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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, bei dem
die Ventilcharakteristiken eines Einlassventils unter Verwendung
eines variablen Ventiltriebs variabel gemacht werden.
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Für
einen Kolbenmotor (Verbrennungsmotor), der in einem Kraftfahrzeug
(Fahrzeug) montiert ist, ist eine gute Startfähigkeit erforderlich.
Insbesondere ist eine gute Startfähigkeit für
einen kalten Motor erforderlich, bei dem es schwierig ist, Kraftstoff
zu zerstäuben.
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In
der
JP-A-2003-129812 ist
ein Motor beschrieben, bei dem ein variabler Ventiltrieb mit variablem
Ventilhub auf einem Zylinderkopf montiert ist, um die Ventilcharakteristiken
eines Einlassventils derart variabel zu steuern, dass sie einem
Betriebszustand des Motors angepasst sind, wobei durch den variablen
Ventiltrieb veranlasst wird, dass sich ein Ventilhub basierend auf
einer maximalen Hubmittenposition kontinuierlich von einem maximalen
Ventilhub zu einem minimalen Ventilhub ändert, während sich
die Ventilöffnungsdauer verkürzt.
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Insbesondere ändert
sich der Ventilhub des Einlassventils gemäß der Änderungsfunktion
des variablen Ventiltriebs, wie in 10 durch
Doppelpunkt-Strich-Linien dargestellt ist, basierend auf seiner
maximalen Hubmittenposition kontinuierlich zum kleinen Ventilhub
hin, wobei sich die Ventilöffnungsdauer verkürzt.
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Infolgedessen
wird zum Bestimmen eines Anlassventilhubs ein Verfahren verwendet,
bei dem zu Beginn ein geeigneter Ventilhub für einen schnellen
Leerlaufbetrieb verwendet wird, wenn der Motor sich in einem kalten
Zustand befindet, oder es wird ein großer Ventilhub α bestimmt,
wobei der große Ventilhub α für eine
breite oder lange Ventilöffnungsdauer bestimmt wird, die
sich von einem Punkt in der Nähe eines oberen Totpunktes
(OT) zu einem Bereich erstreckt, der sich über einen unteren
Totpunkt (UT) einer Ansaughubperiode hinaus erstreckt, und basierend
auf diesem großen Ventilhub α wird ein zur Verwendung
während eines Kaltstarts vorgesehener Anlassventilhub β bestimmt.
D. h., das Ventilhubmaß wird basierend auf der maximalen
Hubmittenposition vom Ventilhub α ausgehend derart vermindert,
dass der kleine Anlassventilhub β eingestellt wird. Insbesondere
wird zum Gewährleisten eines effektiven Verdichtungs- oder
Kompressionsverhältnisses der kleine Anlassventilhub β gemäß einer
Hubkurve eingestellt, bei der eine Ventilschließposition
des Einlassventils in der Nähe des unteren Totpunktes der Ansaughubperiode
angeordnet ist. Durch diese Hubkurve (durch die eine Temperaturerhöhung
im Zylinder erhalten wird) kann veranlasst werden, dass Kraftstoff
bei einem Kaltstart des Motors leicht zerstäubt wird.
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Wie
in 10 dargestellt ist, ist jedoch, weil der kleine
Anlassventilhub β durch Vermindern des Ventilhubs für
den schnellen Leerlaufbetrieb basierend auf der maximalen Hubmittenposition
unter Verwendung der Variabilität des variablen Ventiltriebs
erhalten wird, wenn die Ventilschließposition des Einlassventils
in der Nähe des unteren Totpunktes der Ansaughubperiode
angeordnet ist, eine Ventilöffnungsposition des Einlassventils
bezüglich des oberen Totpunktes des Ansaughubs wesentlich
verzögert oder das Ventilhubmaß des Einlassventils
wird etwas zu klein.
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Wenn
die Ventilöffnungsposition des Einlassventils verzögert
ist, entsteht eine Leerperiode m, die sich in 10 vom
Schließzeitpunkt zum Öffnungszeitpunkt des Einlassventils
erstreckt, d. h. eine Periode, in der im Zylinder ein Vakuum oder
Unterdruck entsteht. Daher besteht die Gefahr, dass aufgrund des
derart im Zylinder erzeugten Unterdrucks Öl vom Umfang
des Kolbens in den Zylinder eindringt. Außerdem wird aufgrund
des Ventilhubmaßes des Einlassventils, das etwas zu klein
ist, tendenziell ein unzureichendes Ansaugluftvolumen erzeugt, was
zu vielen Problemen im Motor führt. Darüber hinaus wird,
obwohl es in Betracht kommt, den Ventilhub insgesamt vorzuverlegen,
um die Zeitperiode m in 10 zu
eliminieren und die Ventilöffnungsposition in die Nähe
des oberen Totpunktes zu verlegen, wenn dies der Fall ist, die Ventilschließposition
zu einem Punkt vor dem unteren Totpunkt versetzt, so dass eine Periode
erhalten wird, in der ein Unterdruck im Zylinder entsteht.
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Als
Maßnahme zum Beseitigen des vorstehenden Problems wird
eine Technik vorgeschlagen, gemäß der die Periode,
während der sich ein Unterdruck im Zylinder bildet, unter
Verwendung eines besonderen Verfahrens gefüllt wird, wie
in 11 dargestellt ist, gemäß dem
die Phase des Auslassventils durch einen variablen Ventiltrieb mit
variabler Phase verzögert und die Ventilöffnungsposition
des Einlassventils durch Erhöhen des Hubmaßes
des kleinen Ventilhubs β vorverlegt wird.
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Unter
Verwendung dieser vorgeschlagenen Technik wird die Erzeugung eines
Unterdrucks auf eine sichere Weise unterbunden, und das Ventilhubmaß wird
erhöht. Wie in 11 dargestellt
ist, wird jedoch, weil der Anlassventilhub β derart eingestellt ist,
dass das Ventilhubmaß basierend auf der maximalen Ventilhubmittenposition
erhöht ist, die Ventilschließposition wesentlich
in einen Bereich verzögert, der sich über den
unteren Totpunkt der Ansaughubperiode hinaus erstreckt. Dadurch
entsteht ein grundsätzliches Problem dahingehend, dass
das effektive Verdichtungsverhältnis innerhalb des Zylinders
vermindert wird. Außerdem wird, weil eine Periode, während
der das Auslassventil geöffnet und das Einlassventil geschlossen
ist, in einem Bereich erhalten wird, der sich über den
oberen Totpunkt der Ansaughubperiode hinaus erstreckt, ein Verhalten
hervorgerufen, gemäß dem Verbrennungsgase von
einer anfänglichen Verbrennung erneut im Zylinder aufgenommen
werden, so dass die Verbrennung leicht dazu neigt instabil zu werden,
wodurch die Gefahr von Fehlzündungen besteht. Infolgedessen
entsteht wiederum die Gefahr, dass die Startfähigkeit des
Motors herabgesetzt wird. Darüber hinaus wird durch die
Phasenverzögerung des Auslassventils die Öffnung
des Auslassventils verzögert, was zu einem Problem dahingehend
führt, dass die Wirkung zum Erhöhen der Temperatur
eines Katalysators zum Reinigen von Abgasen des Motors eliminiert
wird.
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Außer
einem variablen Ventiltrieb mit einer Konstruktion, gemäß der
veranlasst wird, dass der Ventilhub des Einlassventils sich basierend
auf der maximalen Hubmitte vom maximalen Ventilhub zum minimalen
Ventilhub kontinuierlich ändert, während die Ventilöffnungsdauer
verkürzt wird, ist auch ein variabler Ventiltrieb mit einer
Konstruktion bekannt, gemäß der veranlasst wird,
dass der Ventilhub eines Einlassventils sich von einem maximalen
Ventilhub zu einem minimalen Ventilhub kontinuierlich ändert, während
der Zündverstellwinkel oder Voreilwinkel vorverlegt und
die Ventilöffnungsdauer verkürzt wird. Mit dem
variablen Ventiltrieb mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion
wird es, obwohl Ventilcharakteristiken erhalten werden können,
die Betriebszuständen des Motors angepasst sind, aufgrund
seiner Variabilität schwierig zu erreichen, dass ein Ventilhub
für einen schnellen Leerlaufbetrieb eines kalten Motors
mit einem Ventilhub zum Starten des kalten Motors kompatibel ist.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Verbrennungsmotor bereitzustellen,
der einen Kaltstart des Verbrennungsmotors mit einem ausreichenden
Ventilhubmaß eines Einlassventils ermöglicht,
ohne dass die Phase eines Auslassventils geändert wird,
während die Erzeugung einer Periode unterdrückt
wird, in der im Zylinder ein Vakuum oder Unterdruck erzeugt wird,
indem ein variabler Ventiltrieb verwendet wird, durch den veranlasst
wird, dass der Ventilhub des Einlassventils sich von einem maximalen
Ventilhub zu einem minimalen Ventilhub ändert, während
eine Ventilöffnungsdauer verkürzt wird.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verbrennungsmotor bereitgestellt,
mit: einer Nockenwelle mit einer Einlassnocke zum Öffnen
und Schließen eines Einlassventils, einem variablen Ventiltriebmechanismus,
der dafür konfiguriert ist, einen Nockenversatz der Einlassnocke
zu empfangen bzw. erfahren, um eine Antriebsbewegung zum Antreiben des
Einlassventils kontinuierlich von einem maximalen Ventilhub zu einem
minimalen Ventilhub zu ändern, während eine Ventilöffnungsdauer
verkürzt wird, um die Antriebsbewegung einem Betriebszustand
des Verbrennungsmotors anzupassen, und ein Steuerteil, das dafür
konfiguriert ist, den variablen Ventiltriebmechanismus zu steuern,
um einen Ventilhub des Einlassventils auf einen Anlassventilhub
einzustellen, wenn der Verbrennungsmotor in einem kalten Zustand
gestartet wird, wobei der Anlassventilhub derart gebildet wird,
dass eine Ventilöffnungsdauer des Einlassventils so eingestellt
wird, dass sie den gesamten Bereich einer Ansaughubperiode des Verbrennungsmotors
von einem oberen Totpunkt zu einem unteren Totpunkt der Ansaughubperiode überspannt
bzw. umfasst.
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Gemäß der
vorstehend beschriebenen Konfiguration wird, wenn der Verbrennungsmotor
im kalten Zustand gestartet wird, indem veranlasst wird, dass sich
die Ventilöffnungsdauer über einen weiten Bereich
erstreckt, der sich von einer Stelle in der Nähe des oberen
Totpunktes zu einer Stelle in der Nähe des unteren Totpunktes
der Ansaughubperiode erstreckt, Ansaugluft unter Ausnutzung der
gesamten Zeitdauer der Ansaughubperiode angesaugt, so dass das effektive
Verdichtungsverhältnis erhöht wird. Außerdem
wird, weil kein unnötiger Unterdruck im Zylinder erzeugt
wird, wodurch der Pump- oder Drosselverlust vermindert wird, nicht
nur die Anlassdrehzahl erhöht, sondern wird auch der Ölverlust über
einen Kolbenring unterdrückt, so dass, wenn der Motor im
kalten Zustand gestartet wird, eine Umgebung erzeugt wird, in der
Kraftstoff optimal zündbar ist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird, um den Ausstoß von Abgasen
zu unterdrücken, die unverbranntes Kraftstoffgemisch enthalten,
wenn der Motor in einem kalten Zustand gestartet wird, eine Ventilöffnungsposition
des Anlassventilhubs derart festgelegt, dass sie an einer Stelle
vor dem oberen Totpunkt der Ansaughubperiode liegt, so das in der
letzten Hälfte einer Auslasshubperiode des Verbrennungsmotors
erzeugte Abgase, die eine große Menge unverbranntes Kraftstoffgemisch
enthalten, zum Einlassport zurückgeblasen werden, um für eine
nachfolgende Verbrennung erneut dem Zylinder zugeführt
zu werden. Außerdem wird der Einlassport durch die Abgase
aufgewärmt, um die Zerstäubung des in den Einlassport
eingespritzten Kraftstoffs zu unterstützen, so dass der
Ausstoß von Abgasen, die unverbranntes Kraftstoffgemisch
enthalten, unterdrückt wird.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung setzt das Steuerteil den Ventilhub
des Einlassventils während der Dauer eines schnellen Leerlaufbetriebs, der
einem Kaltstart des Verbrennungsmotors folgt, auf einen Ventilhub
für einen schnellen Leerlaufbetrieb, dessen Ventilöffnungsdauer
länger ist als diejenige für den Anlassventilhub,
wobei im Ventilhub für einen schnellen Leerlaufbetrieb
eine Ventilöffnungsposition des Einlassventils auf eine
Stelle vor dem oberen Totpunkt der Ansaughubperiode festgelegt wird.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung wird, um die Wirkung zum Unterdrücken
des Ausstoßes von Abgasen zu verbessern, die unverbranntes Kraftstoffgemisch
enthalten, wenn der Motor im kalten Zustand gestartet wird, und
die Kraftstoffzerstäubung zu unterstützen, im
Ventilhub für einen schnellen Leerlaufbetrieb die Ventilöffnungsposition
des Einlassventils bezüglich des oberen Totpunktes der Ansaughubperiode
zu einer Stelle versetzt, die weiter vorne liegt als die Stelle,
an der die Ventilöffnungsposition für den Kaltstart
angeordnet war, und eine Ventilschließposition des Einlassventils
wird auf eine Stelle jenseits eines unteren Totpunktes der Ansaughubperiode
verzögert.
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Gemäß der
vorstehend beschriebenen Konfiguration wird Luft, die bereits in
den Zylinder eingesaugt worden ist und mit dem Kraftstoff im Einlassport
und im Zylinder gemischt werden soll, während des Verdichtungshubs
zum Einlassport zurückgedrückt und dann im nachfolgenden
Ansaughub erneut in das Innere des Zylinders eingeleitet. Das Zerstäuben
oder Mischen von Kraftstoff, das die Form von Tröpfchen
innerhalb des Kraftstoffgemischs hat, wird durch die Tatsache unterstützt,
dass das erneut einzuleitende Kraftstoffgemisch durch das Auslassventil,
die Wandfläche der Verbrennungskammer, den Zylinder und
den Kolben im vorangehenden Hub und außerdem durch die
verstrichene Zeit und die Strömungswirkung bis zu einem
nachfolgenden Hub angewärmt wird. Außerdem wird,
weil die Zerstäubung und das Mischen von Kraftstoff, der
im nachfolgenden Hub in den Einlassport eingespritzt wird, ebenfalls
unterstützt wird, auch im schnellen Leerlaufbetrieb im
kalten Zustand, der dem Kaltstart des Motors folgt, der Ausstoß von
Abgasen unterdrückt, die eine große Menge unverbranntes
Kraftstoffgemisch enthalten. Außerdem tritt, weil das effektive Verdichtungsverhältnis
vermindert und der Mischvorgang von Luft und Kraftstoff verbessert
wird, keine Erhöhung der Verbrennungstemperatur auf, die
ansonsten in Verbindung damit auftreten würde, dass das
Gemisch lokal mager gemacht wird, und der Ausstoß von Stickoxiden
wird ebenfalls unterdrückt.
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Gemäß einem
fünften Aspekt der Erfindung wird eine Zeitdauer, in der
die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils und eine Ventilöffnungsdauer
des Auslassventils sich überlappen, verlängert,
wenn der Anlassventilhub auf einen Ventilhub für einen
schnellen Leerlaufbetrieb geschaltet wird.
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Gemäß dem
ersten Aspekt kann, wenn der Verbrennungsmotor im kalten Zustand
gestartet wird, Ansaugluft mit einem ausreichenden Ventilhubmaß des
Einlassventils angesaugt werden, ohne dass die Phase des Auslassventils
geändert wird, während außerdem die Erzeugung
einer Periode unterdrückt wird, in der innerhalb des Zylinders
ein Unterdruck erzeugt wird.
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Daher
kann unter Verwendung des variablen Ventiltriebs mit der spezifischen Änderungsfunktion zum
kontinuierlichen Ändern des Ventilhubs des Einlassventils
vom maximalen Ventilhub zum minimalen Ventilhub, während
die Ventilöffnungsdauer verkürzt wird, eine hohe
Startfähigkeit erhalten werden.
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Gemäß dem
zweiten Aspekt kann, wenn der Verbrennungsmotor im kalten Zustand
gestartet wird, der Ausstoß von Abgasen unterdrückt
werden, die einen hohen Anteil unverbranntes Kraftstoffgemisch enthalten.
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Gemäß dem
dritten Aspekt kann auch während des dem Kaltstart des
Motors folgenden schnellen Leerlaufbetriebs der Ausstoß von
Abgasen unterdrückt werden, die einen hohen Anteil unverbranntes Kraftstoffgemisch
enthalten.
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Gemäß dem
vierten Aspekt kann der Ausstoß von Abgasen, die einen
hohen Anteil unverbranntes Kraftstoffgemisch enthalten, weiter unterdrückt
werden, und die Wirkung zum Unterdrücken des Ausstoßes
von Stickoxiden kann erhöht werden.
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Gemäß dem
fünften Aspekt kann der Ausstoß von Abgasen, die
einen hohen Anteil unverbranntes Kraftstoffgemisch enthalten, weiter
unterdrückt werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, die lediglich
zur Erläuterung dient und daher die vorliegende Erfindung
nicht einschränken soll, ausführlich beschrieben;
es zeigen:
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1 eine
Ansicht zum Darstellen einer schematischen Konstruktion einer ersten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verbrennungsmotors zusammen mit einem Steuersystem zum Steuern des
Verbrennungsmotors;
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2 ein
Diagramm zum Erläutern von Charakteristiken eines am Motor
montierten variablen Ventiltriebs;
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3 ein
Diagramm zum Erläutern einer Ventilcharakteristik, die
beim Starten des Verbrennungsmotors in einem kalten Zustand eingestellt wird;
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4 eine
Querschnittansicht zum Erläutern eines während
einer Periode A in 3 innerhalb eines Zylinders
auftretenden Zustands;
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5 eine
Querschnittansicht zum Erläutern eines während
einer Periode B in 3 innerhalb des Zylinders auftretenden
Zustands;
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6 eine
Querschnittansicht zum Erläutern eines während
einer Periode C in 3 innerhalb des Zylinders auftretenden
Zustands;
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7 ein
Diagramm zum Erläutern einer Ventilcharakteristik, die
für einen schnellen Leerlaufbetrieb eingestellt wird, wenn
sich der Verbrennungsmotor in einem kalten Zustand befindet, wobei
die Ventilcharakteristik einen entscheidenden Teil einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung bildet;
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8 eine
Querschnittansicht zum Erläutern eines während
einer Periode D in 7 innerhalb des Zylinders auftretenden
Zustands;
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9 eine
Querschnittansicht zum Erläutern eines während
einer Periode E in 7 innerhalb des Zylinders auftretenden
Zustands;
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10 ein
Diagramm zum Erläutern einer Ventilcharakteristik, die
für einen herkömmlichen Kaltstart eines Motors
eingestellt wird; und
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11 ein
Diagramm zum Erläutern einer Ventilcharakteristik, die
für einen anderen herkömmlichen Kaltstart eines
Motors eingestellt wird.
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Die
Erfindung wird nachstehend basierend auf einer in den 1 bis 6 dargestellten
ersten Ausführungsform beschrieben.
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1 zeigt
einen schematischen Teil eines SOHC-Kolbenmotors 1, der
ein Verbrennungsmotor ist, und eines Steuersystems des Motors 1.
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Zunächst
wird der Motor 1 beschrieben. In 1 bezeichnet
Bezugszeichen 2 einen Zylinderblock und Bezugszeichen 3 einen
an einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 2 montierten
Zylinderkopf. Zylinder 4 (von denen nur ein Teil dargestellt
ist) sind im Zylinderblock 2 des Motors 1 ausgebildet.
Ein Kolben 6 ist im Zylinder 4 hin- und hergehend beweglich
angeordnet. Der Kolben 6 ist über eine Verbindungsstange
bzw. Pleuel 7 und einen Kurbelzapfen 8 mit einer
Kurbelwelle 9 verbunden, die an einem unteren Abschnitt
des Zylinderblocks 2 angeordnet ist.
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Eine
Verbrennungskammer 11 ist unterhalb einer Unterseite des
Zylinderkopfes 3 ausgebildet. Ein Einlassport 12 und
ein Auslassport 13 sind an Seiten der Verbrennungskammer 11 ausgebildet.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 15 zum Einspritzen von Kraftstoff
ist auf einem Einlasskrümmer 14 angeordnet, der
mit dem Einlassport 12 unter den beiden Ports verbunden
ist. Außerdem ist ein Einlassventil 17 im Einlassport 14 angeordnet,
und ein Auslassventil 18 ist im Auslassport 13 angeordnet.
Außerdem ist eine Zündkerze 19 in einer
Mitte der Verbrennungskammer 11 angeordnet. Außerdem
ist eine Nockenwelle 22 mit einer Einlassnocke 20 und
einer Auslassnocke 21 über ein Halteelement 23 an
einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfes 3 drehbar angeordnet.
Die Nockenwelle 22 wird durch eine von der Kurbelwelle 9 übertragene
Wellenleistung angetrieben.
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Ein
variabler Ventiltrieb 25 des Typs mit einem kontinuierlich
regelbaren Hub und Voreilwinkel, bei dem der Öffnungs-
und der Schließzeitpunkte und das Ventilhubmaß des
Einlassventils 17 kontinuierlich regelbar sind, ist am
Einlassventil 17 der beiden Ventile montiert. Außerdem
ist ein Kipphebel 26 am Auslassventil 18 montiert,
wobei der Kipphebel 26 einer normalen Ventilcharakteristik
des Auslassventils 18 uneingeschränkt folgt, d.
h. einem Nockenversatz der Auslassnocke 21, und durch seine
Antriebsbewegung das Auslassventil 18 öffnet und
schließt.
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Nachstehend
wird der variable Ventiltrieb 25 beschrieben. Der variable
Ventiltrieb 25 hat beispielsweise eine Konstruktion, die
aus einer Kombination aus einem Mitten-Kipphebel 30, der
direkt über der Einlassnocke 20 angeordnet ist,
einer Schwenknocke 40, die direkt über dem Mitten-Kipphebel 30 angeordnet
ist, und einem Einlass-Kipphebel 50 besteht, der auf der
Seite des Einlassventils 17 angeordnet ist, die der Schwenknocke 40 benachbart
ist.
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D.
h., der Mitten-Kipphebel 30 ist ein Bauteil, das den Versatz
der Einlassnocke 20 empfängt, so dass er sich
vertikal bewegt. Insbesondere ist der Mitten-Kipphebel 30 derart
konfiguriert, dass er beispielsweise einen L-förmigen Armabschnitt 31 und eine
Gleitrolle 32 aufweist, die in der Mitte des Armabschnitts 31 angeordnet
ist. Unter diesen Komponenten des Mitten-Kipphebels 30 steht
die Gleitrolle 32 mit einer Nockenfläche der Einlassnocke 20 in Rollkontakt.
Ein Armendabschnitt 31a des Armabschnitts 31,
der sich horizontal erstreckt, wird auf einer Steuerwelle 34 (einem
Steuerelement) gehalten, die auf einer Seite des Einlassventils 17 des Zylinderkopfes 3 drehbar
gehalten wird. Durch diese Konfiguration kann ein Nockenversatz
der Einlassnocke 20 über die Gleitrolle 32 und
ferner durch einen Schwenkversatz des Armabschnitts 31,
der um ein Ende des als ein Gelenkpunkt dienenden Armendabschnitts 31 stattfindet,
zur oberen Schwenknocke 40 übertragen werden.
Außerdem wird, wenn die Steuerwelle 34 sich dreht
und versetzt wird, der Mitten-Kipphebel 30 in eine Richtung
versetzt, die eine Achse der Nockenwelle 22 schneidet (in
einer Vorwärts- bzw. Voreil- oder Verzögerungsrichtung),
während seine Rollkontaktposition bezüglich der
Einlassnocke 20 geändert wird.
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Die
Schwenknocke 40 steht an einem Endabschnitt davon zur Seite
des Kipphebels 50 hin hervor und wird am anderen Endabschnitt
auf einer Haltewelle 41 drehbar gehalten. Auf einer Endfläche des
einen Endabschnitts ist eine Nockenfläche 42 ausgebildet,
die gegen den Kipphebel 50 drückt. An einem unteren
Abschnitt der Schwenknocke 40 ist eine Gleitrolle 43 angeordnet,
die mit einer schrägen Fläche 35 in Rollkontakt
gebracht wird, die an einem sich nach oben erstreckenden Ende eines
Armendabschnitts 31b des Mitten-Kipphebels 30 ausgebildet
ist. Durch diese Konfiguration schwenkt, wenn der Mitten-Kipphebel 30 angetrieben
wird, die Schwenkwelle 40 auf der als Gelenkpunkt dienenden Haltewelle 41.
Außerdem wird, wenn die Rollkontaktposition des Mitten-Kipphebels 30 sich
bezüglich der Einlassnocke 20 durch den Drehversatz
der Steuerwelle 34 ändert, die Lage der Schwenknocke 40 geändert
(die Schwenkwelle neigt sich).
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Der
Kipphebel 40 weist ein Armelement 51 auf, das
sich dreht, um die Steuerwelle 30 als Kipphebelwelle zu
versetzen. Dieses Armelement 51 weist an einem Endabschnitt
einen Stellschraubenabschnitt 52, der gegen ein Ende des
Einlassventils 17 drückt, und am anderen Endabschnitt
eine Gleitrolle 53 auf, die mit der Nockenfläche 42 der
Schwenknocke 40 in Rollkontakt gebracht wird. Durch diese Konfiguration
drückt, wenn die Schwenknocke 40 geschwenkt wird,
die Nockenfläche 42 gegen die Gleitrolle 53 oder
stellt sie zurück, wodurch der Kipphebel 50 eine
Schwenkbewegung auf der als Gelenkpunkt dienenden Steuerwelle 34 ausführt,
um das Einlassventil 17 zu öffnen oder zu schließen.
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Hierbei
ist hinsichtlich der Nockenoberfläche 42 ein oberer
Abschnitt als Basiskreisabschnitt ausgebildet, der einem Basiskreis
der Einlassnocke 20 entspricht, und ein unterer Abschnitt
als Hubabschnitt ausgebildet, der anschließend an den Basiskreisabschnitt
ausgebildet ist. Durch diese Konfiguration wird, wenn die Gleitrolle 32 des
Mitten-Kipphebels 30 durch einen Drehversatz der Steuerwelle 34 in
eine Vorwärts- bzw. Voreilrichtung oder in eine Verzögerungsrichtung
der Einlassnocke 20 versetzt wird, die Lage der Schwenknocke 40 geändert,
und ein Flächenabschnitt der Nockenoberfläche 42,
auf dem die Gleitrolle 53 rollt, wird geändert,
so dass das Verhältnis zwischen dem Basiskreisab schnitt,
auf dem die Gleitrolle 53 schwenkt, und dem Hubabschnitt
geändert wird. Durch Ändern des Verhältnisses
zwischen dem Basiskreisabschnitt und dem Hubabschnitt wird veranlasst,
dass das Ventilhubmaß des Einlassventils 17 sich
kontinuierlich von einem kleinen Hub, der durch ein Nockenprofil
an einem oberen Abschnitt der Einlassnocke 20 bereitgestellt wird,
zu einem großen Hub ändert, der durch ein Gesamtnockenprofil
der Einlassnocke 20 bereitgestellt wird, das sich von einem
oberen Abschnitt zu einem proximalen Endabschnitt davon erstreckt.
Gleichzeitig wird veranlasst, dass der Öffnungs- und der Schließzeitpunkt
des Einlassventils 17 sich derart ändern, dass
der Ventilschließzeitpunkt sich stärker ändert
als der Ventilöffnungszeitpunkt.
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D.
h., der variable Ventiltrieb 25 erzeugt eine für
den variablen Ventiltrieb 25 spezifische Ventilantriebsbewegung,
durch die veranlasst wird, dass das Einlassventil 17 sich
von seinem maximalen Ventilhub, z. B. V7, uneingeschränkt
und kontinuierlich zu seinem minimalen Ventilhub, z. B. V1, ändert,
während der Voreilwinkel vorverlegt und außerdem
eine Ventilöffnungsdauer verkürzt wird.
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Außerdem
ist ein Antriebsteil zum Antreiben der Steuerwelle 34,
z. B. ein Elektromotor 60, mit einem Steuerteil verbunden,
wie beispielsweise einer ECU 61 (die beispielsweise durch
einen Mikrocomputer gebildet wird). Die ECU 61 ist außerdem
mit einem Kraftstoffeinspritzventil 15, der Zündkerze 19, einem
Kühlmitteltemperatursensor 16 (einem Sensor zum
Erfassen der Temperatur des Motors) und ähnlichen Komponenten
verbunden. Für den Betrieb des Motors 1 erforderliche
Informationen, wie beispielsweise Zündzeitpunkte, Kraftstoffeinspritzmengen, Kraftstoffeinspritzzeitpunkte
und Einlassventilsteuerungsmaße, die den Betriebszuständen
des Motors entsprechen, werden in der ECU 61 im Voraus
gesetzt (in Form von Kennfeldern abgespeichert), so dass veranlasst wird,
dass ein Zündzeitpunkt, eine Kraftstoffeinspritzmenge,
ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, ein Ventilhubmaß und
ein Öffnungs- und ein Schließzeitpunkt des Einlassventils 17 derart
gesteuert werden, dass sie einem von der ECU 61 zugeführten
Fahrtzustand entsprechen (der beispielsweise durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit,
eine Motordrehzahl, einer Drosselklappenöffnung, usw. dargestellt
wird).
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Ein
Anlasser zum drehbaren Antreiben der Kurbelwelle 9, z.
B. ein Elektromotor 67, ist mit der ECU 61 verbunden.
Wenn ein Startanforderungssignal durch einen mit der ECU 61 verbundenen
Anlasserschalter ausgegeben wird, z. B. durch einen Anlasser-Druckschalter 66 (ein
Anlasserteil), der durch Betätigen eingeschaltet wird,
wird der Elektromotor 67 aktiviert, um den Motor 1 zu
starten, wodurch der Motor mit einem Zündzeitpunkt, einer
Kraftstoffeinspritzmenge und einem Einspritzzeitpunkt gestartet wird,
die für den Start des Motors 1 geeignet sind,
sowie mit einem normalen Anlassventilöffnungs- und -schließzeitpunkt
(des Einlassventils).
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Außerdem
wird für die ECU 61 durch Verwendung des variablen
Ventiltriebs 25 eine Vorrichtung zum Erhöhen der
Startfähigkeit des Motors in einem kalten Zustand bereitgestellt.
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Hierbei
stellt, wenn der Motor 1 im kalten Zustand gestartet wird,
wie vorstehend unter Bezug auf den Stand der Technik beschrieben
worden ist, die ECU 61 unter Verwendung des variablen Ventiltriebs 25 einen
für einen Kaltstart geeigneten Ventilhub α des
Einlassventils 17 ein. Dann ändert, wenn der Start
des Motors 1 bestätigt worden ist, die ECU 61 den
Ventilhub auf einen Ventilhub β des Einlassventils 17,
der für einen schnellen Leerlaufbetrieb in einem kalten
Zustand geeignet ist, und fährt damit fort, den Motor 1 aufzuwärmen.
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In
diesem Fall wird, wie im Diagramm in 3 dargestellt
ist, der Ventilhub α für einen schnellen Leerlaufbetrieb
in einem kalten Zustand ähnlich eingestellt wie im Stand
der Technik, d. h. auf einen Ventilhubwert, durch den eine lange
Ventilöffnungsdauer erhalten wird, die sich von einer Stelle
in der Nähe des oberen Totpunktes bis in einem Bereich
erstreckt, der sich über einen unteren Totpunkt einer Ansaughubperiode
hinaus erstreckt.
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Andererseits
wird eine Vorrichtung zum Einstellen des Ventilhubs α für
einen Kaltstart bereitgestellt. D. h., der Ventilhub β für
einen Kaltstart wird unter Verwendung einer für den variablen
Ventiltrieb 25 spezifischen Änderungsfunktion
eingestellt. D. h., unter Verwendung einer in 2 dargestellten
Funktion des variablen Ventiltriebs 25 zum unbedingten
Verkleinern oder Verengen des Voreilwinkels und der Ventilöffnungsdauer,
wenn das Ventilhubmaß vermindert wird, wie in 3 dargestellt
ist, wird der Ventilhub β für einen Kaltstart
auf einen Ventilhubwert eingestellt, der erhalten wird, wenn der
Ventilhubwert vom Ventilhub für einen schnellen Leerlaufbetrieb
in einem kalten Zustand auf einen Wert vermindert wird, der ermöglicht,
dass die Ventilöffnungsdauer des Einlassventils 17 einen
Gesamtbereich überspannt, der sich von einer Stelle in
der Nähe des oberen Totpunktes zu einer Stelle in der Nähe
des unteren Totpunktes der Ansaughubperiode erstreckt. Insbesondere wird
veranlasst, dass der Ventilhub β eine Hubkurve γ des
Auslassventils 18 in einem Bereich leicht überlappt,
der sich über den oberen Totpunkt hinaus erstreckt, indem
die Ventilöffnungsposition des Einlassventils derart festgelegt
wird, dass sie vor dem oberen Totpunkt der Ansaughubperiode liegt,
wobei dies als Maßnahme zum Unterdrücken des Ausstoßes von
Abgasen ausgeführt wird, die unverbranntes Kraftstoffgemisch
enthalten.
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Wenn
der auf die vorstehend beschriebene Weise konfigurierte Ventilhub β für
einen Kaltstart verwendet wird, wird die Startfähigkeit
des Motors im kalten Zustand verbessert.
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Nachstehend
wird ein Prozess zum Starten des Motors 1 im kalten Zustand
beschrieben. Wenn beispielsweise der Anlasser-Druckschalter 66 durch Betätigen
eingeschaltet wird, wird der Motor 1 durch den damit verbundenen
Elektromotor 67 gestartet.
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Wenn
der Motor sich hierbei im Stillstand befindet, wird der variable
Ventiltrieb 25 derart gesteuert, dass der Ventilhub des
Einlassventils 17 durch den Elektromotor 60 auf
den Ventilhub β für einen Kaltstart eingestellt
wird. Weil die Ventilöffnungsdauer des Ventilhubs β für
einen Kaltstart durch die hierfür spezifische Änderungsfunktion
des variablen Ventiltriebs 25 derart eingestellt wird,
dass sie sich über den Gesamtbereich der Ansaughubperiode
hinaus erstreckt, wie in 3 dargestellt ist, wird unter
Ausnutzung des gesamten Bereichs der Ansaughubperiode Ansaugluft
angesaugt, ohne dass eine Periode erzeugt wird, wie beispielsweise
die Periode m in 10, in der ein unnötiger
Unterdruck im Zylinder erzeugt wird, und ohne dass eine Verzögerung
in der Ventilschließzeit auftritt. Darüber hinaus
wird, weil das Ventilhubmaß des Ventilhubs β durch
Einstellen der Ventilöffnungsdauer derart, dass sie sich über den
breiten Bereich erstreckt, ausreichend Ansaugluft angesaugt, so
dass das effektive Verdichtungsverhältnis erhöht
wird.
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D.
h., wenn der Motor 1 im kalten Zustand gestartet wird,
wird eine Umgebung erzeugt, in der Kraftstoff optimal zündfähig
ist, wodurch der Motor 1 schnell gestartet werden kann.
Außerdem wird, wenn durch die ECU 61 die Fortsetzung einer
vollständigen Verbrennung bestätigt wird, der
variable Ventiltrieb 25 derart gesteuert, dass der Ventilhub
auf einen Ventilhub α für einen schnellen Leerlaufbetrieb
in einem kalten Zustand geschaltet wird, wie in 3 dargestellt
ist, und der Motorbetriebsmodus wird vom Betriebsmodus für
einen kalten Zustand auf den Aufwärmbetriebsmodus umgeschaltet.
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Infolgedessen
kann durch die Verwendung des variablen Ventiltriebs 25 mit
kontinuierlich variablem Hub und verstellbarem Voreilwinkel, der
die spezifische Änderungsfunktion aufweist, der Motor 1 im kalten
Zustand gut gestartet werden, so dass eine hohe Startfähigkeit
erhalten werden kann. Außerdem tritt, weil die Ventilcharakteristiken
des Auslassventils 18 nicht geändert werden müssen,
keine Situation auf, gemäß der bei der Öffnung
des Auslassventils 18 keine Verzögerung erzeugt
wird, wie in 3 durch eine Periode A dargestellt
ist, und wie in 4 dargestellt ist, die ein Verhalten
bei der Periode A zeigt, wird eine frühe Öffnung
des Auslassventils 18 nicht unterbrochen, so dass die Wirkung
zum Erhöhen der Katalysatortemperatur nicht eliminiert
wird.
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Insbesondere
werden, indem die Ventilöffnungsposition des Ventilhubs β für
einen Kaltstart derart eingestellt wird, dass sie an einer Stelle
vor dem oberen Totpunkt der Ansaughubperiode in der in 3 dargestellten Überlappungsperiode
liegt, Abgase, die eine große Menge unverbranntes Kraftstoffgemisch
enthalten, das im letzten halben Abschnitt eines Abgashubs erzeugt
wird, in den Einlassport zurückgeblasen, wie in 5 dargestellt
ist. Dann kann in einem nachfolgenden Hub, weil die Abgase für
eine Verbrennung erneut in das Innere des Zylinders eingeleitet
werden, der Ausstoß von Abgasen, die eine große
Menge unverbranntes Kraftstoffgemisch enthalten, unterdrückt
werden, wenn der Motor im kalten Zustand gestartet wird. Außerdem wird,
weil im Inneren des Zylinders kein unnötiger Unterdruck
erzeugt und der Pump- oder Drosselverlust klein, die Anlassdrehzahl
erhöht und darüber hinaus der Ölverlust über
einen Kolbenring unterdrückt wird, das Starten des Motors
erleichtert.
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Außerdem
wird, weil die Ventilschließposition des Anlassventilhubs β eine
bei der Periode C in 3 dargestellte Position annimmt
und das Einlassventil 17, wenn es sich dem unteren Totpunkt
nähert, in einem derartigen Maß schließt,
dass die Ventilöffnungsposition vorverlegt wird, das effektive
Verdichtungsverhältnis im Zylinder erhöht und
Kraftstoff vollständig zerstäubt (aufgrund eines
Temperaturanstiegs im Zylinder), wodurch der Motor leichter gestartet
werden kann.
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Die 7 bis 9 zeigen
eine zweite Ausführungsform der Erfindung.
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Diese
Ausführungsform ist ein modifiziertes Beispiel der ersten
Ausführungsform, die für einen großen
Ventilhub α für einen schnellen Leerlaufbetrieb
im kalten Zustand verwendet wird, der dem Kaltstart folgt, wobei
der Ausstoß von Abgasen unterdrückt wird, die
eine große Menge unverbranntes Kraftstoffgemisch enthalten.
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D.
h., für einen schnellen Leerlaufbetrieb in einem kalten
Zustand wird in einem Ventilhub α eine Hubkurve für
eine Ventilöffnungsdauer mit einer Ventilöffnungsposition
verwendet, die vor einem oberen Totpunkt einer Ansaughubperiode
liegt. Insbesondere wird in einem Ventilhub α eine Einstellung
verwendet, gemäß der die Ventilöffnungsposition
eines Einlassventils 17 bezüglich eines oberen
Totpunktes einer Ansaughubperiode weiter nach vorne verlegt ist als
die für einen Kaltstart verwendete Ventilöffnungsposition
des Einlassventils 17, und eine Ventilschließposition
des Einlass ventils 17 ist auf eine Stelle jenseits eines
unteren Totpunktes der Ansaughubperiode und in einem derartigen
Maß verzögert, das die Ventilöffnungsposition
entsprechend nach vorne verlegt wird.
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Indem
die Ventilöffnungsposition auf die vorstehend beschriebene
Weise eingestellt wird, können auch während eines
schnellen Leerlaufbetriebs im kalten Zustand Abgase, die eine große
Menge unverbranntes Kraftstoffgemisch enthalten, die in einer letzten
Hälfte eines Auslasshubs erzeugt werden, in einen Einlassport 12 zurückgeblasen
werden, um in einem nachfolgenden Verbrennungshub erneut in das
Innere eines Zylinders eingeleitet zu werden. D. h., der Ausstoß von
Abgasen, die eine große Menge unverbranntes Kraftstoffgemisch
enthalten, kann auch im dem Kaltstart folgenden schnellen Leerlaufbetrieb
im kalten Zustand unterdrückt werden.
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Insbesondere
wird, indem die Ventilöffnungsposition des Einlassventils 17 im
Ventilhub α für den schnellen Leerlaufbetrieb
im kalten Zustand bezüglich des oberen Totpunktes der Ansaughubperiode
weiter nach vorne verlegt wird als die für den Kaltstart
verwendete Ventilöffnungsposition des Einlassventils 17,
wie in 7 dargestellt ist, die Wirkung zum Zurückdrücken
von Abgasen, die eine große Menge unverbranntes Kraftstoffgemisch
enthalten, in den Einlassport 12 ziemlich stark, weil eine Überlappungsperiode
des Auslassventils 18 und des Einlassventils 17 größer
ist als die für den Kaltstart verwendete Überlappungsperiode,
und weil darüber hinaus ein Vakuumanstieg in einem Einlasskrümmer und
die Drückwirkung eines Kolbens 6 eine große Wirkung
entfalten. Infolgedessen kann während einer durch das Bezugszeichen
D in 7 dargestellten Überlappungsperiode an
Abschnitten des Einlassventils 17 und an einer Wandfläche
des Einlassports 12 anhaftender Kraftstoff P weggeblasen werden, so
dass er in den Einlassport 12 gesprüht wird, so
dass der derart in den Einlassport 12 gesprühte
Kraftstoff P in einem nachfolgenden Hub verbrannt werden kann, wodurch
der Ausstoß von unverbranntem Kraftstoffgemisch weiter
unterdrückt werden kann.
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Außerdem
wird, indem die Ventilschließposition des Einlassventils 17 zu
einer Stelle verzögert wird, die jenseits des unteren Totpunktes
der Ansaughubperiode liegt, wie in 9 dargestellt
ist, Luft-Kraftstoffgemisch in einem Verdichtungshub stark in den
Einlassport zurückgeblasen. Das Zerstäuben oder
Mischen von Kraftstoff, das die Form von Tröpfchen innerhalb
des Kraftstoffgemischs annimmt, wird durch die Tatsache unterstützt,
dass das Luft-Kraftstoffgemisch, das erneut in den Zylinder eingeleitet
werden soll, durch das Auslassventil 18, die Wandfläche
der Verbrennungskammer 11, den Zylinder 4 und
den Kolben 6 im vorangehenden Hub und außerdem
durch die bis zu einem nachfolgenden Hub verstrichene Zeit und die
Strömungswirkung erwärmt worden ist. Darüber
hinaus wird auch das Zerstäuben und Mischen von Kraftstoff
unterstützt, der im nachfolgenden Hub in den Einlassport
eingespritzt wird.
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Daher
kann in der zweiten Ausführungsform ein stabiler Leerlaufbetrieb
in einem kalten Zustand erzielt werden, während der Ausstoß von
unverbranntem Kraftstoffgemisch unterdrückt wird. Außerdem
tritt, weil das effektive Verdichtungsverhältnis vermindert
und sie Wirkung zum Mischen von Luft und Kraftstoff verbessert ist,
kein Anstieg der Verbrennungstemperatur auf, was ansonsten in Verbindung
damit auftreten würde, dass das Gemisch lokal mager gemacht
wird, und der Ausstoß von Stickoxiden wird ebenfalls unterdrückt.
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In
den 7 bis 9 wurden ähnliche Bezugszeichen
verwendet, um ähnliche Abschnitte zu bezeichnen wie in
der ersten Ausführungsform, so dass diese nicht näher
beschrieben werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt, sondern innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind
verschiedene Modifikationen möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2003-129812
A [0003]