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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, die mit einem
Steuerungsmechanismus zum Steuern der Zeitabstimmung zum Öffnen/Schließen des
Einlass- und Auslassventils ausgestattet ist, sowie ein Steuerungsverfahren
gemäß Anspruch
9.
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Es
ist bekannt, dass bei Brennkraftmaschinen Einlassluft und Auslassluft
in ihren jeweiligen Rohren in Verbindung mit den Öffnungs-
und Schließbewegungen
der Ventile und der Vorgänge der
Kolben pulsieren. Eine derartige Einlassdruckpulsation und eine
Auslassdruckpulsation tritt typischerweise aufgrund einer „Reflexion” von Druckänderungen
auf, die bei den Einlassventilen und den Auslassventilen verursacht
werden, und eine derartige Reflexion kann an einem Ausgleichsbehälter, einem
katalytischen Wandler, usw., die an dem Einlass- und Auslassdurchgang
vorgesehen sind, insbesondere an ihren Öffnungen oder Abschnitten auftreten,
die eine vergrößerte Querschnittsfläche haben.
Wenn der Zyklus einer derartigen Einlass- und Auslasspulsation der Öffnungs-/Schließzeitabstimmung
der Einlass- und Auslassventile synchronisiert wird, wird die Einströmung von
Frischluft aus dem Einlassrohr in die Brennkammern beschleunigt,
um den Einlassladewirkungsgrad zu verbessern, und der Wirkungsgrad
des Ausstoßes
von verbranntem Gas aus den Brennkammern in das Abgasrohr wird verbessert.
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In
Verbindung damit gibt es bekannte Technologien, bei denen eine Einlasspulsation
und eine Einlassträgheitswirkung
eingesetzt werden, um den Einlassladewirkungsgrad einzustellen,
um die Verbrennungsmotorabgabe zu erhöhen. Eine bekannte Brennkraftmaschine,
die eine derartige Technologie annimmt, hat einen Ventilcharakteristikwechselmechanismus
zum Steuern des Nockenbetätigungswinkels
durch Wechseln zwischen zwei Nocken, die an einer Einlassnockenwelle
vorgesehen sind, einen Ventilphasenveränderungsmechanismus, der in
der Lage ist, die Öffnungs-/Schließzeitabstimmung
der Einlassventile auf eine verzögerte
Seite und eine voreilende Seite durch Steuern der Drehphase der
Einlassnockenwelle zu ändern,
und einen Einlassrohrlängenänderungsmechanismus
zum Ändern
der Eigenfrequenz von Druckwellen der Einlasspulsation und um dadurch
die Synchronisationscharakteristik durch Ändern der Länge des Einlassrohrs einzustellen.
Bei dieser Brennkraftmaschine können
die Einlasspulsation und die Einlassträgheitswirkung entsprechend
der Verbrennungsmotordrehzahl durch stufenweises Ändern des
Betätigungswinkels
der Einlassnocken und Ändern
der Phase der Einlassnocken (zu der verzögerten oder der voreilenden
Seite) sowie durch stufenweises Ändern
der Zeitdauer der Einlasspulsation erzielt werden. Somit ist die
Brennkraftmaschine vorteilhaft beim Erhöhen der Abgabe. Hinsichtlich
der Patentliteratur, die die vorstehend genannte Brennkraftmaschinentechnologie
beschreibt, wird die folgende Patentliteratur 1 genannt.
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[Patentliteratur 1]
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Japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 2000-328971
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Mit
Bezug auf die Auslassseite ist eine Technologie bekannt, bei der
der Abgasdruck erfasst wird und die Öffnungs-/Schließzeitabstimmung
der Ventile entsprechend eingerichtet wird, um den Spülwirkungsgrad
zu verbessern, der von der Auslasspulsation abhängt, und um daher den Einlassladewirkungsgrad
zu verbessern. Als eine Patentliteratur, die eine derartige Brennkraftmaschinentechnologie beschreibt,
wird die folgende Patentliteratur 2 genannt.
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[Patentliteratur 2]
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Japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 11-22499
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Jedoch
liegt ein Problem mit den vorstehend beschriebenen Brennkraftmaschinen
darin, dass es schwierig ist, ständig
eine optimale Ventilzeitabstimmung zu realisieren. Das heißt, dass
auch dann, wenn die Nockenphase auf der Grundlage von experimentellen
Werten oder Auslegungswerten eingerichtet wird, um eine optimale
Ventilzeitabstimmung in einem bestimmten Betriebsbereich zu erzielen,
die Zeitabstimmung tatsächlich
nicht ständig
optimal sein kann, da die Art oder die Charakteristik der vorstehend
angegebenen Einlasspulsation sich aufgrund von Alterungsveränderungen
oder individuellen Unterschieden des Verbrennungsmotors und dergleichen ändert. Wenn
des weiteren Nocken eingesetzt wird, um die Ventile zu öffnen und
zu schließen, besteht
eine Korrelation zwischen der Öffnungszeitabstimmung
und der Schließzeitabstimmung
der Ventile, so dass die Bereiche, in denen die Einlasspulsation
ausreichend während
verschiedener Zustände
des Verbrennungsmotorbetriebs eingesetzt werden, begrenzt sind.
Das heißt,
dass es viele Bereiche gibt, in denen die dynamische Wirkung des Einlasses
aufgrund eines unzureichenden Ansprechverhaltens von Veränderungen
der Einlasspulsation in Abhängigkeit
von dem Zustand des Betriebs nicht vollständig eingesetzt werden kann.
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Gemäß dem Stand
der Technik nach
DE
40 05 672 C2 wird eine Brennkraftmaschine mit Steuerungsmechanismen
für Ventile
beschrieben. Dabei wird eine Betätigungszeitabstimmung
von zumindest dem Einlassventil oder dem Auslassventil verändert. Bei
dieser Vorrichtung wird die Betriebsbedingung der Ventiltriebeinrichtung
für jeden
Zylinder dadurch erfasst, dass der Verbrennungszustand, wie der
Zylinderdruck, die Zündkerzensitztemperatur
usw. für jeden
Zylinder überwacht
wird.
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Nach
dem Stand der Technik gemäß
DE 199 08 454 A1 wird
eine Brennkraftmaschine mit Kompressionszündung vorgeschlagen, wobei
die Motorleistung durch geeignetes Setzen des Zündzeitpunkts verbessert wird.
Die Brennkraftmaschine weist eine Ventilmechanismsus-Steuervorrichtung auf,
die Öffnungs-
und Schließzeitpunkte
eines Ventilmechanismus ändert.
Damit kann der Kompressionsdruck entsprechend einem Betriebszustand
der Brennkraftmaschine gesteuert werden, so dass der Selbstzündzeitpunkt
entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine gesteuert
werden kann.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, die vorstehend genannten Probleme
zu lösen,
das heißt,
optimale Ventilöffnungs-/Schließzeitabstimmungen durch
Einsetzen der Einlass- und Auslassdruckpulsationen in verschiedenen
Betriebszuständen
einer Brennkraftmaschine automatisch auszuwählen, um die Leistungsfähigkeit
des Verbrennungsmotors zu verbessern.
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Die
Aufgabe wird mit einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bzw. einem
Verfahren nach Anspruch 9 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind in den anhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Um
die vorstehend genannte Aufgabe zumindest teilweise zu lösen, nimmt
eine Brennkraftmaschine gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der Erfindung die folgende Konstruktion an.
Eine Brennkraftmaschine hat nämlich
einen Zylinder; einen Kolben; ein Einlassventil; ein Auslassventil;
einen variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus, der ermöglicht,
dass eine Betätigungszeitabstimmung
von zumindest entweder dem Einlassventil oder dem Auslassventil
geändert
wird; einen Druckdetektor, der einen Einlassdruck und einen Auslassdruck
innerhalb der Brennkraftmaschine erfasst, von denen jeder in Zusammenhang
mit den Bewegungen des Kolbens, des Einlassventils und des Auslassventils pulsiert;
und eine Steuerungseinrichtung, die die Betätigungszeitabstimmung auf der
Grundlage einer Größenbeziehung
zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck einrichtet, die durch
den Druckdetektor erfasst werden.
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Ebenso
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern einer Verbrennung
einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinder, einem Kolben, einem
Einlassventil, einem Auslassventil und einem variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus, der
in der Lage ist, eine Zeitabstimmung einer Betätigung von zumindest entweder
dem Einlassventil oder dem Auslassventil zu ändern. Das Verfahren umfasst
Folgendes: Erfassen eines Einlassdrucks und eines Auslassdrucks
innerhalb der Brennkraftmaschine, die in Verbindung mit den Bewegungen des
Kolbens, des Einlassventils und des Auslassventils pulsieren; und
Einrichten der Betätigungszeitabstimmung
von jedem Ventil auf der Grundlage einer Größenbeziehung zwischen dem Einlassdruck
und dem Auslassdruck.
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Gemäß der Brennkraftmaschine
des ersten Gesichtspunkts der Erfindung und dem Verfahren zum Steuern
dieses Verbrennungsmotors werden trotz der Änderungen in verschiedenen
Zuständen des
Betriebs der Brennkraftmaschine, beispielsweise Änderungen der Verbrennungsmotordrehzahl,
usw., sowohl der Pulsationseinlassdruck als auch der Pulsationsauslassdruck
in dem vorliegenden Zustand erfasst. Auf der Grundlage der Größenbeziehung zwischen
dem Einlassdruck und dem Auslassdruck wird die Ventilöffnungs-/-schließzeitabstimmung
eingerichtet. Die variable Ventilzeitabstimmungseinrichtung verursacht,
dass sich die Ventile unter Verwendung der eingerichteten Öffnungs-/Schließzeitabstimmung öffnen und
schließen.
Obwohl nämlich
die Zeitdauer und die Amplitude der Abgasdruckpulsation und der
Einlassdruckpulsation sich in Abhängigkeit der Zustände des
Betriebs ändern,
kann die gewünschte
Ventilzeitabstimmung in dem vorliegenden Zustand bestimmt werden
und kann daher die Ventilöffnungs-/-schließzeitabstimmung
beliebig eingerichtet werden. Daher kann die Ventilzeitabstimmung unter
Verwendung der Einlassdruckpulsation und der Auslassdruckpulsation
gemäß dem Bedarf
eingerichtet werden.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotor ist es vorzuziehen,
dass die Einrichtung der Betätigungszeitabstimmung
derart ist, dass eine Zeitabstimmung zum Beendigen einer Öffnungs- oder
Schließbewegung
des Ventils auf der Grundlage der Größenbeziehung zwischen dem Einlassdruck
und dem Auslassdruck bestimmt wird, die durch den Druckdetektor
erfasst werden, und dass eine Zeitabstimmung zum Beginnen einer
derartigen Bewegung des Ventils eingerichtet wird, so dass die Bewegung
des Ventils bei der bestimmten Zeitabstimmung beendet wird.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es vorzuziehen, dass
die Einrichtung der Betätigungszeitabstimmung
derart ist, dass eine Zeitabstimmung zum Beendigen einer Öffnungs-
oder Schließbewegung
des Ventils auf der Grundlage der Größenbeziehung zwischen dem Einlassdruck
und dem Auslassdruck bestimmt wird und eine Zeitabstimmung zum Starten
einer derartigen Bewegung des Ventils eingerichtet ist, um die Bewegung
des Ventils bei der vorbestimmten Zeitabstimmung zu beenden.
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Mit
dem Verbrennungsmotor oder dem Verfahren, die derart abgewandelt
sind, werden die Zeitabstimmungen, bei denen die Ventile beginnen,
sich zu öffnen,
und die Zeitabstimmungen, bei denen die Ventile vollständig geschlossen
sind, auf der Grundlage eines Ergebnisses einer Erfassung des Einlassdrucks
und des Auslassdrucks berechnet. Auf der Grundlage der berechneten
Zeitabstimmungen werden die Zeitabstimmungen des Starts der Ventilvorgänge so eingerichtet,
dass die Ventilvorgänge
beendet sein werden. Daher wird es möglich, die Ventilzeitabstimmungsfaktoren
in der Übergangszeit
und die Ansprechverzögerung
der Ventile einzurichten.
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Die
Steuerungseinrichtung kann eine Einrichtung zum Einrichten der Öffnungszeitabstimmung des
Auslassventils sein, so dass eine Unterdruckwelle, die einen minimalen
Druckanteil des Auslassdrucks bildet, der in einem Zylinder einer
Brennkraftmaschine pulsiert, eine Umgebung eines Auslassventils
bei einer Zeitabstimmung eines oberen Auslasstotpunkts des Kolbens
erreicht. Durch Vorstellen oder Verzögern der Öffnungszeitabstimmung des Auslassventils
wird die Phase der Auslassdruckpulsation eingestellt. Aufgrund dieser
Einstellung erreicht die Unterdruckwelle, die einen minimalen Druckanteil
des pulsierenden Auslassdrucks bildet, die Umgebung des Auslassventils
mit einer Zeitabstimmung des oberen Totpunkts des Auslasstakts des
Kolbens (während
der Überschneidungszeitdauer,
während
der sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil offen sind).
Daher wird verbranntes Gas aufgrund des Unterdrucks herausgezogen,
so dass der Spülwirkungsgrad
sich verbessert und sich der Einlassladewirkungsgrad verbessert.
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Des
weiteren kann die Steuerungseinrichtung eine Einrichtung zum Einrichten
der Schließzeitabstimmung
des Einlassventils auf der Grundlage einer Zeitabstimmung sein,
bei der eine Überdruckwelle,
die einen maximalen Druckanteil des Einlassdrucks bildet, der in
einem Zylinder der Brennkraftmaschine pulsiert, eine Umgebung des
Einlassventils des Zylinders erreicht. Das Einlassventil wird geschlossen,
nachdem die Überdruckwelle,
die einen maximalen Druckanteil des pulsierenden Einlassdrucks bildet,
die Umgebung des Einlassventils erreicht hat. Daher wird ein Phänomen verhindert,
bei dem ein in die Kammer geladenes Luft-Kraftstoff-Gemisch zurück zu der
Einlassseite strömt.
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Die
Brennkraftmaschine der Erfindung kann des weiteren ein variables
Einlass-/Auslasssystem aufweisen, das zumindest entweder eine wirksame Rohrlänge oder
einen Rohrinnendurchmesser von jedem von dem Einlassrohr und dem
Auslassrohr ändert.
Bei einer solchen Brennkraftmaschine kann die Amplitude und die
Zeitdauer der Einlassdruckpulsation und der Auslassdruckpulsation
durch Ändern
der Rohrlängen
und der Rohrinnendurchmesser der Einlass- und Auslassrohre über das
variable Einlass-/Auslasssystem geändert werden. Als Folge wird
in einem bestimmten Bereich die dynamische Wirkung der Pulsation
eingesetzt, um den Einlassladewirkungsgrad zu verbessern. Auch wenn
die Amplitude und die Zeitdauer der Druckpulsation durch das variable
Einlass-/Auslasssystem geändert
werden, werden die Ventilzeitabstimmungen auf der Grundlage der
Drücke
eingerichtet, die in dem vorliegenden Zustand erfasst werden. Daher
können
geeignete Ventilzeitabstimmungen über einen breiten Bereich anstelle
von nur einem begrenzten Bereich eingerichtet werden, so dass die
Leistungsfähigkeit
der Brennkraftmaschine verbessert werden kann.
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Des
weiteren kann die Steuerungseinrichtung ermitteln, ob das variable
Einlass-/Auslasssystem eine Abnormalität aufweist, auf der Grundlage von
zumindest entweder einem Druck in dem Einlassrohr und einem Druck
in dem Auslassrohr, der die wirksame Rohrlänge und den Rohrinnendurchmesser
von jedem Rohr wiedergibt. Auch wenn eine Änderung der wirksamen Rohrlänge oder
des Rohrinnendurchmessers nicht durch das variable Einlass-/Auslasssystem
aufgrund eines Fehlers oder einer Fehlfunktion erzielt werden kann,
werden die Ventilzeitabstimmungen gemäß den Drücken eingerichtet, die in der
gegenwärtigen
Situation erfasst werden. Des weiteren kann durch Vergleichen der Ventilzeitabstimmung
entsprechend der Situation, bei der eine Ventilzeitabstimmung im
Voraus gelernt oder erfasst ist, der Ort eines Fehlers oder einer
Fehlfunktion bei dem variablen Einlass-/Auslasssystem bestimmt werden.
Daher kann die Lage der Abnormalität bei dem Einlasssystem und
bei dem Auslasssystem identifiziert werden, was dadurch zu einer Fehlerdiagnose
beiträgt.
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Des
weiteren kann bei der Brennkraftmaschine die Druckerfassungseinrichtung
Sensoren aufweisen, die an einem Einlassrohr und an einem Auslassrohr
von jedem von einer Vielzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine
vorgesehen sind. Jeder Zylinder kann mit einem Drucksensor versehen
sein und die Ventilzeitabstimmung, die für jeden Zylinder geeignet ist,
kann auf der Grundlage des pulsierenden Einlassdrucks und des pulsierenden
Auslassdrucks eingerichtet werden, die durch den Drucksensor jedes
Zylinders erfasst werden. Daher ist es möglich, die Ventilzeitabstimmungen
entsprechend kleiner Unterschiede der Einlass-/Auslassdruckschwankungen
zwischen den Zylindern einzurichten.
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Des
weiteren kann die Ventilzeitabstimmungsänderungseinrichtung einen elektromagnetischen
Ventilbetätigungsmechanismus
aufweisen, der eine elektromagnetische Kraft verwendet, um ein Ventil
zu öffnen
und zu schließen.
Der elektromagnetische Ventilbetätigungsmechanismus
kann, der die elektromagnetische Kraft einsetzt, steuert die Öffnungs-
und Schließbewegung
der Ventile durch Einstellen des magnetisierenden Stroms, der durch
die Spulen zugeführt
wird. Daher können
die Ventilzeitabstimmungen unabhängig
von der Drehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eingerichtet werden.
Die Ventilzeitabstimmungen können
ebenso durch die Verwendung eines mechanischen variablen Ventilbetätigungsmechanismus
eingerichtet werden.
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Die
vorstehend genannten und/oder weitergehende Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen erkennbarer, indem ähnliche
Bezugszeichen verwendet werden, um ähnliche Elemente darzustellen.
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das die Konstruktion eines Systems
darstellt, bei dem eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt ist.
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2 ist
eine schematische Längsschnittansicht
eines Zylinders.
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3 ist
eine schematische Schnittansicht eines Einlassventilelektromagnetbetätigungsmechanismus.
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4A und 4B zeigen
Beziehungen eines Kurbelwinkels zu dem Einlassdruck und dem Auslassdruck.
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5 ist
ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Bestimmen einer Auslassventilöffnungszeitabstimmung.
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6 ist
ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Bestimmen einer Einlassventilöffnungszeitabstimmung.
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7 ist
ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Bestimmen einer Auslassventilschließzeitabstimmung.
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8 ist
ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Bestimmen einer Einlassventilschließzeitabstimmung.
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9 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Ventilstartzeitabstimmungssteuerung
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
zeigt.
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10A bis 10C sind
Diagramme, die Beziehungen zwischen dem Kurbelwinkel und den Ventilöffnungs-/-schließansprechverzögerungen
zeigen.
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11 ist
eine schematische Längsschnittansicht
eines Zylinders eines Systems, das mit einer Brennkraftmaschine
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ausgestattet ist.
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12 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Ventilzeitabstimmungssteuerung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
zeigt.
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13 ist
ein Diagramm, das Beziehungen des Kurbelwinkels zu dem Einlassdruck
und dem Auslassdruck bei der Ventilzeitabstimmungssteuerung des
dritten Ausführungsbeispiels
anzeigt.
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14 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen Abnormalitätsbestimmungsprozess für ein variables Einlasssystem
darstellt.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm,
das die Konstruktion einer Brennkraftmaschine 10 gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt. 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt
von jedem Zylinder 20 dieses Verbrennungsmotors 10.
Der Verbrennungsmotor 10 ist ein Vierzylinderverbrennungsmotor
mit vier Zylindern 20. Der Verbrennungsmotor 10 hat
einen Zylinderblock 30, Kolben 40, die innerhalb
des Zylinderblocks 30 hin- und hergehen, einen Zylinderkopf 50,
Einlassventile 60 und Auslassventile 70, die an
dem Zylinderkopf 50 angeordnet sind, usw. Der Verbrennungsmotor 10 verwendet ein
Vierventilsystem, bei dem jeder Zylinder 20 mit zwei Einlassventilen 60 und
zwei Auslassventilen 70 versehen ist. Jeder Zylinder 20 hat
eine Brennkammer 20, die umgeben ist und somit durch den
Zylinderblock 30, den Zylinderkopf 50 und einen
entsprechenden der Kolben 40 definiert ist. Der Zylinderkopf 50 ist
mit Zündkerzen 85 zum
Zünden
eines verdichteten Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Brennkammern 20 versehen.
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Der
Zylinderkopf 50 hat Einlassanschlüsse 65, die mit einem
Einlasskrümmer 90 verbunden sind.
Der Einlasskrümmer 90 hat
in sich Einlassduchgänge 95,
die mit Kraftstoffeinspritzventilen 100 versehen sind.
Die Kraftstoffeinspritzventile 100 spritzen eine Menge τ von Kraftstoff
entsprechend dem Zustand des Verbrennungsmotorbetriebs in die jeweiligen
Zylinder 20 ein. Der Einlasskrümmer 90, der mit den
Zylindern 20 verbunden ist, ist mit einer Einlassleitung 120 über einen
Ausgleichstank 110 verbunden. Die Einlassleitung 120 ist
mit einem Luftdurchflussmessgerät 115 zum
Erfassen der Menge Q der Einlassluft versehen. Die Einlassleitung 120 ist
mit einem Luftreiniger 130 verbunden. Somit wird über den Luftreiniger 130 gefilterte
Luft aufgenommen. Das Luftdurchflussmessgerät 115 erfasst die
Menge Q der Einlassluft für
eine Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung
zum Erzielen eines geeigneten Luft-Kraftstoff-Gemisches. Die Einlassleitung 120 ist
mit einem Drosselventil 140 versehen, das die Menge von
Luft einstellt, die dem Verbrennungsmotor 10 zugeführt wird.
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Der
Zylinderkopf 50 hat Auslassanschlüsse 75, die mit einem
Auslasskrümmer 160 verbunden sind.
Der Auslasskrümmer 160 ist
durch zwei Auslassabzweigungsrohre 160a und 160b gebildet,
die ein sogenanntes Dual-Auslasssystem ausbilden, bei dem zwei Zylinder,
die sich nicht bei dem Verbrennungsablauf gegenseitig stören, mit
einem einzelnen Abgasdurchgang verbunden sind. Jedes der Auslassabzweigungsrohre 160a, 160b hat
zwei Auslassdurchgänge 105 und
das Ende von jeweils zwei Auslassdurchgängen 105, wo sie miteinander
verbunden sind, ist mit einem Sammelrohr 180a oder 180 über einen
katalytischen Wandler 150a oder 150b verbunden.
Die Sammelrohre 180a, 180b sind beide mit einem
Auslassrohr 190 über
einen weiteren katalytischen Wandler 175 verbunden.
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Die
Abgase von dem ersten Zylinder und von dem vierten Zylinder strömen durch
das Auslassabzweigungsrohr 160a und vereinigen sich dann,
um durch das Sammelrohr 180a zu strömen. Die Abgase von dem dritten
Zylinder und von dem zweiten Zylinder strömen durch das Auslassabzweigungsrohr 160b und
vereinigen sich dann, um durch das Sammelrohr 180b zu strömen. Die
Abgase von allen Zylindern 20 vereinigen sich schließlich in
dem Auslassrohr 190. Das Abgas wird im Wesentlichen durch
die katalytischen Wandler 150a, 150b, 175 gereinigt,
bevor es abgelassen wird. Jedes der Auslassabzweigungsrohre 160a, 160b von
dem Auslasskrümmer 160 hat
einen Sauerstoffkonzentrationssensor 170 zum Erfassen der
Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas. Der Einlassanschluss 65 und
der Auslassanschluss 75 von jedem Zylinder 20 ist
mit Drucksensoren 230, 231 zum Erfassen des pulsierenden
Drucks in den Einlassanschlüssen 65 und des
pulsierenden Drucks in den Auslassanschlüssen 75 versehen.
Die Drucksensoren 230, 231 sind mit einer ECU 250 verbunden,
die nachstehend beschrieben wird.
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Der
Zylinderkopf 50 ist mit Elektromagnetventilbetätigungsmechanismen 200, 201 versehen, die
das Einlassventil 60 und das Auslassventil 70 unter
Verwendung einer elektromagnetischen Kraft öffnen und schließen. Eine
schematische Schnittansicht des Elektromagnetventilbetätigungsmechanismus 200 ist
in 3 gezeigt. Es ist anzumerken, dass der Auslassventil-seitige
Aufbau im Wesentlichen der gleiche wie der in 3 gezeigte
ist. Unter Bezugnahme auf die Figur hat der Elektromagnetventilbetätigungsmechanismus 200 einen
Flansch 340, Federn 320, 330, eine obere
Elektromagnetspule 300, eine untere Elektromagnetspule 310,
einen Anker 350 und einen Schaft 360. Der Schaft 360 ist in
Kontakt mit einem Ende eines Einlassventils 60 angeordnet,
so dass es sich gemeinsam mit dem Einlassventil 60 zurück und nach
vorn entlang seiner Axialrichtung bewegen kann. Oberhalb und unterhalb des
Schafts 360 in seine axiale Richtung sind Federn 320, 330 angeordnet, die
jeweils den Schaft 360 stützen. Über den Schaft 360 halten
die Federn 320, 330 das Einlassventil 60 an
einer neutralen Position zwischen einer offenen Ventilposition und
einer geschlossenen Ventilposition. Der Anker 350, der
aus einem weichen magnetischen Werkstoff besteht, ist in der Nähe der Mitte
des Schafts 360 vorgesehen. Der Flansch 340 ist
mit der oberen Elektromagnetspule 300 und der unteren Elektromagnetspule 310 versehen,
die oberhalb und unterhalb des Ankers 350 angeordnet sind.
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Wenn
der oberen Elektromagnetspule 300 ein Magnetisierungsstrom
zugeführt
wird, wird eine elektromagnetische Kraft so erzeugt, dass der Anker 350 in
Richtung auf die obere Elektromagnetspule 300 angezogen
wird. Wenn der Anker 350 so bewegt wird (insbesondere wenn
der Schaft 360 bewegt wird), schließt sich das Einlassventil 60.
Wenn der unteren Elektromagnetspule 310 ein Magnetisierungsstrom
zugeführt
wird, wird eine elektromagnetische Kraft so erzeugt, dass der Anker 350 in
Richtung auf die untere Elektromagnetspule 310 angezogen
wird. Wenn der Anker 350 so bewegt wird, öffnet sich
das Einlassventil 60. Durch Einstellen der Zeitabstimmung
der Zufuhr des Stroms zu der oberen Elektromagnetspule 300 und
der unteren Elektromagnetspule 310 wird die Öffnungs-/Schließzeitabstimmung
von jedem Ventil gesteuert. Die ECU 250 berechnet Zeitabstimmungen
zum Öffnen
und Schließen
der Ventile, wie nachstehend beschrieben ist, unter Verwendung von
Signalen von den Drucksensoren 230, 231, die an
den Einlass- und
Auslassanschlüssen 65, 75 vorgesehen
sind, und bestimmt die Zeitabstimmungen zum Zuführen des Stroms der Elektromagnetventilbetätigungsmechanismen 200, 201.
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Ebenso
wie bei der vorstehend genannten Steuerung für die Ventilöffnungs-/-schließzeitabstimmungen
führt die
ECU 250 verschiedenartige andere Steuerungen hinsichtlich
der Menge der Kraftstoffeinspritzung τ, der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung usw.
durch, um einen optimalen Verbrennungszustand in vielzähligen Betriebszuständen zu
erzielen. Zum Ermöglichen
derartiger Steuerungen ist die ECU 250 mit den folgenden
Sensoren zum Erfassen von Zuständen
des Fahrzeugs verbunden.
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Das
Beschleunigerpedal des Fahrzeugs ist mit einem Beschleunigerpositionssensor 172 versehen,
der eine Spannung proportional zu dem Betrag einer Niederdrückung α auf das
Beschleunigerpedal abgibt. Ein Kurbelwinkelsensor 174 erfasst
den Drehwinkel CA einer Kurbelwinkel und gibt ein Impulssignal bei
jedem vorbestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle ab. Der Zylinderblock 30 des
Verbrennungsmotors 10 ist mit einem Wassertemperatursensor 182 versehen,
der die Temperatur T von Kühlwasser
des Verbrennungsmotors 10 erfasst.
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Die
ECU 250 gibt den Betrag der Niederdrückung α des Beschleunigerpedals, den
Grad der Öffnung θ des Drosselventils 140,
die Verbrennungsmotordrehzahl auf der Grundlage des Kurbelwinkels
CA, die Wassertemperatur T, die Menge der Einlassluft Q, die Signale
von Sauerstoffkonzentrationssensoren 170 ein und gibt ebenso
Signale zum Ermitteln des Betriebszustands des Fahrzeugs ein, beispielsweise ein
Signal von einem (nicht gezeigten) Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
V oder ähnlichem
und bestimmt dann die Menge der Kraftstoffeinspritzung τ zu den Kraftstoffeinspritzventilen 100.
Die Menge der Kraftstoffeinspritzung τ wird durch Einrichten einer Einspritzdauer
auf der Grundlage der Einlassluftmenge Q von dem Luftdurchflussmessgerät 150 und
dem Signal CA von dem Kurbelwinkelsensor 174 bestimmt und
durch Korrigieren der eingerichteten Einspritzdauer auf der Grundlage
von beispielsweise der Information, die durch den Wassertemperatursensor 182 erhalten
wird, hinsichtlich dessen, ob sich der Verbrennungsmotor 10 in
einem kalten Zustand befindet, der Information, die durch die Sauerstoffkonzentrationssensoren 170 erhalten
wird, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geeignet ist, usw. Dieses Ausführungsbeispiel
nimmt ein unabhängiges
Einspritzverfahren an, das gestattet, dass die Mengen der Kraftstoffeinspritzung τ des Zylinders 20 unabhängig voneinander
gesteuert werden.
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Vor
der Beschreibung eines Ventilzeitabstimmungssteuerungsprozesses,
der bei der Erfindung ausgeführt
wird, wird die Pulsation des Einlassdrucks und des Auslassdrucks
beschrieben. 4A gibt Beziehungen des Kurbelwinkels
zu dem Einlassdruck und dem Auslassdruck an. 4B gibt
eine Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Betrag des Ventilhubs
an. In 4A gibt eine durchgezogene Linie
JD den Druck in dem Einlassanschluss 75 an und gibt eine
gestrichelte Linie BC den Druck in dem Einlassanschluss 65 an.
Wie in 4A angedeutet ist, erhöht sich
der Druck, der durch die durchgezogene Linie JD angedeutet ist,
scharf, unmittelbar nachdem das Auslassventil 70 geöffnet wurde.
Eine Überdruckwelle,
die auftritt, wenn das Ventil geöffnet wird,
wandelt sich in eine Unterdruckwelle aufgrund einer Reflexion von
einem Öffnungsabschnitt
um und die Unterdruckwelle läuft
in Richtung auf das Auslassventil 70, so dass der Druck
an dem Auslassanschluss 75 pulsiert. Dann erreicht der
Auslassdruck ein Minimum (Punkt D in 4A) und
steigt aufgrund der Ausbreitung der Druckwellen an, die in anderen Zylindern 20 erzeugt
werden, und fällt
dann erneut ab. Während
eines Zyklus, während
dem alle Zylinder 20 einer Verbrennung ausgesetzt werden,
tritt eine Auslasspulsation mit mehreren positiven Spitzen und negativen
Spitzen auf, wie in 4A angedeutet ist.
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Der
durch die gestrichelte Linie BC angedeutete Druck pulsiert ebenso,
wenn Druckwellen, die durch die Öffnungs-/Schließvorgänge der
Einlassventile 60 und der Vorgänge des Kolbens 40 usw.
erzeugt werden, an dem Öffnungsabschnitt
reflektiert werden. Wie bei der Auslasspulsation tritt eine Einlasspulsation
auf, die einen positiven Maximalspitzenwert um einen Kurbelwinkel
von 45° während eines
Zyklus, wie in 4A gezeigt ist. Hinsichtlich
der Einlasspulsation und der Auslasspulsation verbessert die geeignete
Einrichtung der Auslassventilöffnungszeitabstimmung
T, der Einlassventilöffnungszeitabstimmung
A, der Auslassventilschließzeitabstimmung
B und der Einlassventilschließzeitabstimmung
E den Wirkungsgrad der Einlassluftladung in die Zylinder 50,
und verbessert daher die Leistungsfähigkeit des Verbrennungsmotors 10.
Die Steuerung zum Bestimmen der Zeitabstimmung von jedem Ventil
zum Verbessern der Leistungsfähigkeit
des Verbrennungsmotors 10 wird im Folgenden nachstehend
beschrieben.
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Zunächst wird
ein Prozess zum Bestimmen der Zeitabstimmung C beschrieben. 5 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Bestimmen der Zeitabstimmung
C. Im Allgemeinen wird zum wirksamen Einsetzen der Trägheit des
Einlasses und des Auslasses die Einlass- und Auslassventilzeitabstimmung
so eingerichtet, dass jedes Einlassventil 60 sich vor dem
oberen Totpunkt des Kolbens 40 öffnet und sich nach dem unteren
Totpunkt von diesem schließt,
und so dass jedes Auslassventil 70 sich vor dem unteren
Totpunkt des Kolbens 40 öffnet und sich nach dem oberen
Totpunkt schließt.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird die Ventilzeitabstimmung während
eines frühen
Betriebszeitraums des Fahrzeugs eingerichtet, wie vorstehend beschrieben
ist.
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Nachdem
der Verbrennungsmotor 10 mit der vorstehend genannten Ventilzeitabstimmung
gestartet ist, erfassen die Drucksensoren 231 die Auslassdrücke entsprechend
den Kurbelwinkeln CA über
einen Zyklus, während
dem alle Zylinder 20 einer Verbrennung ausgesetzt werden.
Die ECU 250 erfasst den Kurbelwinkel CA zu dem Zeitpunkt,
wenn der Auslassdruck den minimalen Druck D während des Zyklus erreicht,
und nimmt die Öffnungszeitabstimmung
C1 des Auslassventils 70 in dem gleichen Zyklus ebenso
auf.
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Zu
dem Zeitpunkt des Eintritts in den nächsten Zyklus wird ein in 5 dargestellter
Prozess ausgeführt.
Wie in 5 dargestellt ist, wird bestimmt, ob die Zeitabstimmung
D1, die den Kurbelwinkel CA von dem Minimalwert D während des
vorhergehenden Zyklus andeutet, innerhalb des Bereichs von 360° ± 10° liegt. Insbesondere
wird zunächst
bestimmt, ob die Zeitabstimmung D1 größer als 370° ist (Schritt S500). Wenn die
Zeitabstimmung D1 größer als
370° ist,
wird die Zeitabstimmung C um 5° in
die Vorstellseite von der Zeitabstimmung C1 des vorhergehenden Zyklus
korrigiert (Schritt S510). Darauf endet der Prozess. Wenn in Schritt
S500 bestimmt wird, dass die Zeitabstimmung D1 geringer als oder
gleich 370° ist,
wird nachfolgend bestimmt, ob die Zeitabstimmung D1 geringer als
350° ist (Schritt
S520). Wenn in Schritt S520 bestimmt wird, dass die Zeitabstimmung
D1 geringer als 350° ist, wird
die Zeitabstimmung C um 5° zu
einer Verzögerungsseite
von der Zeitabstimmung C1 korrigiert (Schritt S530). Darauf endet
der Prozess. Wenn in Schritt S520 bestimmt wird, dass die Zeitabstimmung D1
größer als
oder gleich 350° ist
(wenn insbesondere die Zeitabstimmung D1 innerhalb des Bereichs von
360° ± 10° liegt),
wird die Zeitabstimmung C1 während
des vorhergehenden Zyklus als die Zeitabstimmung C eingerichtet
(Schritt S540), worauf der Prozess endet. Der vorstehend genannte
Bereich (insbesondere eine Totzone in der Steuerung) und die Einheit
der Korrektur (insbesondere die Auflösungseinheit in der Steuerung)
sind nicht auf die vorstehend genannten Werte, das heißt ±10° beziehungsweise ±5° beschränkt, sondern
sie können
auf andere spezifische Werte eingerichtet werden.
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5 stellt
eine Prozedur dar, die die ECU 250 ausführt, wenn sie die Öffnungszeitabstimmung C
der Auslassventile 70 verzögert oder vorstellt, und wobei
dadurch die Phase der Auslasspulsation so eingestellt wird, dass
die Zeitabstimmung D, die dem maximalen Auslassdruck entspricht,
innerhalb der Umgebung des oberen Totpunkts in dem Einlasstakt liegt
(insbesondere in der Nähe
von 360° Kurbelwinkel).
Im Allgemeinen entspricht die Zeitabstimmung, bei der der Kolben 40 sich
in der Nähe
des oberen Einlasstotpunkts befindet, einem Überlagerungszeitraum, während dem
die Einlassventile 60 und die Auslassventile 70 beide
offen sind. Wenn der pulsierende Druck in den Auslassanschlüssen 75 den
minimalen Wert B während
dieses Zeitraums erreicht, treibt das verbrannte Gas, das in dem
Zylinder 20 verbleibt, dazu, herausgezogen zu werden, so
dass der Spülwirkungsgrad
sich verbessert und sich der Einlassladewirkungsgrad entsprechend
verbessert.
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Als
Nächstes
werden Vorgänge,
die die ECU 250 ausführt,
wenn die Zeitabstimmung A und die Zeitabstimmung B bestimmt wird,
beschrieben. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das
den Vorgang zum Bestimmen der Zeitabstimmung A zeigt. 7 ist
ein Ablaufdiagramm, das den Vorgang zum Bestimmen der Zeitabstimmung
B zeigt. Da diese Vorgänge
im Wesentlichen die gleichen sind, wird der Vorgang zum Bestimmen
der Zeitabstimmung A hauptsächlich
nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Die
Drucksensoren 230, 231 erfassen den Einlassdruck
und den Auslassdruck entsprechend spezifischer Werte des Kurbelwinkels
CA. Die ECU 250 führt
die Prozesse aus, die in 6 dargestellt sind, unter Verwendung
von Signalen, die die Einlass- und Auslassdrücke entsprechend dem vorliegenden
Kurbelwinkel CA anzeigen. Wie in 6 gezeigt
ist, wird bestimmt, ob der gegenwärtige Kurbelwinkel CA sich
in einem Bereich von 300° < CA < 360° befindet
(Schritt S600). Wenn sich der vorliegende Kurbelwinkel CA innerhalb
dieses Bereichs befindet, werden der Auslassdruck und der Einlassdruck
bei dem vorliegenden Kurbelwinkel CA dann verglichen (Schritt S610).
Wenn der Einlassdruck größer als
der Auslassdruck ist, wird der gegenwärtige Kurbelwinkel CA dann
als die Zeitabstimmung A eingerichtet (Schritt S620), worauf dieser
Vorgang endet.
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Wenn
in Schritt S610 bestimmt wird, dass der Einlassdruck kleiner als
der Auslassdruck ist, wird die Größenbeziehung zwischen den zwei
Drücken
erneut überprüft (Schritt
S630).
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Wenn
beispielsweise die Drehzahl des Verbrennungsmotors 10 hoch
ist und der Gegendruck in dem Abgasauslasssystem hoch ist, wird
der Auslassdruck hoch. Dagegen wird der Einlassdruck nicht so hoch,
da der Einlassdruck im Wesentlichen nicht durch den Gegendruck in
dem Auslasssystem beeinflusst wird. Daher wird in manchen Fällen der
Einlassdruck nicht höher
als der Auslassdruck. Wenn in Schritt S630 bestimmt wird, dass es
keinen Punkt gibt, an dem der Einlassdruck höher als der Auslassdruck wird,
wird die Zeitabstimmung A von einer Abbildung, die im vorab in der
ECU 250 gespeichert ist, bestimmt (Schritt S640). Darauf
endet dieser Vorgang.
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Wenn
in Schritt S600 bestimmt wird, dass der gegenwärtige Kurbelwinkel CA nicht
innerhalb des Bereichs liegt, oder wenn in Schritt S630 bestimmt
wird, dass es einen Punkt gibt, an dem der Einlassdruck höher als
der Auslassdruck wird (insbesondere wenn die Verbrennungsmotordrehzahl
niedrig ist), endet der Vorgang. Darauf wird dieser Vorgang mit
dem nächsten
Kurbelwinkel CA wiederholt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das für die Bestimmung
in Schritt S630 verwendete Kriterium, ob die Verbrennungsmotordrehzahl
oberhalb oder unterhalb von 4000 Upm liegt. Jedoch kann es stattdessen sein,
ob eine Differenz zwischen dem Hauptwert der Auslasspulsation während eines
Zyklus und dem Hauptwert der Einlasspulsation während eines Zyklus geringer
oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.
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Der
Vorgang zum Bestimmen der Zeitabstimmung B, der in 7 dargestellt
ist, unterscheidet sich lediglich von derjenigen zum Bestimmen der Zeitabstimmung
A hinsichtlich des Bereichs (360° < CA < 400°), der bei
der Bestimmung hinsichtlich des gegenwärtigen Kurbelwinkels CA verwendet
wird (Schritt S700), und hinsichtlich der Abbildung, die zum Bestimmen
der Zeitabstimmung B verwendet wird (Schritt S740). Daher wird die
Zeitabstimmung B im Wesentlichen auf die gleiche Art wie die Zeitabstimmung
A bestimmt.
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Über die
Ausführung
der in den 6 und 7 dargestellten
Vorgänge
werden die Öffnungszeitabstimmung
A der Einlassventile 60 und die Schließzeitabstimmung B der Auslassventile 70 Zeitabstimmungen,
bei denen der Einlassdruck den Auslassdruck übersteigt. Da die Einlass-
und Auslassventile während
eines Zustands offen sind, bei dem der Einlassanschlussdruck hoch
ist und der Auslassanschlussdruck niedrig ist, wird sowohl der Ausstoß von verbranntem
Gas aus den Zylindern zu den Auslassanschlüssen 75 als auch die
Einströmung
von Frischluft aus den Einlassanschlüssen 65 in die Zylinder 20 beschleunigt.
Daher kann der Einlassladewirkungsgrad verbessert werden.
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Ein
Vorgang zum Bestimmen der Zeitabstimmung B wird nachstehend beschrieben. 8 zeigt ein
Ablaufdiagramm, das den gleichen Vorgang zeigt. Die ECU 250 führt den
Vorgang unter Verwendung von Sensorsignalen durch, die den Einlassdruck
entsprechend dem Kurbelwinkel CA angeben. Unter Bezugnahme auf 8 wird
bestimmt, ob der gegenwärtige
Kurbelwinkel CA innerhalb eines Bereichs von 500° < CA < 600° liegt (Schritt
S800). Wenn der gegenwärtige
Kurbelwinkel CA innerhalb dieses Bereichs liegt, wird nachfolgend
bestimmt, ob der Einlassdruck entsprechend dem vorliegenden Kurbelwinkel
CA auf seinem maximalen Niveau ist (Schritt S810). Diese Bestimmung
wird durch Vergleichen des gegenwärtigen Einlassdrucks (des Einlassdrucks
entsprechend dem gegenwärtigen
Kurbelwinkel CA) mit dem vorhergehenden Probenwert durchgeführt, der
nämlich
der Einlassdruck entsprechend einem vorhergehenden Kurbelwinkel
CAO ist. Insbesondere wird bestimmt, dass der Kurbelwinkel CA, zu dem
Zeitpunkt erfasst wird, wenn der Einlassdruck, der sich monoton
vergrößert, beginnt
sich zu verringern, dem maximalen Einlassdruck entspricht. Wenn der
Einlassdruck der maximale Einlassdruck ist, wird der gegenwärtige Kurbelwinkel
CA als eine Zeitabstimmung F eingerichtet (Schritt S820). Nachfolgend wird
ein vorbestimmter Betrag zu der Zeitabstimmung F hinzugefügt, um die
Zeitabstimmung E zu bestimmen (Schritt S830). Darauf endet der Vorgang. Dieser
vorbestimmte Betrag ist äquivalent
zu einem Kurbelwinkel CA von 10° in
die Verzögerungsrichtung
(E = Zeitabstimmung F + 10°).
Dieser vorbestimmte Betrag ist nicht auf 10° beschränkt, sondern er kann ebenso
auf einen gewünschten
Einrichtungswert eingerichtet werden.
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Wenn
in Schritt S800 bestimmt wird, dass der vorliegende Kurbelwinkel
CA nicht innerhalb des Bereichs liegt, oder wenn in Schritt S810
bestimmt wird, dass der gegenwärtige
Einlassdruck größer als der
vorhergehende Probenwert ist, und daher kein Maximalniveau ist,
endet der Vorgang. Darauf wird der Vorgang mit dem nächsten Kurbelwinkel
CA wiederholt.
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Durch
die Ausführung
des in 8 dargestellten Vorgangs wird die Schließzeitabstimmung
E der Einlassventile 60 auf eine Zeitabstimmung eingerichtet,
die ein vorbestimmter Kurbelwinkel CA in die Verzögerungsrichtung
von dem Winkel entsprechend dem maximalen Einlassdruck in der Einlasspulsation ist.
Bei der Zeitabstimmung F, bei der der Einlassdruck auf dem Maximalniveau
während
der Einlasspulsation ist, wird Frischluft einfach in die Zylinder 20 geladen,
da der Einlassanschlussdruck maximal ist. Aufgrund der dynamischen
Wirkung der Einlasspulsation hat die Frischluft eine Trägheit. Daher
erzielt das Schließen
der Einlassventile 60 bei der Zeitabstimmung E, die ein
Winkel ist, der von dem maximalen Einlassdruckwinkel um einen vorbestimmten Betrag
verzögert
ist, eine maximale Verbesserung des Einlassladewirkungsgrades. Da
des weiteren der Einlassanschlussdruck relativ hoch ist, wird das
in die Zylinder 20 geladene Gemisch nicht zurück zu den Einlassanschlüssen 65 strömen.
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In
einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden die Anweisungen, die zu den Elektromagnetventilbetätigungsmechanismen 200, 201 abgegeben
werden, auf der Grundlage der Öffnungs- /Schließzeitabstimmungen
der Einlass- und Auslassventile korrigiert, die durch die Vorgänge bestimmt
werden, die in dem vorstehenden ersten Ausführungsbeispiel beschrieben
sind, so dass die Ventilöffnungsbewegung
gemäß der bestimmten
Zeitabstimmung startet und die Ventilschließbewegung zu der vorbestimmten
Zeitabstimmung beendet ist. 9 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zeigt, der des weiteren einen
Prozess zum Durchführen
einer derartigen Korrektur aufweist. Das zweite Ausführungsbeispiel
nimmt das gleiche System, nimmt die gleiche Systemkonstruktion an,
die auf die Brennkraftmaschine angewendet wird, wie das erste Ausführungsbeispiel.
Daher werden Bauteile und dergleichen des zweiten Ausführungsbeispiels,
die denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels äquivalent
sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und werden Ansichten,
die solche Komponenten oder ihre Konfiguration zeigen, nicht vorgesehen.
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Während des
anfänglichen
Betriebszustands des Fahrzeugs wird der Verbrennungsmotor 10 unter Verwendung
von Ventilzeitabstimmungen betrieben, die voreingestellte Auslegungswerte
sind. Die ECU 250 führt
den durch das Ablaufdiagramm von 9 dargestellten
Vorgang unter Verwendung des Einlassdrucks und des Auslassdrucks
durch, die durch die Drucksensoren 230, 231 erfasst
werden, während
des vorstehend genannten anfänglichen
Betriebszustands des Fahrzeugs durch. Hier ist anzumerken, dass
dieser Vorgang nicht nur für
einen spezifischen der Zylinder 20 durchgeführt wird
sondern für
alle von diesen. Unter Bezugnahme auf 9 werden
die Ventilzeitabstimmungen C, A, B, E unter Verwendung des Einlassdrucks
und des Auslassdrucks auf die gleiche Weise bestimmt wie in dem ersten
Ausführungsbeispiel
beschrieben ist (Schritt S910). Nachfolgend werden zum Sicherstellen,
dass die Ventile bei den bestimmten Zeitabstimmungen geöffnet oder
geschlossen werden, die Zeitabstimmungen korrigiert, um der Ansprechverzögerung oder
einer Übergangszeit
der Einlassventile 60 und der Auslassventile 70 Rechnung
zu tragen (Schritt S920), und werden Anweisungen entsprechend der Zeitabstimmungen,
die korrigiert sind, abschließend an
die Elektromagnetventilbetätigungsmechanismen 200, 201 abgegeben,
worauf dieser Vorgang endet.
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Die 10A und 10C stellen
derartige Ansprechverzögerungen
und eine Übergangszeit
einer Ventilbetätigung
unter Bezug auf den Kurbelwinkel CA dar, die beobachtet werden,
während
sich jedes Ventil öffnet
und schließt.
Wenn unter Bezugnahme auf die 10A bis 10C der Magnetisierungsstrom zu der oberen Elektromagnetspule 300 unterbrochen
wird und nach einer vorbestimmten Zeit der Magnetisierungsstrom
der unteren Elektromagnetspule 310 zugeführt wird,
beginnt das Ventil, sich mit einer Zeitabstimmung T2 zu öffnen, wie
in den 10A bis 10C gezeigt
ist. Somit geht der Beginn der Bewegung des Ventils um eine Ansprechverzögerung von α = T2 – T1 voraus.
Wenn der Magnetisierungsstrom zu der unteren Elektromagnetspule 310 unterbrochen
wird und nach einer vorbestimmten Zeit der Magnetisierungsstrom
zu der oberen Elektromagnetspule 300 zugeführt wird,
beendet das Ventil das Schließen
einer Zeitabstimmung T4. Somit geht die Beendigung der Schließbewegung des
Ventils um eine Übergangszeit
von β =
T4 – T3 voraus.
Daher werden die Ventilöffnungszeitabstimmungen
C, A durch Subtrahieren eines Kurbelwinkel-α-Äquivalentbetrags korrigiert
und werden die Ventilschließzeitabstimmungen
B, E durch Subtrahieren eines Kurbelwinkel-β-Äquivalentbetrags korrigiert.
Unter Berücksichtigung
der Differenz zwischen dem Einlass-seitigen Elektromagnetventilbetätigungsmechanismus 200 und
dem Auslassseitigen Elektromagnetventilbetätigungsmechanismus 201 werden
die Kurbelwinkel α, β als Beträge zur Korrektur
an der Einlassseite eingerichtet und werden die Kurbelwinkel α', β' als Beträge zur Korrektur
an der Auslassseite eingerichtet.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, wird den Elektromagnetventilbetätigungsmechanismen 200, 201 ein
Strom bei den Zeitabstimmungen zugeführt, die bestimmt werden, um
Ansprechverzögerungen und
die Übergangszeit
der Ventilbetätigung
abzugleichen, wobei somit eine verbesserte Genauigkeit hinsichtlich
der Einrichtung der Ventilzeitabstimmungen sichergestellt wird.
Hinsichtlich der Ventilschließzeitabstimmungen
B, E wird insbesondere eine Steuerung durchgeführt, so dass die Ventilschließbewegung
bei den Ventilschließzeitabstimmungen
endet. Daher ist es möglich,
die Ventilzeitabstimmungen mit einer erhöhten Genauigkeit einzurichten.
Ebenso werden die Kurbelwinkel α, α', β, β' auf spezifische Werte
eingerichtet, die durch Experimente gemäß verschiedener Drehzahlen
und Lasten bestimmt wurden.
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11 ist
eine Ansicht, die einen Vertikalschnitt eines Zylinders einer Brennkraftmaschine
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt. In dem dritten Ausführungsbeispiel sind das Einlasssystem
und das Auslasssystem, die vorstehend bei dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben sind, zu variablen Einlass- und Auslasssystemen abgewandelt. Andere
Bauteile und Abschnitte des dritten Ausführungsbeispiels sind im Wesentlichen
die gleichen wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels und werden
durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben.
Das Einlasssystem und das Auslasssystem des dritten Ausführungsbeispiels
ist mit Ventilen 420, 421 zum Ändern der Rohrlänge eines
Einlassdurchgangs 95 und eines Auslassdurchgangs 105 ausgestattet.
Der Einlassdurchgang 95 hat eine lange Abzweigung 95a mit
einer längeren
Leitung und eine kurze Abzweigung 95b mit einer kürzeren Leitung.
Das Ventil 420 ist in dem Durchgang der kurzen Abzweigung 95b vorgesehen
und öffnet
und schließt
den Durchgang. Der Auslassdurchgang 105 hat eine lange
Abzweigung 105a mit einer längeren Leitung und eine kurze
Abzweigung 105b mit einer kürzeren Leitung. Wie bei dem
Einlassdurchgang ist das Ventil 421 in dem Durchgang der
kurzen Abzweigung 105b vorgesehen. Die Ventile 420, 421 sind
jeweils mit Betätigungsgliedern 400, 401 verbunden.
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Jedes
der Betätigungsglieder 400, 401 hat einen
(nicht gezeigten) Stab und ist elektrisch mit der ECU 250 verbunden.
Jedes Betätigungsglied 400, 401 fährt den
Stab gemäß einer
Anweisung einer Anweisung von der ECU 250 aus und ein.
Ein Ende jedes Betätigungsglieds
ist mit einem entsprechenden von den Ventilen 420, 421 über einen
(nicht gezeigten) Hebel verbunden. Das heißt, dass jedes Betätigungsglied 400, 401 den
Stab gemäß einer
Anweisung von der ECU 250 so ausfährt oder einfährt, dass
das entsprechende Ventil 420, 421 den Durchgang
der kurzen Abzweigung öffnet
oder absperrt. Wenn der Durchgang der kurzen Abzweigung der Einlass-
oder Auslassseite offen ist, ist die Rohrlänge der Einlass- oder Auslassseite
kurz. Wenn der Durchgang der kurzen Abzweigung geschlossen ist, ist
die Rohrlänge
relativ lang. Die ECU 250 bestimmt die Einlassrohrlänge und
die Auslassrohrlänge
aus der Verbrennungsmotordrehzahl NE und der Last KL, die aus der
Einlassluftmenge Q bestimmt wird, und gibt entsprechende Anweisungen
zu den Betätigungsgliedern 400, 401 ab.
In dem variablen Einlass-/Auslasssystem wird die Zeitdauer und die
Amplitude der Einlass- und Auslasspulsation durch Variieren der
Rohrlänge
geändert,
um den Einlassladewirkungsgrad zu verbessern.
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12 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das einen Vorgang zeigt, den die ECU 250 ausführt, um
die Ventilzeitabstimmungen in dem dritten Ausführungsbeispiel zu bestimmen.
Zunächst
gibt die ECU 250 die Verbrennungsmotordrehzahl NE und die
Last KL ein (Schritt S200). Genauer gesagt berechnet die ECU 250 die
Verbrennungsmotordrehzahl NE aus dem Kurbelwinkel CA und berechnet
die Last KL aus der Einlassluftmenge Q. Nachfolgend entnimmt die ECU 250 von
einem Speicherbereich (nicht gezeigt) eine Abbildung, die eine Beziehung
zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl NE, der Last KL und der Einlass-
und Auslassrohrlänge
L angibt, und bestimmt die Einlassrohrlänge LI2 und die Auslassrohrlänge LE2
und gibt geeignete Anweisungen zu den Betätigungsgliedern 400, 401 ab
(Schritte S210, S220). Die Betätigungsglieder 400, 401 ändern die Einlassrohrlänge von
LI1 zu LI2 und die Abgasrohrlänge
von LE1 auf LE2 durch beispielsweise Schließen der Ventile 420, 421.
Gemäß den Änderungen der
Rohrlänge ändern sich
die Zeitdauer und die Amplitude der Einlasspulsation und der Auslasspulsation.
Der variierte Pulsationsdruck wird durch die Drucksensoren 230, 231 erfasst.
Auf der Grundlage des Drucks wird die Ventilzeitabstimmung bestimmt (Schritt
S230). Die Einrichtung der Ventilzeitabstimmung wird durch Ausführen des
in 9 gezeigten Vorgangs erzielt. Dann werden Anweisungen
ausgestellt, so dass den Elektromagnetventilbetätigungsmechanismen 200, 201 ein
Magnetisierungsstrom bei den Zeitabstimmungen zugeführt wird,
die auf die vorstehend genannte Weise bestimmt sind, um die Ansprechverzögerungen
und die Übergangszeit
der Ventilbetätigung
auszugleichen (Schritt S240).
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Mit
einem variablen Einlass- und Auslasssystem, wie es vorstehend beschrieben
ist, ist es möglich,
Ventilzeitabstimmungen über
eine relativ breiten Bereich so zu bestimmen, dass die Änderungen
der Zeitdauer und der Amplitude der Auslasspulsation und der Einlasspulsation
entsprechen. Des weiteren gibt es keinen Bedarf, Ventilzeitabstimmungen
entsprechend derartigen Änderungen
der Einlass- und Auslassrohrlängen
voreinzurichten, da die Zeitabstimmungen auf der Grundlage der Drücke eingerichtet
sind, die jedes Mal erfasst werden, so dass der in Anspruch genommene
Bereich des Speichers der ECU 250 verringert werden kann.
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13 stellt
einen Fall dar, bei dem die Ventilzeitabstimmungssteuerung mit dem
variierten Abgassystem ausgeführt
wird. In 13 stellt eine durchgezogene
Linie JL eine Auslasspulsation dar, die mit der langen Auslassrohrlänge auftritt,
und stellt eine gestrichelte Linie JS eine Auslasspulsation dar, die
mit der kurzen Auslassrohrlänge
auftritt, und stellt eine strich-punktierte Linie eine Einlasspulsation
dar. Unter Bezugnahme auf 13 kann
der Zeitraum, während
dem der Einlassdruck größer als
der Auslassdruck ist, als ein Überschneidungszeitraum
ungeachtet der Variationen der Auslasspulsation in Abhängigkeit
von verschiedenen Rohrlängen
angenommen werden. Bei der Auslasspulsation JL wird insbesondere
eine lange Überschneidungszeitdauer
vorgesehen, so dass sich der Ladewirkungsgrad verbessert.
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Des
weiteren kann bei dem dritten Ausführungsbeispiel eine Abnormalität in den
Betätigungsgliedern 400, 401,
wie zum Beispiel ein Fehler, eine Fehlfunktion usw., bestimmt werden. 14 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Abnormalitätsbestimmungsvorgangs für ein variables
Einlasssystem. Ein Abnormalitätsbestimmungsprozess
für ein
variables Auslasssystem ist im Wesentlichen das gleiche wie der Vorgang,
der in 14 dargestellt ist, und wird
nicht beschrieben. Der in 14 dargestellte
Vorgang wird durch die ECU 250 bei einer vorbestimmten
Zeitabstimmung ausgeführt.
Die ECU 250 lernt im voraus die Schließzeitabstimmungen der Einlassventile 60 entsprechend
verschiedenartiger Verbrennungsmotordrehzahlen NE, verschiedenartiger
Lasten KL und verschiedenartiger Einlassrohrlängen L und speichert die gelernten
Zeitabstimmungen in einem (nicht gezeigten) Speicherbereich. In
diesem Ausführungsbeispiel
werden die Schließzeitabstimmung
der Einlassventile 60 entsprechend der Verbrennungsmotordrehzahlen
NE, der Lasten KL und der Einlassrohrlängen L in den vergangenen Betrieben
des Fahrzeugs gelernt. Die Ventilzeitabstimmungen, die in Experimenten
oder ähnlichem
entsprechend variierter Verbrennungsmotordrehzahlen NE, variierter
Lasten KL und variierter Einlassrohrlängen L erhalten werden, können gespeichert
werden.
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Die
ECU 250 gibt die Verbrennungsmotordrehzahl NE und die Last
KL ein (Schritt S400) und erkennt die gegenwärtige bestimmte Einlassrohrlänge (beispielsweise
LI2) aus der Verbrennungsmotordrehzahl NE und der Last KL. Nachfolgend
entnimmt die ECU 250 eine Zeitabstimmung, die die vorstehend
genannten Bedingungen erfüllt,
aus dem Speicherbereich und gibt dadurch eine gelernte Zeitabstimmung
G ein (Schritt S410). Darauf wird eine Differenz ΔVT zwischen
der gelernten Zeitabstimmung G und der vorliegenden Schließzeitabstimmung
E der Einlassventile 60 mit einem vorbestimmten Grenzwert
verglichen (Schritt S420). Wenn der Absolutwert der Differenz ΔVT kleiner
als oder gleich 10° ist,
wird bestimmt, dass das variable Einlasssystem noch mal arbeitet
(Schritt S430). Darauf endet der Prozess.
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Wenn
die Differenz ΔVT
zwischen der gelernten Zeitabstimmung G und der gegenwärtigen Schließzeitabstimmung
E größer als
10° ist,
wird bestimmt, dass das variable Einlasssystem einem Fehler oder
einer Fehlfunktion unterliegt, und wird eine Warnlampe eingeschaltet
(Schritt S440). Darauf endet der Prozess. Gemäß der Ventilzeitabstimmungssteuerung
der Erfindung wird auch dann, wenn eine Fehlfunktion oder dergleichen
die Variation der Einlassrohrlänge
behindert, eine geeignete Ventilzeitabstimmung in einem solchen
Zustand realisiert. Durch den Vergleich dieser Ventilzeitabstimmung
mit einer vorher erlernten Ventilzeitabstimmung kann eine Abnormalität, wie zum
Beispiel eine Fehlfunktion oder ähnliches,
bestimmt werden, so dass ein Prozess zum Einschalten der Warnlampe
oder ähnlichem durchgeführt werden
kann. Es ist anzumerken, dass für
den Vergleich in Schritt S420 die Öffnungszeitabstimmung der Einlassventile 60 verwendet
werden kann. Für
die Bestimmung hinsichtlich einer Abnormalität des variablen Auslasssystems
ist es geeignet, den Vergleich der Schließzeitabstimmungen oder der Öffnungszeitabstimmungen
der Auslassventile 70 durchzuführen.
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Obwohl
in den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen
die Drucksensoren 230, 231 getrennt für individuelle
Zylinder 20 vorgesehen sind, ist diese Anordnung nicht
beschränkt.
Beispielsweise ist es möglich,
Drucksensoren 230, 231 nur für einen vorbestimmten Zylinder 20 vorzusehen.
Beispielsweise für
den Fall eines Vierzylinderverbrennungsmotors wird der erste Zylinder
mit Drucksensoren 230, 231 versehen. Aus dem pulsierenden
Einlass- und Auslassdrücken,
die durch die Drucksensoren erfasst werden, werden Ventilzeitabstimmungen
des ersten Zylinders bestimmt. Die Ventilzeitabstimmungen werden
für die
nachfolgenden Zylinder (der dritte Zylinder, der vierte Zylinder
und der zweite Zylinder) in der Folge der Verbrennung wiedergegeben.
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Obwohl
in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel
das variable Einlass-/Auslasssystem eine Wechselbauart ist, bei
der die Rohrlänge über ein
Ventil geändert
wird, ist es ebenso möglich, verschiedenartige
andere Bauarten von variablen Einlass-/Auslasssystemen zu verwenden,
wie zum Beispiel eine Gleitbauart, bei der die Rohrlänge in die Richtung
einer gerade Linie variiert wird, eine Balgbauart, bei der balgförmige Abschnitte
in den Einlass- und Auslassrohren vorgesehen sind, und wobei die Rohrlänge variiert
wird, usw., während
im Wesentlichen die gleichen Vorteile erzielt werden.
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Somit
weist die Brennkraftmaschine Folgendes auf: die variable Ventilzeitabstimmungseinrichtung 200, 201 zum Ändern der
Ventilzeitabstimmung von zumindest entweder dem Einlassventil 60 oder dem
Auslassventil 70; die Druckerfassungseinrichtung 230, 231 zum
Erfassen des Einlassdrucks und des Auslassdrucks der Brennkraftmaschine,
die in Verknüpfung
mit den Bewegungen des Kolbens, des Einlassventils und des Auslassventils
pulsieren; und die Steuerungseinrichtung 250 zum Einrichten
der Ventilzeitabstimmung auf der Grundlage der Größenbeziehung
zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck, die durch die Druckerfassungseinrichtung
erfasst werden.