Gehäuse 136 ein Maß der relativen Nockensteuerung. Für das spezielle Beispiel eines V-8 Motors mit zwei Zylinderreihen und einem Rad mit fünf Zähnen wird ein Maß der Nockensteuerung für eine spezielle Reihe viermal pro Umdrehung erhalten, wobei das Extrasignal für die Zylinderidentifikation verwendet wird.
Unter Bezug auf Fig. 2 wird nun ein Ablauf zur Durchführung der Betriebsübergänge entweder vom Schichtbetrieb zu dem homogenen Betrieb oder vom homogenen Betrieb zum Schichtbetrieb beschrieben. Zuerst erfolgt bei Schritt 210 eine Ermittlung, ob ein Betriebsübergang notwendig ist. Lautet die Antwort auf Schritt 210 JA, erfolgt anhand der derzeitigen Motorbetriebsbedingungen eine Ermittlung, ob ein überlappender Luft-/Kraftstoftbereich vorliegt. Die Ermittlung erfolgt unter Verwendung einer der folgenden zwei Gleichungen, abhängig davon, ob der Betrieb vom Schichtbetrieb zum homogenen Betrieb oder vom homogenen Betrieb zum Schichtbetrieb geändert wird.
Bei Übergang vom Schichtbetrieb zum homogenen Betrieb wird folgende Bedingung verwendet:
wobei die Gleichung ermittelt, ob das minimale angezeigte Motordrehmoment (Ti) über den verfügbaren Zündzeitpunkten (Zünd) für den homogenen Betrieb bei dem maximalen mageren homogenen Luft-/Kraftstoffverhältnis (a/f homogen|max) größer als das maximale angezeigte Motordrehmoment über den verfügbaren Zündzeitpunkten für den Schichtbetrieb bei dem minimalen mageren Schicht-Luft-/Kraftstoffverhältnis (a/f homogen|max) bei den aktuellen Betriebsbedingungen ist, die zum Beispiel durch Motordrehzahl (RPM), Frischluftmenge, Abgasrückführungsmenge und andere dem Fachmann bekannte Variablen festgelegt sind, um das angezeigte Motordrehmoment zu beeinflussen. Wenn mit anderen Worten diese Bedingung zutrifft, dann fährt der Ablauf mit Schritt 216 fort.
Bei Übergang vom homogenen Betrieb zum Schichtbetrieb wird folgende Bedingung verwendet:
wobei die Gleichung ermittelt, ob das maximale angezeigte Motordrehmoment über den verfügbaren Zündzeitpunkten für den Schichtbetrieb bei dem minimalen mageren Schicht-Luft-/Kraftstoffverhältnis (a/f homogen|max) kleiner als das minimale angezeigte Motordrehmoment (Ti) über den verfügbaren Zündzeitpunkten (Zünd) für den homogenen Betrieb bei dem maximalen mageren homogenen Luft­ /Kraftstoffverhältnis (a/f homogen|max) bei den aktuellen Betriebsbedingungen ist, die zum Beispiel durch Motordrehzahl (RPM), Frischluftmenge, Abgasrückführungsmenge und andere dem Fachmann bekannte Variablen festgelegt sind, um das angezeigte Motordrehmoment zu beeinflussen. Wenn mit anderen Worten diese Bedingung zutrifft, dann fährt der Ablauf mit Schritt 216 fort.
Wie vorstehend hier beschrieben wurde, ermitteln diese Gleichungen, ob der Betrieb einfach durch Änderung der Einspritzzeit, Ändern der Einspritzzeit und des Zündzeitpunkts oder erfindungsgemäß unter Verwenden eines kombinierten Vorgehens geändert werden kann, bei dem die elektronische Drosselklappen- und veränderlichen Nockensteuerstellantriebe synchronisiert sind.
Weiter mit Fig. 2, bei der die Antwort auf Schritt 212 JA lautet, fährt der Ablauf mit Schritt 214 fort, bei dem der Betrieb durch Ändern der Einspritzzeit oder durch Ändern der Einspritzzeit und der Zündzeit geändert wird. Wenn die Antwort auf Schritt 212 NEIN lautet, fährt der Ablauf mit Schritt 216 fort, bei dem der Betrieb durch die koordinierte Steuerung der veränderlichen Nockensteuerung und der Drosselklappenstellung geändert wird, was nachfolgend unter speziellem Bezug auf Fig. 3 beschrieben wird.
Unter Bezug auf Fig. 3 wird nun ein Ablauf zur Änderung der Motorbetriebsarten durch koordinierte Steuerung der veränderlichen Nockensteuerung und der Drosselklappenstellung beschrieben, wobei abrupte Änderungen des Motordrehmoments während des Übergangs vermieden werden. Bei Schritt 3 wird der aktuelle Krümmerdruck vor dem Betriebsübergang unter Verwendung folgender Gleichung ermittelt, wenn die Massenfüllung bekannt ist:
wobei t|m der Krümmerdruck vor dem Betriebsübergang ist, mc die gesamte Massenfüllung ist und die Parameter a, b anhand der Motorbetriebsbedingungen, einschließlich der aktuellen Nockensteuerung (VCT), der Motordrehzahl und der Krümmertemperatur, ermittelt werden. Das aktuelle angezeigte Motordrehmoment (Te) wird ferner unter Verwendung der aktuellen Motorbetriebsbedingungen geschätzt. Ansonsten wird der aktuelle Krümmerdruck vor dem Betriebsübergang durch Ablesen des Krümmerdrucksensors ermittelt. Alternativ können verschiedene dem Fachmann bekannte Verfahren zur Ermittlung des Krümmerdrucks verwendet werden.
Weiter mit Fig. 4 wird bei Schritt 312 die neue erforderliche Frischladung des Zylinders nachdem Betriebsübergang so ermittelt, dass das gleiche Motordrehmoment sowohl vor als auch nach dem Betriebsübergang erzeugt wird. Der neue Wert der Zylinderfrischladung m neu|cLuftwird gemäß den Betriebsbedingungen nach dem Betrieb unter Verwendung des beschränkenden Luft-/Kraftstoffverhältnisses für den Betrieb, auf den der Motor überwechselt, ermittelt, so dass das in Schritt 310 ermittelte Motordrehmoment erzeugt wird. Der Wert wird anhand von Motorkennfeldern ermittelt, die durch die Funktion g wiedergegeben werden:
Andere Motorbetriebsparameter, wie Motordrehzahl, Abgasrückführung oder jeder andere Parameter, der das Motordrehmoment beeinflusst, können aufgenommen werden.
Alternativ kann jedes einem Fachmann zur Ermittlung der erforderlichen Frischladung bekannte Verfahren zur Erzeugung eines vorbestimmten Betrags eines Motordrehmoments bei einem bestimmten Luft-/Kraftstoffverhältnis und Krümmerdruck verwendet werden.
Weiter mit Fig. 3 wird bei Schritt 314 der neue veränderliche Nockensteuerungswinkel so bestimmt, dass der Krümmerdruck gleich dem in Schritt 310 ermittelten Krümmerdruck ist und die tatsächliche Massenfüllung gleich der in Schritt 312 ermittelten Massenfüllung ist, indem die folgende Gleichung eingesetzt wird. Hier stellt der Nockensteuerungswert, der diese Gleichung zum Tragen kommen lässt, den neuen gewünschten Nockensteuerungswert VCTneu dar:
Als Nächstes wird bei Schritt 316 die neue Drosselklappenstellung ermittelt, die den in Schritt 312 ermittelten neuen Wert der Frischladung bei dem Krümmerdruckübergangswert t|m und die aktuellen Betriebsbedingungen liefert. Jede dem Fachmann bekannte Gleichung zur Beschreibung der durch eine Drosselklappe fließenden verdichtbaren Menge kann verwendet werden, um die notwendige Drosselklappenstellung anhand des Übergangskrümmerdrucks in Schritt 314 und der in Schritt 312 ermittelten neuen Frischladung zu finden.
Erfindungsgemäß kann unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens unter speziellem Bezug auf Fig. 3 der Motorbetrieb geändert oder das Luft- /Kraftstoffverhältnis des Motors sofort sprunghaft geändert werden, während gleichzeitig abrupte Änderungen des Motordrehmoments vermieden werden. Durch ein relatives Konstanthalten des Krümmerdrucks und ein gleichzeitiges Ändern der Drosselklappenstellung und der veränderlichen Nockensteuerungsstellung gemäß den obigen Gleichungen kann die Zylinderfüllung schnell geändert werden, um der Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses zu entsprechen, wodurch abrupte Änderungen des Motordrehmoments verhindert werden. Die vorliegende Erfindung kann auch auf jede Situation angewendet werden, in der das Luft-/Kraftstoffverhältnis abrupt geändert wird und es wünschenswert ist, abrupte Änderungen des Motordrehmoments zu verhindern.
Weiterhin kann die Erfindung zur schnellen Steuerung des Motordrehmoments unter Verwendung der Luftmenge verwendet werden. Die Motordrehmomentsteuerung kann mit anderen Worten trotz Krümmervolumen und Krümmerdynamik schnell verwirklicht werden. Zum Beispiel kann eine verbesserte Leerlaufsteuerung durch Verwenden der Nockensteuerung zusammen mit der elektronischen Drosselklappe zur schnellen Steuerung des Motordrehmoments verwirklicht werden.
Weiter unter Bezug auf Fig. 4 wird eine Gruppe von Diagrammen beschrieben, die einen Betrieb gemäß Verfahren des Stands der Technik zeigen. In der obersten Darstellung wird die Drosselklappenstellung gegen die Zeit gezeigt. In der zweiten Darstellung wird die Kraftstoffeinspritzmenge gegen die Zeit gezeigt. In der dritten Darstellung wird das Drehmoment gegen die Zeit gezeigt. Schließlich wird in der vierten und untersten Darstellung die Zylinderluftfüllung gegen die Zeit gezeigt. Zu, dem durch die vertikale Strichlinie angezeigten Zeitpunkt wird ein Betriebsübergang ausgeführt, wobei der Motor vom Lauf im Schichtbetrieb zu einem Lauf in einem homogenen Betrieb übergeht. In dieser Situation ist kein überlappendes Luft- /Kraftstoffverhältnis erlaubt, so dass ein gleiches Drehmoment erzeugt werden kann, selbst wenn Änderungen der Zündzeitpunkte verwendet werden. Daher werden Verfahren des Stands der Technik unter Verwendung der Luftmenge als Verfahren zur Steuerung des Drehmoments eingesetzt. Wie in den oberen zwei Darstellungen gezeigt wird die Drosselklappenstellung sofort gesenkt, um das andernfalls erhöhte Drehmoment, das durch die sofortige Änderung der Kraftstoffeinspritzmenge verursacht wird, zu berücksichtigen, um eine schlechtere Motorverbrennung zu verhindern. Wie in der dritten Darstellung gezeigt wird das Motordrehmoment während des Übergangs gestört und kehrt erst zu einem gewissen Zeitpunkt nach dem Übergang auf den gewünschten Wert zurück, was durch die Krümmerdynamik bestimmt wird, wie durch die vierte Darstellung gezeigt, bei der sich die Zylinderluftfüllung dem neuen Wert nähert.
Unter Bezug auf Fig. 5 wird nun ein Betriebsübergang von dem Schichtbetrieb zu dem homogenen Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die erste Darstellung zeigt die Drosselklappenstellung gegen die Zeit. Die zweite Darstellung zeigt die Kraftstoffeinspritzmenge gegen die Zeit. Die dritte Darstellung zeigt das Motordrehmoment gegen die Zeit. Die vierten Darstellung zeigt die Zylinderluftfüllung gegen die Zeit. Die fünfte und letzte Darstellung zeigt die veränderliche Nockensteuerungsstellung gegen die Zeit, wobei die vertikale Achse eine zunehmende Nockenspäterverstellung zeigt. Zu dem durch die vertikale Strichlinie angezeigten Zeitpunkt tritt ein Betriebsübergang von dem Schichtbetrieb zu dem homogenen Betrieb ein. Erfindungsgemäß werden sowohl die Drosselklappenstellung als auch die veränderliche Nockensteuerung auf koordinierte Weise geändert, so dass die Luftfüllung, wie in der vierten Darstellung gezeigt, auf einen niedrigeren Wert sinkt. Gleichzeitig wird die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, um den Betrieb des Motors in Bereichen, die eine schlechte Verbrennung erzeugen würden, zu vermeiden. Wie in der dritten Darstellung gezeigt, werden während des Übergangs abrupte Änderungen des Motordrehmoments vermieden. Dies ist auf die koordinierte Änderung zwischen der Drosselklappenstellung und der Nockensteuerung zurückzuführen, wobei der Änderungsbetrag der Nockensteuerung und der Drosselklappenstellung erfindungsgemäß ermittelt wird.
Unter Bezug auf Fig. 6 wird nun ein Ablauf beschrieben, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren bei Verwendung von Rückmeldung von verfügbaren Sensoren verbessert wird. Wenn ein Massenluftmengensignal verfügbar ist, kann es insbesondere in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zur Ermöglichung einer zusätzlichen Steuerung und Kompensation von Rechenfehlern verwendet werden.
Zuerst erfolgt bei Schritt 610 eine Ermittlung, ob ein Betriebsübergang stattgefunden hat. Wenn die Antwort auf Schritt 610 JA lautet, fährt der Ablauf mit Schritt 612 fort. Bei Schritt 612 wird ein Fehler zwischen der neuen gewünschten Zylinderluftfüllung multipliziert mit Motordrehzahl und Anzahl der Zylinder und dem aktuellen Wert des Massenluftmengensensors berechnet. Als Nächstes wird bei Schritt 614 dieser Fehler verwendet, um die Drosselklappenstellung gegenüber der in Schritt 316 berechneten Drosselklappenstellung zu berichtigen. Das Steuergerät 12 steuert dann die tatsächliche Drosselklappenstellung auf diese berichtigte Drosselklappenstellung. Auf diese Weise können alle Rechenfehler, die zur Bestimmung der Drosselklappenstellungsänderung verwendet werden, die der veränderlichen Nockensteuerungsstellungsänderung entspricht, um ein gleiches Motordrehmoment bei einem Betriebsübergang zu geben, kompensiert werden. In einer alternativen Ausführung kann die Nockensteuerung anhand des Fehlersignals an Stelle der Drosselklappenstellung berichtigt werden. In einer weiteren alternativen Ausführung können sowohl die Nockensteuerung als auch die Drosselklappenstellung anhand des Fehlersignals berichtigt werden.
Unter Bezug auf Fig. 7 wird nun der Ablauf beschrieben, bei dem ein Krümmerdrucksensor verwendet wird, um fehlerhafte Berechnungen zu kompensieren. Zuerst erfolgt bei Schritt 710 eine Ermittlung, ob ein Betriebsübergang eingetreten ist. Wenn die Antwort auf Schritt 710 JA lautet, fährt der Ablauf mit Schritt 712 fort, wo ein Krümmerdruckfehler aus dem in Schritt 310 ermittelten Krümmerdruck und dem aktuellen Krümmerdruck berechnet wird. Als Nächstes wird in Schritt 712 die Drosselklappenstellung anhand des in Schritt 712 ermittelten Krümmerdruckfehlers berichtigt. Das Steuergerät 12 steuert dann die tatsächliche Drosselklappenstellung auf diese berichtigte Drosselklappenstellung. Auf diese Weise können abrupte Änderungen des Motordrehmoments während eines Betriebsübergangs trotz Abweichungen, die in den in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Gleichungen nicht berücksichtigt sind, vermieden werden.
Die Erfindung wurde in ihren bevorzugten Ausführungen gezeigt und beschrieben, doch ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass viele Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann jede Vorrichtung, die hier als Auslasssteuergerät bezeichnet wird, die die aus dem Ansaugkrümmer 44 und in den Zylinder 30 strömenden Menge beeinflusst, an Stelle der veränderlichen Nockensteuervorrichtung verwendet werden. Es können zum Beispiel ein Wirbelsteuerventil, ein Füllbewegungssteuerventil, ein Ansaugkrümmerlaufsteuerventil, ein elektronisch gesteuertes Einlassventil erfindungsgemäß verwendet werden, um die Frischladung des Zylinders zur Steuerung des Motordrehmoments schnell zu ändern. Weiterhin kann jede Vorrichtung, die die in den Ansaugkrümmer 44 strömende Menge beeinflusst, hier als Einlasssteuergerät bezeichnet, an Stelle der Drosselklappe verwendet werden. Es können zum Beispiel ein Abgasrückführventil, ein Spülungssteuerventil, ein Ansaugluftumgehungsventil in Verbindung mit dem Auslass-Steuergerät verwendet werden, um die Frischladung des Zylinders zur Steuerung des Motordrehmoments schnell zu ändern.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar in ihren bevorzugten Ausführungen gezeigt und beschrieben, doch einem Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass viele Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (22)

1. Verfahren zur Steuerung eines Motors während einer Änderung des Luft­ /Kraftstoffverhältnisses des Zylinders von einem ersten Zylinder-Luft- /Kraftstoffverhältnis zu einem zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnis, wobei der Motor einen Ansaugkrümmer und eine Auslass-Steuervorrichtung zum Steuern der von dem Ansaugkrümmer in den Zylinder strömenden Menge aufweist und das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Anzeigen der Änderung des Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnisses und Ändern der Auslass-Steuervorrichtung in Reaktion auf diese Anzeige.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor weiterhin eine Einlass-Steuervorrichtung zum Steuern der in den Krümmer strömenden Menge umfasst, wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des gleichzeitigen Änderns der Auslass-Steuervorrichtung und der Einlass-Steuervorrichtung umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin die folgende Schritte umfasst:
Bestimmen eines Übergangskrümmerdrucks vor der Änderung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses des Zylinders und
Berichtigen eines Motorparameters, so dass ein tatsächlicher Krümmerdruck sich dem Übergangskrümmerdruck nähert, wobei die Berichtigung mit der Änderung der Auslass-Steuervorrichtung beginnt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin die folgenden Schritte umfasst:
Bestimmen einer gewünschten Frischladung des Zylinders, die vom Motor nach der Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders angesaugt werden soll, und
Berichtigen eines Motorparameters, so dass eine tatsächliche Frischladung sich der gewünschten Frischladung des Zylinders nähert, wobei die Berichtigung mit der Änderung der Auslass-Steuervorrichtung beginnt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorparameter eine Drosselklappenstellung ist.
6. Verfahren zur Steuerung eines Motors während einer Änderung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses des Zylinders von einem ersten Zylinder-Luft- /Kraftstoffverhältnis zu einem zweiten Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnis, wobei der Motor einen Ansaugkrümmer, eine Einlass-Steuervorrichtung zum Steuern der in den Krümmer strömenden Menge und eine Auslass-Steuervorrichtung zum Steuern der aus dem Ansaugkrümmer strömenden Menge aufweist und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anzeigen der Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders und Ändern der Auslass-Steuervorrichtung und der Einlass-Steuervorrichtung in Reaktion auf diese Anzeige.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslass- Steuervorrichtung ein veränderliches Nockensteuerungssystem umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslass- Steuervorrichtung ein Wirbelsteuerventil umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das veränderliche Nockensteuerungssystem ein duales gleiches veränderliches Nockensteuerungssystem umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin folgende Schritte umfasst:
Bestimmen einer ersten gewünschten Frischladung des Zylinders anhand des ersten und zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders;
Bestimmen eines Auslass-Steuervorrichtungssollwerts anhand der gewünschten Frischladung des Zylinders;
Bestimmen eines Einlass-Steuervorrichtungssollwerts anhand der gewünschten Frischladung des Zylinders;
Regeln der Auslass-Steuervorrichtung auf den Auslass-Steuervorrichtungssollwert und
Regeln der Einlass-Steuervorrichtung auf den Einlass-Steuervorrichtungssollwert.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- Steuervorrichtung eine elektronische Drosselklappe ist, die Auslass- Steuervorrichtung ein veränderliches Nockensteuerungssystem ist, und das Verfahren weiterhin die folgenden Schritte umfasst:
Bestimmen einer gewünschten Frischladung des Zylinders anhand des ersten und zweiten Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders;
Bestimmen eines Nockensteuerungssollwerts anhand der gewünschten Frischladung des Zylinders;
Bestimmen eines Drosselklappenstellungssollwerts anhand der gewünschten Frischladung des Zylinders und
gleichzeitiges Ändern einer tatsächlichen Drosselklappenstellung auf den Drosselklappenstellungssollwert und Ändern einer tatsächlichen Nockensteuerung auf den Nockensteuerungssollwert in Reaktion auf die Anzeige.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslass- Steuervorrichtung und die Einlass-Steuervorrichtung entsprechend geändert werden, so dass ein Krümmerdruck während der Änderung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses des Zylinders im Wesentlichen konstant ist.
13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das die Auslass- Steuervorrichtung und die Einlass-Steuervorrichtung entsprechend geändert werden, so dass eine in den Krümmer strömende Menge im Wesentlichen gleich der aus dem Krünimer strömenden Menge ist.
14. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin folgende Schritte umfasst: Bestimmen einer von dem Motor anzusaugenden Zylinderfrischladung beginnend mit der Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders und weiteres Ändern der Einlass-Steuervorrichtung, so dass eine tatsächliche Frischladung des Zylinders der gewünschten Frischladung des Zylinders nahe kommt, beginnend mit der Änderung der Auslass-Steuervorrichtung.
15. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin folgende Schritte umfasst:
Bestimmen einer von dem Motor anzusaugenden gewünschten Frischladung des Zylinders beginnend mit der Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders und
weiteres Ändern der Auslass-Steuervorrichtung, so dass eine tatsächliche Frischladung des Zylinders der gewünschten Frischladung des Zylinders nahe kommt, beginnend mit der Änderung der Auslass-Steuervorrichtung.
16. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin folgende Schritte umfasst:
Bestimmen einer von dem Motor anzusaugenden gewünschten Frischladung des Zylinders beginnend mit der Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders und
weiteres Ändern der Einlass-Steuervorrichtung, so dass eine tatsächliche Frischladung des Zylinders der gewünschten Frischladung des Zylinders nahe kommt, beginnend mit der Änderung der Auslass-Steuervorrichtung.
17. Verfahren nach Anspruch 13, welches weiterhin folgende Schritte umfasst:
Bestimmen einer gewünschten Frischladung des Zylinders anhand eines ersten und zweiten Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnisses;
Bestimmen eines Übergangskrümmerdrucks;
Bestimmen eines Auslass-Steuervorrichtungssollwerts anhand der gewünschten Frischladung des Zylinders und des Krümmerdrucks;
Bestimmen eines Einlass-Steuervorrichtungssollwerts anhand der gewünschten Frischladung des Zylinders und des Krümmerdrucks;
Regeln der Auslass-Steuervorrichtung auf den Auslass-Steuervorrichtungssollwert und
Regeln der Einlass-Steuervorrichtung auf den Einlass-Steuervorrichtungssollwert.
18. Erzeugter Gegenstand, der Folgendes umfasst:
ein Computerspeichermedium mit einem darin kodierten Computerprogramm zum Steuern eines Motors während einer Änderung eines Luft-/Kraftstoffverhältnisses eines Zylinders von einem ersten Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnis zu einem zweiten Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnis, wobei der Motor einen Ansaugkrümmer, eine Einlass-Steuervorrichtung zum Steuern einer in den Krümmer strömenden Menge und eine Auslass-Steuervorrichtung zum Steuern der aus dem Ansaugkrümmer strömenden Menge aufweist, wobei das Computerspeichermedium Folgendes umfasst:
einen Code für das Ändern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses des Zylinders und einen Code für das Ändern der Auslass-Steuervorrichtung und der Einlass- Steuervorrichtung in Reaktion auf die Anzeige.
19. Gegenstand nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslass- Steuervorrichtung ein veränderliches Nockensteuerungssystem umfasst.
20. Gegenstand nach Anspruch 18, welcher weiterhin Folgendes umfasst:
einen Code für das Bestimmen einer gewünschten Frischladung des Zylinders anhand des ersten und zweiten Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnisses;
einen Code für das Bestimmen eines Auslass-Steuervorrichtungssollwerts anhand einer gewünschten Frischladung des Zylinders und
einen Code für das Bestimmen eines neuen Einlass-Steuervorrichtungssollwerts anhand einer gewünschten Frischladung des Zylinders.
21. Gegenstand nach Anspruch 18, welcher weiterhin einen Code zum gleichzeitigen Ändern der Auslass-Steuervorrichtung und der Einlass-Steuervorrichtung umfasst, so dass ein Krümmerdruck während der Änderung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses des Zylinders im Wesentlichen konstant ist.
22. Gegenstand nach Anspruch 18, welcher weiterhin Folgendes umfasst:
einen Code zum Bestimmen einer vom Motor anzusaugenden gewünschten Frischladung des Zylinders beginnend mit der Änderung des Luft- /Kraftstoffverhältnisses des Zylinders und
einen Code zum weiteren Ändern der Einlass-Steuervorrichtung, so dass eine tatsächliche Frischladung des Zylinders einer gewünschten Frischladung des Zylinders beginnend mit der Änderung der Auslass-Steuervorrichtung nahe kommt.
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