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Die
Erfindung bezieht sich auf ein variabel betätigtes Ventilsystem für ein Einlassventil
oder ein Auslassventil eines Kolbenmotors und insbesondere auf ein
variabel betätigtes
Ventilsystem, das zur Verwendung in einem Motor mit Verdichtungsentflammung
oder Selbstzündung
wie etwa einem Viertakt- und einem Zweitakt-Dieselmotor geeignet
ist.
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Ein
variabel betätigtes
Ventilsystem, das die Hubhöhe
und die Öffnungs-
und Schließzeitpunkte des
Einlassventils (der Einlassventile) und/oder des Auslassventils
(der Auslassventile) entsprechend einem Motorbetriebszustand verändert, um
den Ladungswirkungsgrad des Motors, das effektive Verdichtungsverhältnis und
die Restgasmenge zu steuern und die Motorleistung sowie die Emissionsgüte zu verbessern,
ist weit verbreitet. In einem Dieselmotor oder einem Motor mit Verdichtungsentflammung und
Vormischung entzündet
sich der eingespritzte Kraftstoff infolge des bei einem Verdichtungshub
des Motors erzeugten Temperaturanstiegs des Gases selbst. Die Selbstentzündung des
Kraftstoffs erfolgt nur unter der Bedingung, dass die Temperatur
im Zylinder hoch ist und der Druck hoch ist. Obwohl die Selbstzündung von
der Art des Kraftstoffs abhängt, erfolgt
sie erst dann, wenn die Temperatur 1000 K erreicht oder überschreitet
und der Druck 1 MPa erreicht oder überschreitet. Während eines
Startens des Motors bei niedrigen Temperaturen (eines so genannten
Kaltstarts) ist die Temperatur an der Zylinderwand niedrig, weshalb
dem Zylinder die Wärme des
Gases fehlt. Sofern das Verdichtungsverhältnis nicht auf mindestens
15 erhöht
wird, um die Temperatur und den Druck des Gases in dem Zylinder
zu erhöhen,
kann keine Selbstzündung
entstehen und keine Kraftstoffverbrennung erreicht werden. Jedoch bewirkt
das hohe Verdichtungsverhältnis
zum Zeitpunkt, zu dem die Warmlaufphase des Motors abgeschlossen
ist, dass sich der auf den Zylinderkolben ausgeübte Druck erhöht. Somit
nimmt der Verlust durch mechanische Reibung zu, weshalb sich die Motorleistung
verringert. Um dies zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, nach
Abschluss des Motorstartens das Verdichtungsverhältnis auf 15 oder weniger zu
verkleinern, um die Motorleistung zu verbessern. Nach dem Motorstarten
ist die Temperatur an der Zylinderwand höher. Selbst dann, wenn das
Verdichtungsverhältnis
niedrig ist, fehlt dem Zylinder nicht die Gaswärme. Folglich sind die Temperatur und
der Druck des Gases hoch, weshalb die Selbstzündung erfolgen kann. Die Veränderung
des Verdichtungsverhältnisses
erfolgt bekannterweise durch mechanisches Verändern des Verdichtungsraums des
Kolbens oder durch mechanisches Verändern des Kolbenhubs. Jedoch
sind diese Mechanismen kompliziert. In Anbetracht dessen wird der
Schließzeitpunkt
des Einlassventils (der Einlassventile pro Zylinder) in Bezug auf
den Kurbelwinkel zurück- oder vorverlegt,
womit die Gasmasse zum Zeitpunkt des Beginns des Verdichtungstakts
verändert
wird. Der Anstieg des Gasdrucks und der Gastemperatur in Bezug auf
den Kurbelwinkel kann verzögert
werden. Dies bedeutet, dass das effektive Verdichtungsverhältnis verkleinert
werden kann. Ein früher
vorgeschlagenes variabel betätigtes
Ventilsystem ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 1-315631,
veröffentlicht
am 20. Dezember 1989, erläutert,
wobei in einem Zweitakt-Dieselmotor eine elektrisch betriebene,
variabel betätigte
Vorrichtung (vom Spaltrohrdrehungstyp) eine Annäherung des Einlassventil-Schließzeitpunkts
(IVC, Intake Valve Closure timing) an einen unteren Totpunkt (BDC,
Bottom Dead Center) bewirkt, um das effektive Verdichtungsverhältnis zu
erhöhen.
Dadurch wird die Selbstzündung während des
Motorstartens sichergestellt und während des normalen Fahrens
eine Verzögerung
des IVC vorgenommen, so dass das effektive Verdichtungsverhältnis verkleinert
wird und der Kraft- stoffverbrauch
verringert wird. Außerdem
ist in einer japanischen Abhandlung von Yuuzou Akasaka und Hajime
Miura mit dem Titel "Recent
trends in variable valve actuation technologies to reduce the emission
and improve the fuel economy",
Seiten 33 bis 38 in Automotive Technology, Bd. 59, Nr. 2, ein weiterer
früher vorgeschlagener
variabel betätigter
Ventilmechanismus offenbart, der in einem hydraulisch betätigten Drehkolben
enthalten ist.
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Falls
jedoch bei einem der oben beschriebenen früher vorgeschlagenen variabel
betätigten
Systeme ein mechanischer Fehler wie etwa ein Fehler in einem elektrischen
System eines hydraulischen Schaltventils oder ein Festsitzen (Blockieren)
des hydraulischen Schaltventils oder ein Fehler in seinem Hydrauliksystem
auftritt, trennt sich (löst
sich oder weicht ab) der IVC während
des Motorstartens von der BDC-Position, so dass das effektive Verdichtungsverhältnis nicht
ausreichend angehoben wird und das Starten fehlschlagen kann. Auch
im Fall eines elektromotorisch betriebenen, variabel betätigten Ventilsystems
kann ein Fehler wie etwa ein Kurzschluss im Elektromotor oder ein
Abfallen der Batteriespannung zu einem Trennen (Löslösen) des
IVC vom BDC führen,
so dass die Selbstzündung
nicht eintreten kann und das Starten fehlschlagen kann.
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Bei
dem früher
vorgeschlagenen variabel betätigten
Ventilsystem, das in der oben zitierten japanischen Patentanmeldung
offenbart ist, verwendet ein Phaseneinstellmechanismus oder Ventiltaktsteuermechanismus
(VTC, Valve Timing Control mechanism) einen Schrittmotor. Wenn der
durch den Schrittmotor fließende
Strom abgeschaltet wird, erreicht der IVC, falls der Phaseneinstellmechanismus normal
arbeitet, automatisch eine Position in der Nähe des BDC (20 Grad nach dem
BDC im Kurbelwinkel (CA, crank angle)). Wenn der durch den Schrittmotor
fließende
Strom eingeschaltet wird, wird der IVC so gesteuert, dass er sich
einer Position nähert,
die gegenüber
dem BDC verzögert
ist (60 Grad nach dem BDC im Kurbelwinkel). Falls jedoch die Drehachse
des Schrittmotors festsitzt (blockiert ist), sitzt der Phaseneinstellmechanismus
ebenfalls an einem bestimmten Punkt fest. Auch dann, wenn der durch
den Schrittmotor fließende
Strom abgeschaltet wird, kann der IVC nicht an einen Punkt in der
Nähe des
BDC gebracht werden. Folglich wird der IVC während des Startens des Motors
an einen Punkt in der Nähe
des BDC gebracht. Nach dem Motorstarten wird der IVC verzögert. Wenn
jedoch der Schrittmotor festsitzt, können die Probleme während des
Startens des Motors nicht gelöst
werden. Außerdem
sind in dem zitierten japanischen Dokument verschiedene variabel
betätigte
Ventilsysteme vorgeschlagen worden. Der Einstellmechanismus, der
die Phase verändert,
(VTC) sowie ein weiterer Einstellmechanismus, der den Hub (die Hubhöhe) verändert, werden
mittels eines elektrischen Steuerabschnitts (eines Elektromotors
und eines Elektromagneten) in Reaktion auf ein von einer elektronischen
Steuereinheit (ECU, Electronics Control Unit) ausgegebenes elektrisches Signal
betätigt.
Alternativ wird der Hydrokraftabschnitt, der durch den elektrischen
Steuerabschnitt betätigt
wird, indirekt angesteuert. In jedem der Beispiele von variabel
betätigten
Ventilsystemen ist für den
Fall, dass der Steuerabschnitt in derselben Weise, wie sie in der
zitierten japanischen Patentanmeldung offenbart ist, ausfällt, kein
Mittel vorgesehen, das eine Annäherung
des IVC an eine Position in der Nähe des BDC bewirkt. Somit sind
die Probleme während
des Startens des Motors noch immer nicht gelöst.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein variabel betätigtes Ventilsystem
für einen
Dieselmotor zu schaffen, das die Schwierigkeiten während des Startens
des Motors der Art, dass der Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC)
vom unteren Totpunkt (BDC) getrennt (losgelöst) ist, so dass die Selbstzündung nicht
eintreten kann und das Starten fehlschlagen kann, beseitigen kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist bei einem variabel betätigten Ventilsystem für einen
Dieselmotor ein Einstellmechanismus, der durch einen Steuerabschnitt
gesteuert wird, um den Einlassventil-Schließzeitpunkt in Entsprechung
mit einem Motorbetriebszustand vom unteren Totpunkt zu lösen, und
ein das Motorstarten sicherstellender Abschnitt, der das Starten
des Motors auch bei Auftreten eines Fehlers in dem Steuerabschnitt,
bei Stillstand des Motors oder beim Starten des Motors garantiert,
vorgesehen.
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Es
sei angemerkt, dass der in dieser Patentbeschreibung beschriebene
IVC zwar als Einlassventil-Schließzeitpunkt definiert ist, jedoch
nicht der Zeitpunkt ist, zu dem das Einlassventil vollständig geschlossen
ist, sondern der Zeitpunkt sein kann, zu dem das wirkliche Hubintervall,
das kein Rampenintervall umfasst, abgeschlossen ist. Falls der wirkliche Schließzeitpunkt
in unmittelbarer Nähe
des BDC festgelegt ist, kann ein Schließzeitpunkt, zu dem ein Hubbeschleunigungsintervall
abgeschlossen ist, im Grund als BDC betrachtet werden und somit
das effektive Verdichtungsverhältnis
stärker
erhöht
werden. Bei dem variabel betätigten
Ventilsystem für
einen Dieselmotor gemäß der Erfindung,
das den Steuerabschnitt, der den IVC so steuert, dass er in Entsprechung
mit dem Motorbetriebszustand vom BDC gelöst ist, umfasst, legt der mechanische
Vorbelastungsabschnitt den IVC auch dann, wenn der Steuerabschnitt
ausfällt,
stets an eine Position in der Nähe des
BDC. Folglich kann das effektive Verdichtungsverhältnis auf
dem höchsten
Niveau, das für
den Motor vorgesehen ist, gehalten werden und die Zuverlässigkeit
des Motorstartens deutlich erhöht
werden. Auch dann, wenn der mechanische Vorbelastungsabschnitt infolge
eines Problems im Steuerabschnitt den IVC nicht so festlegen kann,
dass er sich in die Nähe
des BDC befindet, kann ferner die ausfallsichere Steuerlogik für Startbarkeitsgarantie
(Startcharakteristikgarantie) den Motor mit Gewissheit starten.
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Die
Erfindung kann auch eine Unterkombination dieser beschriebenen Merkmale
umfassen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung
Bezug nimmt; es zeigen:
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1 eine
Konfigurationsansicht eines variabel betätigten Ventilsystems in einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ein
charakteristisches Diagramm zur Erläuterung von Vorgängen in
dem variabel betätigten
Ventilsystem in der in 1 gezeigten Ausführungsform
für den
Fall eines Viertaktmotors;
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3 ein
charakteristisches Diagramm zur Erläuterung von Vorgängen in
dem variabel betätigten
Ventilsystem in der in 1 gezeigten Ausführungsform
für den
Fall eines Zweitaktmotors;
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4 einen
Ablaufplan, der einen Steuerfluss während des Startens eines Motors 1 zeigt,
der bei dem variabel betätigten
Ventilsystem in der in 1 gezeigten Ausführungsform
verwendet wird;
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5 eine
erläuternde
Ansicht eines Kraftstoffeinspritzmusters, das bei dem variabel betätigten Ventilsystem
in der in 1 gezeigten Ausführungsform
verwendet wird;
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6 eine
auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines Phaseneinstellmechanismus für ein Einlassventil
in dem variabel betätigten
Ventilsystem in der in 1 gezeigten Ausführungsform;
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7A eine
erläuternde
Ansicht, die eine Voreilwinkelposition im Zusammenhang mit der in 6 gezeigten
Konfigurationsansicht des variabel betätigten Ventilmechanismus zeigt;
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7B eine
erläuternde
Ansicht, die eine weiteste Voreilwinkelposition im Zusammenhang
mit der in 6 gezeigten Konfigurationsansicht
des variabel betätigten
Ventilmechanismus zeigt;
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7C eine
erläuternde
Ansicht, die eine weiteste Nacheilwinkelposition im Zusammenhang mit
der in 6 gezeigten Konfigurationsansicht des variabel
betätigten
Ventilmechanismus zeigt;
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die 8A, 8B und 8C schematische
Ansichten eines Hydrauliksystems bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
des variabel betätigten
Ventilsystems;
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9 ein
charakteristisches Diagramm, das die Voreilwinkelseite eines Einlassventils
(von Einlassventilen), die bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
des variabel betätigten
Ventilsystems verwendet wird, zeigt;
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10 ein
charakteristisches Diagramm, das die Nacheilwinkelseite eines Einlassventils
(von Einlassventilen), die bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
des variabel betätigten
Ventilsystems verwendet wird, zeigt;
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11 eine
schematisch Konfigurationsansicht zur Erläuterung der Funktion von Vorspannfedern
im Fall der in 10 gezeigten zweiten Ausführungsform
des variabel betätigten
Ventilsystems;
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12 einen
Steuerungsablaufplan während
eines Motorstartens, der in einer dritten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen variabel
betätigten
Ventilsystems verwendet wird;
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13 einen
Ablaufplan, der die ausfallsichere Steuerung für Startbarkeitsgarantie (Startcharakteristikgarantie)
zeigt, die bei der in 12 gezeigten dritten Ausführungsform
des variabel betätigten
Ventilsystems verwendet wird;
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14 eine
Konfigurationsansicht des erfindungsgemäßen variabel betätigten Ventilsystems
in einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
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15 ein
Kennliniendiagramm des Einlassventils bei der in 14 gezeigten
vierten Ausführungsform
des variabel betätigten
Ventilsystems.
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Zunächst wird
mit Bezug auf 1 ein variabel betätigtes Ventilsystem
eines Viertakt-Dieselmotors beschrieben. Eine Kurbelwelle 2 eines
Motors 1 wird im Uhrzeigersinn, bei Betrachtung von 1, gedreht.
Der Zustand, in dem sich ein Zylinderkolben 3 in der untersten
Position befindet, gibt den unteren Totpunkt (BDC, Bottom Dead Center)
an, der durch einen Kurbelwinkel (CA, Crank Angle) von 180 Grad gekennzeichnet
ist. Wenn die Kurbelwelle 2 gedreht wird und der Kolben 3 die
höchste
Stelle, bei Betrachtung von 1, erreicht
hat, gibt dies den oberen Totpunkt (TDC, Top Dead Center) an, wobei
der zugehörige
Kurbelwinkel 360 Grad beträgt. Im Fall einer gewöhnlichen
Dieselkraftstoffverbrennung wird der Kraftstoff von einem Kraftstoffeinspritzventil 4 in
den Zylinder eingespritzt, wobei infolge der hohen Temperatur des
Gases eine Selbstzündung
erfolgt und der Kraftstoff verbrannt wird. Im Fall einer Verdichtungsentflammung
mit Vormischung wird der Kraftstoff während des Ansaug- oder Einlasshubs
von einem Kraftstoffeinspritzventil 4 eingespritzt, wobei
der eingespritzte Kraftstoff ausreichend mit Ladeluft des Zylinders
vermischt wird. Wenn der Kolben 3 angehoben wird, steigen
die Temperatur und der Druck der zuvor vermischten Luft in dem Zylinder
an, weshalb das Kraftstoff/Luft-Gemisch sich selbst entzündet und
verbrannt wird. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt des Kraftstoffeinspritzventils 4 steht
in Entsprechung mit einem Signal von dem Kurbelwinkelsensor 5 und
wird durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) 6 gesteuert.
Außerdem
ist während
des Startens des Motors 1 ein Starter oder Anlasser 7 mit
einer Kurbelwelle 2 gekoppelt, wobei dementsprechend die
Kurbelwelle 2 gedreht wird. Ferner wird während des
Startens des Motors 1 das Fließen eines Stroms durch eine
Glühkerze 9 bewirkt,
um deren Temperatur zu erhöhen.
In dieser Weise wird die Verdampfung von Kraftstoff gefördert, um
die Selbstzündung
des Kraftstoff/Luft-Gemischs zu unterstützen. Das Abgas wird durch
einen Katalysator 301 gereinigt.
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In
einem oberen Teil des Motors 1 sind ein Einlassventil 9 und
ein Auslassventil 10 angeordnet, die durch einen Einlassnocken 11 bzw.
einen Auslassnocken 12 angetrieben werden. Der Einlassnocken 11 ist über einen
variabel betätigten
Ventilmechanismus oder variablen Taktsteuermechnismus (VTC, Variable
Timing Control mechanism) 13 des Typs mit variabler Hubphase
mit einer Riemenscheibe 14 zur Steuerung der Nockenwelle
verbunden. Die Drehung der Kurbelwelle 2 wird über einen
Steuerriemen oder eine Steuer-Riemenscheibe auf die Riemenscheibe 14 zur
Steuerung der Nockenwelle übertragen.
Ein Signal von einem Wassertemperatursensor (Kühlmitteltemperatursensor) 15 wird
in eine elektronische Steuereinheit (ECU) 6 eingegeben.
Ein Signal von einem VTC-Phasendifferenz-Positionssensor 200 wird
ebenfalls in die ECU 6 eingegeben. Wenn sich die Kurbelwelle
dreht, dreht sich die Riemenscheibe 14 zur Steuerung der
Nockenwelle mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle 2.
Der Einlassnocken 11 dreht sich, wobei der Vorgang zum Öffnen des
Einlassventils 9 einmal pro Umdrehung der Kurbelwelle 2 ausgeführt wird
und Luft in den Zylinder angesaugt wird. Außerdem wird während der
Drehung der Riemenscheibe 14 zur Steuerung der Nockenwelle
ein damit verbundener Auslassnocken 12 gedreht. Somit wird
einmal pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 2 ein Vorgang
zum Öffnen
des Auslassventils 10 ausgeführt und Luft in den Zylinder
angesaugt. In einem Einlasssystem 16, das sich an der Auslassseite
des Einlassventils 9 befindet, ist ein Luftdurchflusssensor 17,
der die Ansaugluftmenge misst, ein Turbolader 18 und ein
Abgasrückführungsventil
(AGR-Ventil) 19 angeordnet.
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2 zeigt Öffnungs-
und Schließzeitpunkte des
Einlassventils 9 und des Auslassventils 10 in dem
in 1 gezeigten gewöhnlichen Viertakt-Dieselmotor.
Das Auslassventil 10 öffnet
sich zu Beginn eines Auspuffhubs bei einem Kurbelwinkel (CA) von –180 Grad.
Dieser Zeitpunkt wird EVO (EVO, Exhaust Valve Open timing) genannt.
Das Auslassventil 10 schließt sich zu einem Zeitpunkt,
zu dem der Auspuffhub beendet ist. Dieser Zeitpunkt wird EVC (EVC, Exhaust
Valve Closure timing) genannt. Das Einlassventil 10 öffnet sich
an einer Position in der Nähe
eines Kurbelwinkels von 0 Grad zu Beginn des Ansaughubs und schließt sich
in unmittelbarer Nähe des
BDC, was dem Ende des Ansaughubs entspricht. Der erste Zeitpunkt
wird IVO (IVO, Intake Valve Open timing) genannt, während der
zweite Zeitpunkt IVC (IVC, Intake Valve Closure timing) genannt wird.
Die Selbstzündung
erfolgt an einer Position vor dem TDC, etwa zum Zeitpunkt des Endes
des Verdichtungshubs. Falls der IVC so eingestellt ist, dass er
früher
als der BDC eintritt (was einem Voreilwinkel entspricht, der vor
dem BDC liegt), verringert sich die in den Zylinder geladene Menge
an Gas und verkleinert sich das effektive Verdichtungsverhältnis. Falls der
IVC später
als der BDC eintritt (verzögert
ist), wird das in den Zylinder geladene Gas zum Einlasssystem 16 zurückgeführt, wobei
sich ebenso die Masse an in den Zylinder geladenem Gas verringert und
das effektive Verdichtungsverhältnis
verkleinert wird.
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Im
Fall eines Zweitaktmotors endet ein Zyklus nach 360 Grad (einer
Umdrehung), wie in 3 gezeigt ist. Folglich werden
während
eines Kurbelwinkels von 180 Grad der Ansaughub und der Verdichtungshub
entsprechend vier Hüben
ausgeführt. Bei
den nächsten
180 Grad werden der Expansions- oder Arbeitshub und der Auspuffhub
ausgeführt.
Die Selbstzündung
erfolgt vor dem TDC. Da die Öffnungsvorgänge des
Einlassventils 9 und des Auslassventils einmal pro Umdrehung
ausgeführt
werden, wird die Riemenscheibe 14 zur Steuerung der Nockenwelle
mit derselben Umdrehungsgeschwindigkeit wie die Kurbelwelle 2 angetrieben,
wie in 1 gezeigt ist. Die Elemente im Fall des Viertaktmotors
sind auf die anderen Elemente im Fall des Zweitaktmotors anwendbar.
Falls sich der IVC dem BDC nä hert,
wird das Kraftstoff/Luft-Gemisch so komprimiert, dass die Gasmasse
groß wird
und das effektive Verdichtungsverhältnis höher wird. Wenn der IVC hingegen
in Bezug auf den BDC verzögert wird,
wird die in den Motorzylinder geladene Gasmenge verringert und das
effektive Verdichtungsverhältnis
verkleinert, falls der Druck in dem Einlasssystem 16 konstant
bleibt. 4 zeigt einen Steuervorgang
der ECU 6 beim Ausführen
des Motorstartens. Wenn der Motor 1 gestartet wird, also
dann, wenn die von einem Signal des Kurbelwinkelsensors 5 abgeleitete
Motordrehzahl null ist oder dann, wenn die von einem durch den Kühlmitteltemperatursensor
(Wassertemperatursensor) 15 abgeleitete Motortemperatur
niedriger als 40° ist,
bestimmt die Steuereinheit (ECU) 6, dass der Motor 1 bei
niedriger Temperatur gestartet wird (einen Kaltstart vornimmt),
und steuert den Motor 1 in eine Betriebsart, bei der der
IVC in die Nähe
des BDC verlegt ist und das effektive Verdichtungsverhältnis groß ist. Wenn
die Drehzahl des Motors 1 500 min–1 erreicht
oder überschreitet,
bestimmt die Steuereinheit (ECU) 6, dass das Motorstarten
beendet ist und verzögert
den IVC um einen Phasenwinkel Δ gegenüber dem
BDC. Im Fall des Viertaktmotors kann das effektive Verdichtungsverhältnis verkleinert
werden, wobei der IVC in Bezug auf den BDC vorverlegt wird. Im Fall
eines Motorstillstands wird dann, wenn der IVC auf den BDC eingestellt
wird und gleichzeitig der Zündschlüssel (Zündschalter) auf
EIN gestellt wird, der IVC so gesteuert, dass angenommen wird, dass
er den BDC erreicht. Folglich werden in den Schritten 83, 84 und 86 in 4 eine Erfassung
und eine Steuerung des Phasenwinkels Δ auf der Grundlage des Signals
des VTC-Phasensensors 200 vorgenommen. Falls der IVC während des Motorstillstands
bereits auf den BDC eingestellt worden ist, wird die Position des
IVC im Schritt 83 in 4 nur geprüft und unmittelbar
der Anlasser betätigt.
Wenn die Motordrehzahl angestiegen ist, wird der IVC im Schritt 86 nur
um den Phasenwinkel Δ verzögert. Falls
der IVC während
des Motorstillstands nicht auf den BDC eingestellt worden ist, wird der
Steuervorgang im Schritt 83 so ausgeführt, dass der IVC etwa gleich
dem BDC gemacht wird. Die durch das Kraftstoffeinspritzventil 4 eingespritzte Kraftstoffmasse
wird in Entsprechung mit den Signalen vom Luftdurchflusssensor 17,
die die Durchflussmenge an Ansaugluft angeben, und dem Drehzahlsignal
des Motors gesteuert. Außerdem
werden unter Berücksichtigung
der Zustände
des Abgasrückführventils
(AGR-Ventils) 19 und des Turboladers 18 die Kraftstoffmasse
und der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung bestimmt. Selbstverständlich führt eine Veränderung
des IVC des Einlassventils 9 dazu, dass die Kraftstoffeinspritzmenge
(Kraftstoffmasse) und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt modifiziert
werden müssen.
Daher wird das Signal des VTC-Phasensensors 200 in die
ECU 6 eingegeben. Die Kraftstoffeinspritzmenge wird entsprechend
der Phase des VTC, also der Position des IVC, modifiziert. Wie in 5 gezeigt
ist, wird während
der Einspritzung eines Takts des Dieselmotors der Kraftstoff unter
Unterteilung der Kraftstoffeinspritzung in Pilot-, Vor-, Haupt-,
Neben- und Nacheinspritzungen eingespritzt. Dieses Einspritzmuster
wird entsprechend dem Betriebszustand verändert. Im Schritt 85 des Ablaufplans
von 4 ist das Kraftstoffeinspritzmuster als Funktion
des IVC gegeben. Die Veränderung des
IVC beeinflusst unmittelbar das Kraftstoffeinspritzmuster (Kraftstoffeinspritzmenge
und die Häufigkeit,
mit der der Kraftstoff eingespritzt wird).
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6 zeigt
eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht des Einlassventil-VTC,
der in den oben beschriebenen Schritten 83, 84 und 86 betätigt wird.
Dieser VTC ist ein elektrohydraulischer Typ. Die Einlassnockenwelle 20,
an der der Einlassnocken 11 angebracht ist, ist mittels
eines Mittelbolzens 21 an einem Hydraulikflügel- Hauptrahmen 22 befestigt.
Eine Riemenscheibe 14 zur Steuerung der Nockenwelle ist
an einem Hydraulikgehäuse 23 befestigt.
Der Hydraulikflügel-Hauptrahmen 22 ist
in dem Hydraulikgehäuse 23 untergebracht
und mit einer Frontabdeckung 24 abgedeckt. In dem Hydraulikflügel-Hauptrahmen 22 sind
vier Flügel
installiert. Durch Beaufschlagen der Oberflächen der jeweiligen Flügel von
einer Seite mit Hydraulikdruck können
die Phasen des Hydraulikflügel-Hauptrahmens 22 und des
Hydraulikgehäuse 23 in
dem Hydraulikgehäuse 23 verändert werden.
Der IVC kann während
des Betriebs des Motors entsprechend der Phasendifferenz zwischen
dem Hydraulikflügel-Hauptrahmen 22 und dem
Hydraulikgehäuse 23 verändert werden.
In diesem Fall kann gleichzeitig der IVO verändert werden.
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Zwei
Reihen von jeweils vier, d. h. insgesamt acht, Vorspannfedern 25 sind
zwischen seitlichen Oberflächen
der Flügelabschnitte
(vier Stellen) und Anschlagoberflächen des Hydraulikgehäuses 23 (vier
Stellen) angeordnet. Diese Vorspannfedern 25 belasten den
Hydraulikflügel-Hauptrahmen 22 im Uhrzeigersinn,
also in der Richtung, in der sich die Nockenwelle 20 bewegt,
vor. Die Frontabdeckung 24 ist durch vier Befestigungsbolzen 107 an
dem Hydraulikgehäuse 23 befestigt.
In der Frontabdeckung 24 ist ein Ansaugloch 150 vorgesehen.
In den 6, 7A, 7B und 7C wird über Voreilwinkel-Hydraulikdurchgänge 32,
Nacheilwinkel-Hydraulikdurchgänge 33,
ein Voreilwinkel-Hydraulikloch 106 und ein Nacheilwinkel-Hydraulikloch 107 Öl in Voreilwinkel-Hydraulikkammern 30 und
Nacheilwinkel-Hydraulikkammern 31 geleitet.
Diese Voreilwinkel-Hydraulikdurchgänge 32 und Nacheilwinkel-Hydraulikdurchgänge 33 sind
in der Einlassnockenwelle 20 angeordnet, wie in 6 gezeigt
ist. Das Öl
(Schmieröl) wird
dem Motor 1 mittels einer Ölpumpe von außen über eine
Voreilwinkel-Hydraulikrille 34 und
eine Nacheilwinkel-Hydraulikrille 35 zugeführt. Die
Voreilwinkel-Hydraulikrille 34 und die Nacheilwinkel-Hydraulikrille 35 sind
in einem Abschnitt des Nockenwellen-Achslagers 108 angeordnet.
An einer Spitze der Einlassnockenwelle 20 ist ein Befestigungsschraubenloch 140 für einen
Mittelbolzen ausgebildet. Ein Hydraulikkolben 110 kann
in einen Sitz 111 der Riemenscheibe 14, die die
Nockenwelle steuert, eingepasst werden. Wenn der Hydraulikkolben 110 in den
Sitz 111 eingepasst ist, ist der Hydraulikflügel-Hauptrahmen 22 an
der die Nockenwelle steuernden Riemenscheibe 14 fixiert
und führt
dieselbe Operation wie diese aus. Wenn die hydraulische Wirkung
auf den Flügel-Hauptrahmen 22 beispielsweise während des
Motorstartens nicht ausreichend ist, wird dieser Einpassvorgang
so ausgeführt,
dass eine Vibration des Flügel-Hauptrahmens 22 verhindert wird.
Die Position dieser Einpassung ist so festgelegt, dass der IVC etwa
gleich dem BDC ist, wie in 6 gezeigt
ist. Wenn sich der Motor 1 zu drehen beginnt, wird die
hydraulische Wirkung auf den Flügel-Hauptrahmen 22 stärker. Zu
dieser Zeit bewegt sich der Hydraulikkolben 110 in einer
Richtung, in der die Einpassung durch das von dem Voreilwinkel-Hydraulikloch 106 und
dem Nacheilwinkel-Hydraulikloch 107 zugeführte Öl entgegen
der Kolbenrückstellfeder 112 gelöst wird.
Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Flügel-Hauptrahmen 22 und
der Riemenscheibe 14 zur Steuerung der Nockenwelle gelöst, so dass der
Erstere durch eine gewöhnliche
Hydraulik gesteuert wird.
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Wie
in 6 gezeigt ist, kann eine Vorspann-Drehfeder 120,
die den Flügel-Hauptrahmen 22 mit
der Frontabdeckung 24 verbindet, hinzugefügt sein.
Die Position der Vorspannfedern 25, die in dem Hydraulikgehäuse 23 angeordnet
sind, unterscheidet sich von der Position, an der die Vorspannfeder 120 angeordnet
ist. Folglich behindern sich die Federn 25 und die Feder 120 nicht,
so dass eine große
Vorbelastungskraft entwickelt werden kann. Wie aus 6 ersichtlich
ist, sind Haken, die sich an beiden Enden der Vorspann-Drehfeder 120 befinden,
in ein Drehfederhaken-Einführloch 122,
das in der Frontabdeckung 24 ausgespart ist, bzw. in ein
Drehfederhaken-Einführloch 121,
das in dem Flügel-Hauptrahmen 22 vorgesehen
ist, eingeführt.
Die Vorspann-Drehfeder 120 belastet die Einlassnockenwelle 20 im
Uhrzeigersinn, also in der Voreilwinkelrichtung, vor. In den 7A, 7B und 7C ist
das Hydraulikgehäuse 23 durch
den Motor 1 über
eine Riemenscheibe 132 zur Steuerung der Kurbelwelle und
eine Steuerkette 131 angetrieben. Im Fall eines Viertaktmotors
dreht sich das Hydraulikgehäuse 23 pro
Umdrehung der Kurbelwelle 2 um eine halbe Umdrehung. Im
Fall des Zweitaktmotors dreht sich das Hydraulikgehäuse 23 pro
Umdrehung der Kurbelwelle 2 um eine Umdrehung. Öl wird über einen
Voreilwinkel-Hydraulikdurchgang 32 und einen Nacheilwinkel-Hydraulikdurchgang 33 in
eine Voreilwinkel-Hydraulikkammer 30 bzw. eine Nacheilwinkel-Hydraulikkammer 31 geleitet.
Falls zu dieser Zeit der Hydraulikdruck in der Voreilwinkel-Hydraulikkammer 30 gleich
jenem in der Nacheilwinkel-Hydraulikkammer 31 oder höher als
dieser ist, wird Öl
in die Voreilwinkel-Hydraulikkammer 30 gefüllt. Somit
nimmt der Flügel-Hauptrahmen 22 den
in 7B gezeigten Zustand ein und werden die IVO- und
IVC-Vorgänge
zu einem früheren
Zeitpunkt in Bezug auf die Umdrehung (des Kurbelwinkels) der Riemenscheibe 14 zur Steuerung
der Nockenwelle ausgeführt
(weitester Voreilwinkel). Falls kein Hydraulikdruck auf die Voreilwinkel-Hydraulikkammer 30 und
die Nacheilwinkel-Hydraulikkammer 31 einwirkt, steuert
die Vorspannfeder 25 automatisch den IVC und den IVC an die
in 7B gezeigte Voreilwinkelposition. Falls andererseits
der Hydraulikdruck in der Nacheilwinkel-Hydraulikkammer 31 hinreichend
höher als
jener in der Voreilwinkel-Hydraulikkammer 30 ist, wird Öl in die
Nacheilwinkel-Hydraulikkammer 31 gefüllt, wobei der
Zustand in dem Hydraulikflügel-Hauptrahmen 22 jener
ist, der in 7C gezeigt ist. Somit sind die IVO-
und IVC-Vorgänge
derart, dass der IVO und der IVC am stärksten verzögert sind (weitester Nacheilwinkel).
Folglich ermöglicht
das Vorsehen von Vorspannfedern 25 an der Voreilwinkel-Hydraulikkammer 30 ein
automatisches Einstellen des IVC auf den weitesten Voreilwinkel
(beispielsweise den BDC), wenn die Hydraulik nicht betätigt ist.
Als Alternative für
die Vorspannfeder 25 sind eine dehnbare Schraubenfeder
und eine Blattfeder aufgenommen. Außerdem kann auch die Vorspann-Drehfeder 120 den
IVC automatisch auf den weitesten Voreilwinkel (beispielsweise den
BDC) einstellen, wenn die Hydraulik nicht betätigt ist.
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Der
Durchfluss von Öl,
wie oben beschrieben worden ist, wird durch ein Ölsteuerventil 39 gesteuert,
das in den 8A, 8B und 8C gezeigt ist.
Das Ölsteuerventil 39 umfasst
einen Elektromagnetabschnitt 40, einen Spulenkörperabschnitt 41 und eine
Spulenkörper-Vorspannfeder 42.
In den 8A, 8B und 8C ist
das Symbol A mit den Voreilwinkel-Hydraulikdurchgängen 32 verbunden,
während
das Symbol R mit den Nacheilwinkel-Hydraulikdurchgängen 33 verbunden
ist. Ein Signal von der ECU 6, die in 1 gezeigt
ist, wird in den Elektromagnetabschnitt 40 eingegeben.
In 8A wird der Hydraulikdruck in den Voreilwinkel-Hydraulikdurchgängen 32 höher und
der Druck in den Nacheilwinkel-Hydraulikdurchgängen 33 niedriger,
wenn der Spulenkörperabschnitt 41 in
Reaktion auf das Signal von der ECU 6 platziert wird. Folglich
verschiebt sich der Flügel-Hauptrahmen 22 zur
Voreilwinkelseite hin. Der Spulenkörperabschnitt 41 befindet
sich in dem in 8A gezeigten Zustand in einem
De-facto-Zustand (in einer stabilen Lage). Folglich ist der De-facto-Zustand
des IVC der BDC (der weiteste Voreilwinkel). Das heißt, dass
der IVC etwa gleich dem BDC gemacht wird. Wenn sich der Spulenkörperabschnitt 41 entgegen
der Spulenkörper-Vorspannfeder 42 in dem
in 8B gezeigten Zustand befindet, ist der Druck in
dem Voreilwinkel-Hydraulikdurchgang 32 kleiner und der
Hydraulikdruck in dem Nacheilwinkel-Hydraulikdurchgang 33 höher, so
dass der Flügel-Hauptrahmen 22 zur
Nacheilwinkelseite gedreht wird. Wie in 8C gezeigt
ist, sind der Voreilwinkel-Hydraulikdurchgang 32 und der
Nacheilwinkel-Hydraulikdurchgang 33 geschlossen, wenn der Spulenkörperabschnitt 41 in
einer Zwischenposition gehalten ist. Der Flügel-Hauptrahmen 22 ist
an einer vorgegebenen Position gehalten, was bedeutet, dass der
IVC an einer willkürlichen
Position zwischen dem weitesten Nacheilwinkel und dem weitesten
Voreilwinkel gehalten ist. Diese Steuerungen sind Steuerungen der
ECU 6 mit geschlossenem Wirkungsablauf auf der Grundlage
einer Ausgangsgröße des VTC-Phasensensors 200.
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Wie
oben beschrieben worden ist, steuert der Elektromagnetabschnitt 40 des Ölsteuerventils 39 die
Position des Spulenkörpers 41.
Somit kann das Öffnungsintervall
des Einlassventils 9, wie in 9 gezeigt
ist, zwischen einer weitesten Voreilwinkelposition, an dem der IVC
in der Nähe
des BDC liegt, und einer weitesten Nacheilwinkelposition, an der
der IVC gegenüber
dem BDC (um etwa 40 Grad des Kurbelwinkels) verzögert ist, gesteuert werden. Gleichzeitig
wird der IVO verändert.
Indem der IVC dem BDC angenähert
wird, wird das effektive Verdichtungsverhältnis verkleinert und der Verlust
durch mechanische Reibung des Motors 1 verringert. Somit kann
der Kraftstoffverbrauch nach dem Motorstarten reduziert werden.
Ferner kann durch Herabsetzen des effektiven Verdichtungsverhältnisses
ein übermäßiger Anstieg
der Verbrennungstemperatur vermieden werden. Somit kann die NOx-Emission verringert
werden. In der oben beschriebenen Ausführungsform bewirkt die Spulenkörperabschnitt-Vorspannfeder 42 in
dem De-facto-Zustand ein Öffnen der
Nacheilwinkel-Hydraulikdurchgänge 33 für den atmosphärischen
Druck. Folglich bewirken die Vorspannfedern 25, dass der
Hydraulikflügel-Hauptrahmen 22 in
dem De-facto- Zustand
den Zustand weitesten Voreilwinkels einnimmt. Folglich stellt sich während des
Stillstands des Motors 1 der Zustand weitesten Voreilwinkels,
also der Zustand, in dem der IVC etwa gleich dem BDC ist, automatisch
ein. Somit kann der Motor 1 bei einem hohen Verdichtungsverhältnis gestartet
werden. Demgemäß verbessert
sich die Zuverlässigkeit
des Motorstartens im Vergleich zu einem Fall, in dem kein mechanischer
Vorbelastungsabschnitt vorgesehen ist, deutlich. Falls der Elektromagnetabschnitt 40 ausfällt und
das Ölsteuerventil 39 nicht
betrieben werden kann, ist zumindest der Zustand, in dem der IVC
etwa gleich dem BDC ist, sichergestellt. Folglich kann der Motor 1,
auch wenn der Kraftstoffverbrauch erhöht ist, Kraftstoff stabil verbrennen.
Falls kein Vorbelastungsabschnitt vorhanden ist, ist der IVC nicht
immer etwa gleich dem BDC, weshalb es schwierig ist, ein hochstabiles Starten
zu garantieren.
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Falls
das Ölsteuerventil 39 ausfällt, beispielsweise
dann, wenn der Elektromagnetabschnitt 40 infolge seines
Festhängens
an einer Wand des Ventils (des so genannten Hängenbleibens oder Haftens des
Elektromagnetabschnitts 40) nicht betätigt werden kann und der Spulenkörperabschnitt 41 den in 8B gezeigten
Zustand einnimmt, versucht die Hydraulik zu veranlassen, dass der
IVC zur Nacheilwinkelseite hin gesteuert wird. Jedoch bewirken bei dieser
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen variabel
betätigten
Ventilsystems die Vorspannfedern 25, dass der Flügel-Hauptrahmen 22 zur
Voreilwinkelseite hin gedreht wird, so dass der IVC zur Voreilwinkelseite
hin verschoben wird. Folglich wird eine Verschiebung des IVC zur
Nacheilwinkelseite hin vermieden, so dass der IVC auf der Voreilwinkelseite gehalten
wird. Folglich kann das effektive Verdichtungsverhältnis vergrößert und
die Motorstartbarkeit (Startcharakteristik) garantiert werden. Vor
allem dann, wenn der Hydraulikdruck, der sich während des Anlassens des Motors
entwickelt, so eingestellt ist, dass das Moment, das versucht, die
Nockenwelle 20 in Voreilwinkelrichtung zu verstellen, größer ist
als das Moment, das versucht, die Nockenwelle 20 in Nacheilwinkelrichtung
zu verstellen, ist der Vorteil, dass ein genauer Vorgang erwartet
werden darf, vergrößert. Auch
dann, wenn das Ölsteuerventil 39 durch
einen Fehler bedingt in dem in 8A gezeigten
Voreilwinkelzustand ist oder wenn der Flügel-Hauptrahmen 22 durch
einen Fehler im Hydrauliksystem und eine Reaktionsverzögerung bedingt nicht
hinreichend mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird, halten die Vorspannfedern 25 den
IVC über
den Hydraulikflügel-Hauptrahmen 22 zwangsläufig an
der weitesten Voreilwinkelposition, wodurch die Startcharakteristik
sichergestellt ist. Wenn der Ausfall des Ölsteuerventils 39 während des
Motorstartens dazu führt,
dass der hydraulische Zustand einem Halte-Steuerzustand entspricht,
der in 8C gezeigt ist, bewirken in
dieser Ausführungsform
die Vorspannfedern 25, die auf den Flügel-Hauptrahmen 22 einwirken,
dass dieser einen Zustand einnimmt, in dem der IVC voreilt. Folglich
ist eine günstige Startcharakteristik
sichergestellt. Das Drehmoment für
jede Vorspannfeder 25 ist auf 2 bis 3 Nm eingestellt, so
dass es das von dem variabel betätigten Ventil
beeinflusste Moment der Einlassnockenwelle 20 überwindet.
Die Länge
jeder Vorspannfeder 25 beträgt beispielsweise 5 cm, wobei
deren Kraft beispielsweise 1 bis 2 kg beträgt. Wenn ein größeres Drehmoment
eingestellt wird, kann ein größerer Vorteil
erzielt werden.
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Das
effektive Verdichtungsverhältnis
kann auch dann, wenn der IVC früher
als der BDC (stärker voreilend)
festgelegt ist, verkleinert werden. Da das Einlassventil 9 auf
halbem Wege des Ansaughubs geschlossen wird, ist die Ladeluftmenge
kleiner und somit das effektive Verdichtungsverhältnis kleiner. 10 zeigt
die Zeitpunkte, zu denen das Einlassventil 9 geöffnet und
geschlossen wird, in einem Fall, in dem die oben beschriebenen Arbeitsprinzipien
angewandt werden, um eine zweite Ausführungsform der Erfindung zu
bilden. Der IVC kommt, falls er auf Seiten des weitesten Nacheilwinkels
liegt, dem BDC nahe. Der IVC wird, falls er auf Seiten des weitesten Voreilwinkels
liegt, gegenüber
dem BDC vorverlegt. Während
des Startens des Motors 1 wird der IVC so gesteuert, dass
er sich in der Nähe
des BDC befindet, das effektive Verdichtungsverhältnis größer wird und die Startcharakteristik
gewährleistet
ist. Mit dem Ende des Startens des Motors 1 wird der IVC
auf die weiteste Voreilwinkelposition gesteuert, wobei der IVC gegenüber dem
BDC vorverlegt wird. Da das Einlassventil 9 während des
Ansaughubs geschlossen wird, wird somit die Masse an geladenem Gas kleiner,
werden das effektive Verdichtungsverhältnis und der Reibungsverlust
kleiner und wird der Kraftstoffverbrauch reduziert. Da in dem De-facto-Zustand der
IVC etwa gleich dem BDC ist, sind in diesem Fall, wie in 11 gezeigt
ist, die Vorspannfedern 25 so angebracht, dass der Flügel-Hauptrahmen 22 den weitesten
Nacheilwinkel im Uhrzeigersinn der Flügel einnimmt. Die Arbeitsweise
der Ölsteuerventile 39 ist dieselbe
wie im Fall der in den 7A bis 7C gezeigten
ersten Ausführungsform,
jedoch ist der Hydraulikdurchgang (A) auf der Voreilwinkelseite
mit dem Hydraulikdurchgang (B) auf der Nacheilwinkelseite vertauscht.
Dies bedeutet, dass während
des Startens des Motors 1 der VTC in dem in 7A gezeigten
Zustand ist und der IVC etwa gleich dem BDC ist.
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Da
der IVO zu dieser Zeit auf einen Zeitpunkt nach dem TDC zurückverlegt
ist, wird die Luft, die durch das Einlassventil 9 strömt, schnell
angesaugt, so dass der Gasstrom verstärkt wird. Dank der Förderung
durch Sprühen
des Kraftstoffs wird die Motorstartcharakteristik verbessert. Mit
dem Ende des Startens des Motors 1 veranlasst das Betätigen des Steuerventils 39,
dass der Flügel-Hauptrahmen 22 in den
Zustand weitesten Voreilwinkels gesteuert wird. In dieser Weise
wird der IVC gegenüber
dem BDC vorverlegt. Folglich ist das effektive Verdichtungsverhältnis kleiner
und wird das Fahren mit geringem Kraftstoffverbrauch möglich.
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Eine
dritte bevorzugte Ausführungsform
des variabel betätigten
Ventilsystems wird im Folgenden hauptsächlich mit Bezug auf 12 beschrieben. 12 zeigt
einen Steuerungsablaufplan einer Steuerfunktion, die während des
Startens im Anschluss an einen Motorstillstand die Startcharakteristik
garantiert. Das heißt,
dass im Schritt 91' von 12 die Steuereinheit 6 ermittelt,
ob der Zündschlüssel (Zündschalter)
auf AUS gestellt ist. Falls der Zündschlüssel auf AUS gestellt ist (Ja
bei 91'),
geht die Routine weiter zum Schritt 91. Im Schritt 91 gibt
die Steuereinheit 6 ein Signal aus, damit das Ölsteuerventil 39 den
IVC in Richtung des BDC verschiebt (im Fall der in 7A gezeigten
Ausführungsform
wird das Signal ausgegeben, um den IVC zur Voreilwinkelseite hin
zu verschieben, während
im Fall der in 11 gezeigten Ausführungsform
das Signal ausgegeben wird, um den IVC zur Nacheilwinkelseite hin zu
verschieben). Im Schritt 92 erfasst die Steuereinheit 6 den
momentanen IVC über
den VTC-Phasensensor 200. Danach ermittelt die Steuereinheit 6 im Schritt 92', ob sich der
IVC in Richtung des BDC verschoben hat. Falls sich der momentane
IVC nicht in Richtung des BDC verschoben hat (Nein bei 92'), geht die
Routine zum Schritt 92'' weiter. Im
Schritt 92'' ermittelt die
Steuereinheit 6, ob eine vorgegebene Zeit verstrichen ist.
Falls diese nicht verstrichen ist (Nein bei 92''), kehrt die Routine zum Schritt 91 zurück. Falls
die Zeit verstrichen ist (Ja bei 92'')
oder falls der IVC etwa gleich dem BDC ist (Ja bei 92'), gibt die
Steuereinheit 6 im Schritt 93 ein Motorstillstandssignal
aus, um die Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 4 zu
stoppen und den Betrieb des Motors 1 anzuhalten. Falls
andererseits der IVC nicht dem BDC entspricht, kehrt die Routine
zum Schritt 91 zurück,
um das Ölsteuerventil 39 so
zu steuern, dass durch Wiederholen des Steuervorgangs eine Annäherung des
IVC an den BDC erreicht wird. Falls der momentane IVC wegen eines
Fehlers des Ölsteuerventils 39 nicht
in der Nähe
des BDC liegt, wird der Motor 1, nachdem die vorgegebene Zeit
(von beispielsweise 30 Sekunden) verstrichen ist, zwangsläufig gestoppt.
Wie oben beschrieben worden ist, ist die Einbauposition des Hydraulikkolbens
(Hydraulikdruckkolbens oder Hydrokolben) 110 zum Fixieren
des Flügel-Hauptrahmens 22 an
der Riemenscheibe 14 zur Steuerung der Nockenwelle ist
so festgelegt, dass der IVC etwa gleich dem BDC ist. Folglich wird
zu jenem Zeitpunkt, zu dem ermittelt wird, dass der IVC etwa gleich
dem BDC ist, der Motor 1 angehalten. Da zu dieser Zeit
der Druck der Ölpumpe
reduziert ist, führt
die Wirkung der Kolbenrückstellfeder 112 (siehe 6)
dazu, dass der Hydraulikkolben 110 auf den Sitz 111 aufgesetzt
wird, um den IVC so zu fixieren, das er etwa gleich dem BDC ist.
Folglich ist beim anschließenden
Starten des Motors 1 der Flügel-Hauptrahmen 22 in
einem Zustand, bei dem der IVC etwa gleich dem BDC ist, an der Riemenscheibe 14 zur
Steuerung der Nockenwelle fixiert. Eine Schwankungsvibration des
Hydraulikflügel-Hauptrahmens 22 kann
somit vermieden werden. Im Schritt 94 versetzen dann, wenn
der Motor 1 (im Schritt 93') angehalten worden ist und der IVC
vom BDC gelöst
ist, die Vorspannfedern 25 den Hydraulikflügel-Hauptrahmen 22 automatisch
in eine Position, in der der IVC etwa gleich dem BDC ist. Im Schritt 95 veranlasst
der Hydraulikkolben 110 den Hydraulikflügel-Hauptrahmen 2 zu
einer Verriegelung des IVC an der Position des BDC. Folglich führt der Steuervorgang
in Entsprechung mit 12 zu einer hohen Zuverlässigkeit.
Die Vorgänge
in den Schritten 93 und 94 führen in den meisten Fällen dazu,
dass sich der IVC während
des Motorstartens an einer Position befindet, an der er etwa gleich
dem BDC ist. Falls jedoch der Mechanismus des Hydraulikflügel-Hauptrahmens 22 versagt,
führt die
Wirkung der Vorspannfedern 25 häufig zu einer Abweichung (Loslösung) vom
BDC. Falls keine Gegenmaßnahme
getroffen wird, verringert sich die Zuverlässigkeit des Motorstartens.
Nun kann eine ausfallsichere Steuerlogik für Startbarkeitsgarantie (Startcharakteristikgarantie),
wie sie in 13 gezeigt ist, hinzugenommen sein.
Falls der Zündschalter
auf EIN gestellt ist (Ja bei 95') und der IVC stark vom BDC abweicht,
was von dem VTC-Sensor 200 erfasst wird (Ja bei 96'), wird im Schritt 97 die
ausfallsichere Steuerung für Startcharakteristikgarantie
ausgeführt.
Bei dieser Steuerung wird durch Erhöhen des der Glühkerze 8 zugeführten Stroms
die Verdampfung von Kraftstoff gefördert. Auch bei niedrigem Verdichtungsverhältnis gibt
es ein Verfahren, das die Verbrennung sicherstellt. Es gibt ein
Verfahren, bei dem in dem Einlasssystem 16 eine elektrische
Heizung angeordnet ist, die die Temperatur der Ansaugluft im Voraus
anhebt. Außerdem
erwärmt
die elektrische Heizung den Kraftstoff selbst und fördert seine
Verdampfung.
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Außerdem gibt
es ein wirksames Verfahren zur Modifizierung des Kraftstoffeinspritzmusters,
wie es in 5 gezeigt ist, um das Motorstarten
in einem mechanisch gesteuerten (common rail) Kraftstoffeinspritzsystem
zu unterstützen.
Das heißt,
dass die Steuereinheit 6 im Schritt 95' von 13 ermittelt,
ob der Zündschlüssel (Zündschalter)
auf EIN gestellt ist. Wenn der Zündschlüssel auf
EIN gestellt ist (Ja bei 95'),
geht die Routine zu den Schritten 96 und 96' weiter. Im
Schritt 96' ermittelt
die Steuereinheit 6, ob die Abweichung des IVC vom BDC
groß ist.
Falls der IVC etwa gleich dem BDC ist, überspringt die Steuereinheit 6 den
Steuervorgang des Schritts 97 und führt im Schritt 98 die
gewöhnliche
Startsteuerung des Motors 1 aus (im Schritt 98 wird
eine Modifikation des Kraftstoffeinspritzmusters vorgenommen). Der
Vorgang von Schritt 97 bringt eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs
mit sich. Jedoch kann der Motor 1 auch dann, wenn der IVC
vom BDC gelöst
ist, also dann, wenn der Steuervorgang mittels der Vorspannfedern 25 nicht
in der Weise, wie sie ursprünglich
gedacht war, ausgeführt
wird, mit Gewissheit gestartet werden. Bei dem variabel betätigten Ventilsystem gibt
es neben dem System zur Veränderung
des Phasenwinkels ein weiteres System, VEL (variable event-and-lift
mechanism), das beispielsweise den Hub des Einlassventils 9 ständig verändert, wie
in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-76618, veröffentlicht
am 11. März
2004, offenbart ist.
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Die
Wirkung der Vorspannfeder in einer vierten Ausführungsform, die in 14 gezeigt
ist, wird nachstehend besprochen. In 14 sind
nämlich zwei
Einlassventile 9 pro Zylinder angeordnet. Die Verstellungen
der zwei Einlassventile 9 sind die gleichen. Die Antriebswelle 202 dreht
sich im Fall des Viertaktmotors mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle 2.
Im Fall des Zweitaktmotors dreht sich die Antriebswelle 202 mit
der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle 2.
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Der
in 6 gezeigte Phasenveränderungsabschnitt kann zwischen
die Antriebswelle 202 und die Riemenscheibe 14 zur
Steuerung der Nockenwelle gesetzt sein. In diesem Fall können die
Ventilöffnungs-
und Ventilschließzeitpunkte
(Phase) und der Hub aller Einlassventile 9 gleichzeitig
und umfassend gesteuert werden. In einer Ausführungsform der Erfindung können die
Elemente einzeln oder in einer Kombination verwendet werden. Die
Drehung der Antriebswelle 202 wird über einen Verbindungsarm 216 und
einen Kipphebel 203 mittels eines exzentrischen Nockens 212 in
Schwenkbewegungen von Ausgangsnocken 204 umgesetzt, wodurch
die Öffnungsvorgänge der
Einlassventile 9 ausgeführt werden.
An dem Kipphebel 203 ist ein weiterer exzentrischer Nocken 211 angeordnet.
Die Drehung einer Steuerwelle 206 bewirkt eine Veränderung
des Hebelpunkts des Kipphebels 203 sowie eine Veränderung
der Hubhöhe
des Ausgangsnockens 204. Ein Wechselstellglied 210 bewirkt
das Umlaufen einer Kugelumlaufspindel 207. Die Bewegung
einer Nuss 214 bewirkt eine Drehung der Steuerwelle 206.
Die Eingabe eines Signals eines Positionssensors 215 in die
Steuereinheit 6 und eine Regelung des Wechselstellglieds 210 kann
das Öffnen
der Einlassventile 9 bei einem Zielhub bewirken.
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In
der in 14 gezeigten und oben beschriebenen
Ausführungsform
ist den obigen Elementen eine Vorspannfeder 201 hinzugefügt. Diese Vorspannfeder 201 bewegt
die Nuss 214 in der in 14 durch
einen Pfeil markierten Richtung, wenn auf das Wechselstellglied
kein Moment einwirkt. Wenn die Nuss 214 in der durch den
Pfeil markierten Richtung bewegt wird, dreht sich die Steuerwelle 206 entgegen
dem Uhrzeigersinn. Diese Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn bewirkt,
dass sich die Steuerwelle 206 dreht, bis ein an ihrer Spitze
angeordneter Stift (208) mit dem an dem Zylinderkopf angeordneten
Anschlag 209 in Kontakt kommt. Wenn der Stift 208 an
dem Anschlag 209 anliegt, ist der Hub jedes einzelnen Einlassventils 9 klein
und der IVC etwa gleich dem BDC, wie durch den Hub A in 15 angedeutet
ist. Falls eine VTC-Phasensteuerung fehlgeschlagen ist (den IVC
vom BDC gelöst
hat), wie durch die Steuerung für
Startcharakteristikgarantie (IVC-Korrektur
durch den VEL) des Schritts 97 in 13 angezeigt
wird, ist der IVC während
des gesamten Hubs (des in 15 gezeigten
Hubs 8) vom BDC gelöst.
Falls der Hub jedes einzelnen Einlassventils 9 durch den
VEL reduziert worden ist, kann jedoch die Wirkung der Vor spannfeder 201 den
IVC in die Nähe
des BDC bringen. Folglich kann auch dann, wenn die Funktion des
VTC, die in 6 gezeigt ist, durch seinen
Ausfall bedingt nicht ausgeführt
wird, so dass sich der IVC vom BDC löst, kann die Vorspannfeder 210 den
IVC zwangsläufig
in die Nähe
des BDC bringen. Bei der ausschließlichen Steuerung durch den
VEL wird der Hub B (in 15 gezeigt) so eingestellt,
dass er gegenüber
dem BDC verzögert
ist, wenn der Hub groß ist.
Die VTC-Phasensteuerung bewirkt eine Steuerung in einen durch eine
unterbrochene Linie angedeuteten normalen Zustand (zu dem in 15 gezeigten
Hub C), in dem der IVC in der Nähe
des BDC liegt. Wenn der VTC nicht vorhanden ist und der Hub übermäßig groß ist, wird
die fehlerhafte Position (die Loslösung (Abweichung) des IVC vom
BDC), wie in 15 gezeigt ist, eingestellt. Gleichzeitig
bewirkt die Tätigkeit
des Wechselstellglieds 210 eine Vergrößerung und eine Verkleinerung (eine
Einstellung) des Hubs entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1.
Falls die Tätigkeit
des Wechselstellglieds 210 unterbrochen ist, bewirkt die Vorspannfeder 201,
dass der IVC in einem De-facto-Zustand etwa gleich dem BDC ist.
Daher erhöht sich
bei einer ausschließlichen
Verwendung des VEL das effektive Verdichtungsverhältnis und
verbessert sich die Startbarkeit (die Startcharakteristik) des Motors 1.
Es sei angemerkt, dass der Begriff "Abweichung", wie er in 13 angeführt ist,
dem Begriff "Loslösung" oder "Trennung" entspricht.
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Diese
Anmeldung basiert auf der früheren
japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-127788, eingereicht am 26.
April 2005, deren Offenbarungen hiermit durch Verweis aufgenommen
sind.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen und Beispiele
der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht darauf
begrenzt. Fachleuten werden im Lichte der obigen Lehren weitere
Abänderungen
und Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele
offenbar.