DE102017117252A1

DE102017117252A1 - Steuersystem für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102017117252A1
Application number: DE102017117252.1A
Authority: DE
Inventors: Shigehiro Sugihira; Naoto Kato; Ryutaro Moriguchi; Yushi SHIBAIKE
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2018-02-08
Also published as: CN107687371A

Abstract

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Reduzierung von Geräuschen, die in einem Verbrennungsmotor erzeugt werden können, der einen Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses unter Verwendung eines längenvariablen Pleuels aufweist. Das längenvariable Pleuel ist so gestaltet, dass es seine wirksame Länge durch eine gleitende Verschiebung eines Hydraulikkolbens im Hydraulikzylinder ändert. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, wird das Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder abgeführt, so dass der Hydraulikkolben auf der untersten Position am Boden des Hydraulikzylinders bleibt. Wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie eine spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, wird die Zündung stärker verzögert als wenn die Motordrehzahl niedriger ist als die spezifische Drehzahl.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses.
Technischer Hintergrund
Mechanismen zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses wurden als Mechanismen entwickelt, die verwendet werden, um das mechanische Verdichtungsverhältnis von Verbrennungsmotoren zu ändern. Zum Beispiel offenbaren die unten angegebenen Patentdokumente 1 und 2 Mechanismen zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses, die das mechanische Verdichtungsverhältnis durch Ändern der effektiven Länge eines längenvariablen Pleuels ändern. Wenn die effektive Länge des längenvariablen Pleuels des Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses lang eingestellt ist, ist das mechanische Verdichtungsverhältnis hoch, und wenn die effektive Länge des längenvariablen Pleuels kurz eingestellt ist, ist das mechanische Verdichtungsverhältnis niedrig.
Das Patentdokument 3 lehrt die Vergrößerung des Umfangs, in dem eine Schließungszeit des Ansaugventils vorverlegt wird, mit steigender Motordrehzahl des Verbrennungsmotors, um dadurch die Befüllungsluftmenge, die in den Zylinder eingeführt wird, mit steigender Motordrehzahl des Verbrennungsmotors zu vergrößern.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentdokumente

Patentdokument 1: Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2016-118181
Patentdokument 2: WO2014/019683
Patentdokument 3: Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2009-228674

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
In manchen Mechanismen zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses, die ein längenvariables Pleuel verwenden, besteht das längenvariable Pleuel aus einem Pleuelhauptkörper, einem exzentrischen Element, einem Hydraulikkolbenmechanismus und einem Umschaltsystem, wie im Patentdokument 1 offenbart ist. In solchen Systemen ist das exzentrische Element auf drehfähige Weise am kleinen Ende des Pleuelhauptkörpers befestigt, und der Hydraulikkolbenmechanismus ist im Pleuelhauptkörper vorgesehen. Der Hydraulikkolbenmechanismus weist einen im Pleuelhauptkörper ausgebildeten Hydraulikzylinder und einen im Hydraulikzylinder gleitenden Hydraulikkolben auf. Eine Gleitverschiebung des Hydraulikkolbens im Hydraulikzylinder bewirkt eine Drehung des exzentrischen Elements. Dies bewirkt, dass sich die Position des Kolbenbolzens in Bezug auf den Kurbelzapfen im längenvariablen Pleuel ändert, wodurch sich die effektive Länge des längenvariablen Pleuels ändert. Die Position des Hydraulikkolbens im Hydraulikzylinder wird durch selektives Umschalten des zum Hydraulikkolbenmechanismus gelieferten Hydraulikölstroms durch das Umschaltsystem geändert.
Genauer lässt das Umschaltsystem den Hydraulikölstrom in den Hydraulikzylinder zu und sperrt den Hydraulikölstrom aus dem Hydraulikzylinder ab, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors (das im Folgenden auch einfach als „Verdichtungsverhältnis” bezeichnet wird) auf ein spezifisches hohes Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. Infolgedessen wird der Hydraulikzylinder mit Hydrauliköl gefüllt, so dass sich der Hydraulikkolben nach oben in die obere Position im Hydraulikzylinder bewegt, wodurch das exzentrische Element auf solche Weise gedreht wird, dass sich der Kolbenbolzen in eine Position verlegt, die vom Kurbelzapfen entfernt ist. Somit wird die effektive Länge des längenvariablen Pleuels relativ lang eingestellt. Wenn dagegen das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors auf ein spezifisches niedriges Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, dann sperrt das Umschaltsystem den Hydraulikölstrom in den Hydraulikzylinder ab und lässt den Hydraulikölstrom aus dem Hydraulikzylinder zu. Infolgedessen wird Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder abgeführt, so dass sich der Hydraulikkolben nach unten zum Boden des Hydraulikzylinders bewegt, wodurch das exzentrische Element auf solche Weise gedreht wird, dass sich der Kolbenbolzen in eine Position verlagert, die nahe am Kurbelzapfen liegt. Somit wird die effektive Länge des längenvariablen Pleuels relativ kurz eingestellt.
Die effektive Länge des längenvariablen Pleuels, das aufgebaut ist wie oben beschrieben, wird durch die Wirkung der Trägheitskraft, die durch die Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens im Zylinder bewirkt wird, und die Wirkung des Verbrennungsdrucks, der durch die Verbrennung von Kraftstoff im Zylinder erzeugt wird, geändert. Genauer wird der Hydraulikölstrom in den Hydraulikzylinder zugelassen und der Hydraulikölstrom aus dem Hydraulikzylinder wird abgesperrt, wenn das Verdichtungsverhältnis vom niedrigen Verdichtungsverhältnis in das hohe Verdichtungsverhältnis geändert wird. Dann strömt das Hydrauliköl durch die Wirkung der aufwärts gerichteten Trägheitskraft, die durch die Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens im Zylinder erzeugt wird, in den Hydraulikzylinder, so dass sich der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder aufwärtsbewegt. Infolgedessen wird die effektive Länge des längenvariablen Pleuels verlängert. Andererseits wird der Hydraulikölstrom in den Hydraulikzylinder abgesperrt und der Hydraulikölstrom aus dem Hydraulikzylinder wird zugelassen, wenn das Verdichtungsverhältnis vom hohen Verdichtungsverhältnis in das niedrige Verdichtungsverhältnis geändert wird. Dann strömt das Hydrauliköl durch die Wirkung der abwärts gerichteten Trägheitskraft, die durch die Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens im Zylinder erzeugt wird, und den Verbrennungsdruck, der durch die Verbrennung von Kraftstoff erzeugt wird, aus dem Hydraulikzylinder, so dass sich der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder abwärts bewegt. Infolgedessen wird die effektive Länge des längenvariablen Pleuels verkürzt.
Wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, wurde das Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder abgeführt und der Hydraulikkolben bleibt am Boden des Hydraulikzylinders, wie oben beschrieben. In diesem Zustand wird der Hydraulikölstrom in den Hydraulikzylinder vom Umschaltsystem abgesperrt. Wenn die aufwärts gerichtete Kraft, die durch die Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens im Zylinder erzeugt wird, mit einer Erhöhung der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors größer wird, wird die Last, die auf den Kolben im Zylinder in einer solchen Richtung wirkt, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels vergrößert wird, größer. Auch in dem Zustand, in dem das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, weil der Strom des Hydrauliköls in den Hydraulikzylinder abgesperrt ist, kann es dann Fälle geben, wo der Hydraulikkolben zu irgendeiner Zeit in der Nähe des oberen Totpunks der Verdichtung vom Boden des Hydraulikzylinders abgehoben wurde, weil die Last größer geworden ist, die auf den Kolben im Zylinder in einer solchen Richtung wirkt, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels vergrößert wird, wenn die Motorlast des Verbrennungsmotors steigt. Wenn der Hydraulikkolben vom Boden des Hydraulikzylinders abgehoben wird, wird der Hydraulikkolben, der vom Boden des Hydraulikzylinders abgehoben wurde, durch eine Last nach unten gedrückt, die wegen der Wirkung des Verbrennungsdrucks, der durch die nach dem Totpunkt der Verdichtung stattfindende Verbrennung von Kraftstoff im Zylinder erzeugt wird, auf den Kolben im Zylinder in einer solchen Richtung wirkt, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels verringert wird. Dann kann es passieren, dass der Hydraulikkolben gegen den Boden des Hydraulikzylinders stößt und Geräusche macht.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das genannte Problem zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verringerung von Geräuschen, die in einem Verbrennungsmotor mit einem Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses, der ein längenvariables Pleuel verwendet, erzeugt werden können, wenn das Verdichtungsverhältnis auf ein spezifisches niedriges Verdichtungsverhältnis eingestellt ist.
Lösung des Problems
Ein Steuersystem eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem eines Verbrennungsmotors, der einen Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses aufweist. Der Verbrennungsmotor weist eine Zündkerze auf, die eine Luft-Kraftstoff-Mischung in einem Zylinder entzündet. Der Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses weist ein längenvariables Pleuel mit einer anpassbaren effektiven Länge auf und ist in der Lage, das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors durch Anpassen der effektiven Länge des längenvariablen Pleuels zu ändern. Das längenvariable Pleuel weist auf: einen Pleuelhauptkörper, ein exzentrisches Element, das drehfähig an einem kleinen Ende des Pleuelhauptkörpers angebracht ist, einen Hydraulikkolbenmechanismus, der im Pleuelhauptkörper vorgesehen ist, und ein Umschaltsystem, das einen Hydraulikölstrom zu dem und aus dem Kolbenmechanismus umschaltet. Im kleinen Ende des Pleuelhauptkörpers ist eine Hülsenaufnahmebohrung ausgebildet, die eine zylindrische Bohrung ist. Das exzentrische Element weist eine Hülse auf, die drehfähig in der im Pleuelhauptkörper ausgebildeten Hülsenaufnahmebohrung aufgenommen wird, und trägt einen Kolbenbolzen auf solche Weise, dass ein Kolbenbolzen von der Mittelachse der Hülsenaufnahmebohrung versetzt ist, so dass eine Drehung des exzentrischen Elements bewirkt, dass sich die relative Position des Kolbenbolzens in der Hülsenaufnahmebohrung ändert. Der Hydraulikkolbenmechanismus weist einen im Pleuelhauptkörper ausgebildeten Hydraulikzylinder und einen im Hydraulikzylinder gleitenden Hydraulikkolben auf, der auf solche Weise ausgelegt ist, dass ein Gleiten des Hydraulikkolbens im Hydraulikzylinder eine Drehung des exzentrischen Elements bewirkt. Das längenvariable Pleuel ist auf solche Weise ausgelegt, dass dann, wenn der Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses das mechanische Verdichtungsverhältnis auf ein spezifisches hohes Verdichtungsverhältnis einstellt, das Umschaltsystem den Hydraulikölstrom in den Hydraulikzylinder zulässt und den Hydraulikölstrom aus dem Hydraulikzylinder absperrt, so dass das Hydrauliköl den Hydraulikzylinder füllt, wodurch der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder in eine angehobene Position gebracht wird, wodurch die Position des Kolbenbolzens in der Hülsenaufnahmebohrung des exzentrischen Elements in eine Position gebracht wird, die von einem Kurbelzapfen entfernt ist, um zu bewirken, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels groß ist, und wenn der Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses das mechanische Verdichtungsverhältnis auf ein spezifisches niedriges Verdichtungsverhältnis einstellt, das Umschaltsystem den Hydraulikölstrom in den Hydraulikzylinder absperrt und den Hydraulikölstrom aus dem Hydraulikzylinder zulässt, so dass das Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder abgeführt wird, wodurch der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder zum Boden des Hydraulikzylinders gebracht wird, wodurch die Position des Kolbenbolzens in der Hülsenaufnahmebohrung des exzentrischen Elements in eine Position gebracht wird, die näher am Kurbelzapfen liegt, um zu bewirken, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels relativ kurz ist. Das Steuersystem weist eine Zündzeitensteuereinheit auf, die so gestaltet ist, dass sie dann, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie eine spezifische Drehzahl, die Zündung durch die Zündkerze weiter verzögert als dann, wenn die Motordrehzahl niedriger ist als eine spezifische Drehzahl, um zu bewirken, dass dann, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, die Zündung gegenüber der MBT (der minimalen Verfrühung für ein optimiertes Drehmoment) weiter entfernt wird als dann, wenn die Motordrehzahl niedriger ist als die spezifische Drehzahl, während das mechanische Verdichtungsverhältnis vom Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt worden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, das Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder abgeführt, so dass der Hydraulikkolben an der tiefsten Position am Boden des Hydraulikzylinders im Hydraulikkolbenmechanismus des längenvariablen Pleuels angeordnet wird. In diesem Zustand wird der Strom des Hydrauliköls im Hydraulikzylinder vom Umschaltsystem abgesperrt. Wenn eine aufwärts gerichtete Kraft, die mit der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens im Zylinder erzeugt wird, mit Erhöhungen der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors zunimmt, kann es jedoch sein, dass der Hydraulikkolben vom Boden des Hydraulikzylinders weggehoben wird. Wenn durch die Verbrennung von Kraftstoff ein Verbrennungsdruck erzeugt wird, kann es darüber hinaus sein, dass der angehobene Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder nach unten geschoben wird, so dass er gegen den Boden des Hydraulikzylinders stößt.
Wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis durch den Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt worden ist, verzögert gemäß der vorliegenden Erfindung die Zündzeitensteuereinheit die Zündung durch die Zündkerze weiter als wenn die Motordrehzahl niedriger ist als die spezifische Drehzahl. Wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, wird die Zündzeit auf eine Zeit eingestellt, die weiter weg liegt von der MBT als dann, wenn die Drehzahl niedriger ist als die spezifische Drehzahl Die oben genannte spezifische Drehzahl kann auf einen Schwellenwert der Drehzahl eingestellt werden, oberhalb von dem es passieren kann, dass wegen einer Erhöhung der aufwärts gerichteten Trägheitskraft, die mit der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens im Zylinder erzeugt wird, eine Anhebung des hydraulischen Kolbens im Hydraulikzylinder des Hydraulikkolbenmechanismus stattfinden könnte.
Auch in dem Fall, wo eine Anhebung des Hydraulikkolbens im Hydraulikzylinder stattfindet, wird der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder nach unten geschoben, nachdem der Weg, über den de Hydraulikkolben angehoben wird, kleiner geworden ist, da die Zündung gegenüber der MBT verzögert worden ist. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis durch den Mechanismen zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, kann daher selbst dann, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl und der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder des Hydraulikkolbenmechanismus angehoben wird, die oben beschriebene Anpassung der Zeit der Zündung gemäß der Motordrehzahl die Geschwindigkeit des Hydraulikkolbens verringern, mit der dieser gegen den Boden des Hydraulikzylinders stößt, wenn der angehobene Hydraulikkolben nach unten geschoben wird. Somit können Geräusche, die dadurch erzeugt werden, dass der Hydraulikkolben gegen den Boden des Hydraulikzylinders stößt, verringert werden.
Das Steuersystem eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Befüllungsluftmengensteuereinheit aufweisen, die so gestaltet ist, dass sie bewirkt, dass dann, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, die Luftmenge, die den Zylinder des Verbrennungsmotors füllt, größer ist als dann, wenn die Motordrehzahl niedriger ist als die spezifische Drehzahl, während das mechanische Verdichtungsverhältnis vom Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis gesetzt worden ist.
Auch wenn die aufwärts gerichtete Trägheitskraft, die mit der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens im Zylinder erzeugt wird, größer wird und eine Last, die auf den Kolben in einer solchen Richtung wirkt, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels vergrößert wird, groß wird, wirkt eine Vergrößerung der Luftmenge, die den Zylinder füllt, der Verschiebung des Kolbens in einer solchen Richtung, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels größer wird, entgegen. Daher führt die Vergrößerung der Luftmenge, die den Zylinder füllt, zu einer Verringerung des Wegs, über den der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder des Hydraulikkolbenmechanismus angehoben wird. Somit können Geräusche, die dadurch erzeugt werden, dass der Hydraulikkolben gegen den Boden des Hydraulikzylinders stößt, noch stärker reduziert werden.
Wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis vom Mechanismen zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt worden ist, kann in dem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Zündung durch die Zündzeitensteuereinheit umso mehr verzögert werden, je höher die Motordrehzahl ist. Wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis vom Mechanismen zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt worden ist, kann in dem Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Luftmenge, die den Zylinder des Verbrennungsmotors füllt, durch die Befüllungsluftmengensteuereinheit umso größer eingestellt werden, je höher die Motordrehzahl ist. Diese Merkmale ermöglichen eine weitere Reduzierung von Geräuschen, die dadurch erzeugt werden, dass der Hydraulikkolben gegen den Boden des Hydraulikzylinders stößt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine Verringerung von Geräuschen, die in einem Verbrennungsmotor mit einem Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses, der ein längenvariables Pleuel verwendet, erzeugt werden können, wenn das Verdichtungsverhältnis auf ein spezfisches niedriges Verdichtungsverhältnis eingestellt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Skizze, welche die allgemeine Gestaltung eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Skizze, welche die allgemeine Gestaltung eines längenvariablen Pleuels gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine weitere Skizze, welche die allgemeine Gestaltung eines längenvariablen Pleuels gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine Skizze, die schematisch die Gestaltung eines Umschaltsystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem ersten Zustand zeigt.
5 ist eine Skizze, die schematisch die Gestaltung des Umschaltsystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem zweiten Zustand zeigt.
6 ist ein Graph, der die Änderung der Trägheitskraft, die mit der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens im Zylinder auf den Kolben wirkt, und des Wegs, über den ein erster Hydraulikkolben in einem ersten Zylinder angehoben wird, zeigt, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors im System gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf ein zweites Verdichtungsverhältnis eingestellt ist.
7 ist ein Ablaufschema eines Steuerungsprozesses einer Zündverzögerungssteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Zündverzögerungsbetrag Δdig in der Zündverzögerungssteuerung und der Motordrehzahl Ne in einer ersten Ausführungform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Ablaufschema eines Steuerungsprozesses der Zündverzögerungssteuerung, einer Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge und einer Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Vergrößerungsbetrag Δdth eines Öffnungsgrads einer Drosselklappe in der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge und der Motordrehzahl Ne in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Vergrößerungsbetrag ΔQf einer durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffmenge in der Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl Ne in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine Skizze, welche die allgemeine Gestaltung eines längenvariablen Pleuels gemäß einer Modifikation der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine weitere Skizze, welche die allgemeine Gestaltung des längenvariablen Pleuels gemäß der Modifikation der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Abmessungen, Materialien, Formen, Lagebeziehungen und anderen Merkmale der Komponenten, die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben werden, sollen den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, solange nichts anderes angegeben ist.
Ausführungsform 1
1 ist eine Skizze, welche die allgemeine Gestaltung eines Verbrennungsmotors zeigt, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird. Der in 1 gezeigte Verbrennungsmotor 1 ist ein funkengezündeter Viertakt-Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Zylindern 300. 1 zeigt zur Vereinfachung nur einen von der Mehrzahl von Zylindern 300.
Der Verbrennungsmotor 1 weist ein Kurbelgehäuse 2, einen Zylinderblock 3 und einen Zylinderkopf 4 auf. Eine Kurbelwelle 200 ist so im Kurbelgehäuse 2 aufgenommen, dass sie sich drehen kann. Ein zylindrischer Zylinder 300 ist im Zylinderblock 3 ausgebildet. Ein Kolben 5 ist so im Kurbelgehäuse 300 aufgenommen, dass er darin gleiten kann. Der Kolben 5 und die Kurbelwelle 200 sind durch ein längenvariables Pleuel 6 verbunden. Der Aufbau des längenvariablen Pleuels 6 wird weiter unten beschrieben. Der Zylinderkopf 4 ist mit einem Ansaugkanal 11 und einem Auslasskanal 14 versehen. Darüber hinaus ist der Zylinderkopf 4 versehen mit einem Ansaugventil 9, welches das Öffnungsende des Ansaugkanals 11 der Brennkammer 7 verschließt und öffnet, und einer Ansaugnockenwelle 10, die verwendet wird, um das Ansaugventil 9 zum Öffnen und Schließen anzutreiben. Der Zylinderkopf 4 ist außerdem versehen mit einem Auslassventil 12, welches das Öffnungsende des Auslasskanals 14 der Brennkammer 7 verschließt und öffnet, und einer Auslassnockenwelle 13, die verwendet wird, um das Auslassventil 12 zum Öffnen und Schließen anzutreiben. Der Zylinderkopf 4 ist ferner ausgestattet mit einer Zündkerze 8, die verwendet wird, um eine Luft-Kraftstoff-Mischung in der Brennkammer 7 zu entzünden, und einem Kraftstoffeinspritzventil 103, das Kraftstoff in den Ansaugkanal 11 spritzt. Eine Drosselklappe 102 ist in einer (nicht gezeigten) Ansaugleitung vorgesehen, die mit den Ansaugkanälen 11 der Zylinder des Verbrennungsmotors 1 in Verbindung steht. Die Drosselklappe 102 steuert die Ansaugluftmenge des Verbrennungsmotors 1 durch Ändern des Strömungsquerschnitts de Ansaugleitung.
Das längenvariable Pleuel 6 ist an seinem kleinen Ende durch einen Kolbenbolzen 21 mit einem Kolben 5 verbunden und an seinem großen Ende mit einem Kurbelzapfen 22 der Kurbelwelle 200 verbunden. Das längenvariable Pleuel 6 kann seine effektive Länge, das heißt den Abstand von der Achse des Kolbenbolzens 21 zur Achse des Kurbelzapfens 22 ändern. Wenn die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 relativ groß ist, ist die Länge von der Achse des Kurbelzapfens 22 zur Achse des Kolbenbolzens 21 groß und das Volumen der Brennkammer 7 zu der Zeit, wenn sich der Kolben 5 am oberen Totpunkt befindet, ist somit relativ klein, wie von durchgezogenen Linien in 1 dargestellt wird. Wenn dagegen die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 relativ klein ist, ist die Länge von der Achse des Kurbelzapfens 22 zur Achse des Kolbenbolzens 21 klein, und das Volumen der Brennkammer 7 zu der Zeit, wenn sich der Kolben 5 am oberen Totpunkt befindet, ist somit relativ groß, wie von gestrichelten Linien in 1 dargestellt wird. Auch wenn die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 variiert wie oben beschrieben, variiert der Hub des Kolbens 5 nicht. Somit variiert das mechanische Verdichtungsverhältnis oder das Verhältnis des Innenvolumens des Zylinders (das heißt des Volumens der Brennkammer) zu der Zeit, wenn sich der Kolben 5 am oberen Totpunkt befindet, und des Innenvolumens des Zylinders zu der Zeit, wenn sich der Kolben 5 am unteren Totpunkt befindet.
<Aufbau des längenvariablen Pleuels>
Nun wird der Aufbau des längenvariablen Pleuels 6 in dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. 2 und 3 sind Skizzen, die den allgemeinen Aufbau des längenvariablen Pleuels 6 dieser Ausführungsform darstellen. 2 zeigt das längenvariable Pleuel 6 in dem Zustand, in dem das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf ein spezifisches hohes Verdichtungsverhältnis (oder das erste Verdichtungsverhältnis, das weiter unten beschrieben wird) eingestellt ist. 3 zeigt das längenvariable Pleuel 6 in dem Zustand, in dem das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf ein spezifisches niedriges Verdichtungsverhältnis (oder das zweite Verdichtungsverhältnis, das weiter unten beschrieben wird) eingestellt ist. Das längenvariable Pleuel 6 weist auf: einen Pleuelhauptkörper 31, ein exzentrisches Element 32, das drehfähig mit dem Pleuelhauptkörper 31 verbunden ist, einen ersten Kolbenmechanismus 33, der im Pleuelhauptkörper 31 vorgesehen ist, einen zweiten Kolbenmechanismus 34, der im Pleuelhauptkörper 31 vorgesehen ist, und ein Umschaltsystem 35, das den Hydraulikölstrom zu den Kolbenmechanismen 33, 34 umschaltet.
Der Pleuelhauptkörper 31 weist an einem Ende eine Kurbelaufnahmebohrung 41, die den Kurbelzapfen 22 der Kurbelwelle 200 aufnimmt, und am anderen eine Hülsenaufnahmebohrung 42 auf, die eine Hülse 32a des exzentrischen Elements 32 aufnimmt, was weiter unten beschrieben wird. Da die Kurbelaufnahmebohrung 41 größer ist als die Hülsenaufnahmebohrung 42, wird das Ende des Pleuelhauptkörpers 31, das die Kurbelaufnahmebohrung 41 aufweist, als großes Ende 31a bezeichnet. Das Ende des Pleuelhauptkörpers 31, das die Hülsenaufnahmebohrung 42 aufweist, wird als das kleine Ende 31b bezeichnet.
In dieser Beschreibung wird eine virtuelle Gerade X, die durch die Mittelachse der Kurbelaufnahmebohrung 41 (das heißt die Mittelachse des Kurbelzapfens 22, der in der Kurbelaufnahmebohrung 41 aufgenommen ist) und die Mittelachse der Hülsenaufnahmebohrung 42 (das heißt die Mittelachse der Hülse 32a, die in der Hülsenaufnahmebohrung 42 aufgenommen ist) verläuft, als Achse des längenvariablen Pleuels 6 bezeichnet. Die Abmessung des längenvariablen Pleuels 6 in der Richtung, die senkrecht ist zur Achse X des längenvariablen Pleuels 6 und zur Mittelachse der Kurbelaufnahmebohrung 41, wird als die Breite ds längenvariablen Pleuels 6 bezeichnet. Die Abmessung des längenvariablen Pleuels 6 in der Richtung, die parallel ist zur Mittelachse der Kurbelaufnahmebohrung 41, wird als die Dicke des längenvariablen Pleuels 6 bezeichnet.
Das exzentrische Element 32 weist eine zylindrische Hülse 32a auf, die in der Hülsenaufnahmebohrung 42 des Pleuelhauptkörpers 31 aufgenommen wird, einen ersten Arm 32b, der in Bezug auf die Breitenrichtung des Pleuelhauptkörpers 31 in einer ersten Richtung von der Hülse 32a ausgeht, und einen zweiten Arm 32c, der in Bezug auf die Breitenrichtung des Pleuelhauptkörpers 31 in einer zweiten Richtung von der Hülse 32a ausgeht. Die Hülse 32a kann sich in der Hülsenaufnahmebohrung 42 drehen, und das exzentrische Element 32 ist auf solche Weise am kleinen Ende 31b des Pleuelhauptkörpers 31 angebracht, dass es sich in Bezug auf den Pleuelhauptkörper 31 in der Umfangsrichtung des kleinen Endes 31b drehen kann.
Die Hülse 32a des exzentrischen Elements 32 weist eine Kolbenbolzenaufnahmebohrung 32d auf, die den Kolbenbolzen 21 aufnimmt. Diese Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d weist eine zylindrische Form auf. Die zylindrische Kolbenbolzenaufnahmebohrung 32d ist von der Mittelachse der Hülse 32a versetzt.
Da die Mittelachse der Kolbenbolzenaufnahmebohrung 32d von der Mittelachse der Hülse 32a versetzt ist, bewirkt eine Drehung des exzentrischen Elements 32, dass sich die Position der Kolbenbolzenaufnahmebohrung 32d in der Hülsenaufnahmebohrung 42 ändert. Wenn die Kolbenbolzenaufnahmebohrung 32d in der Nähe des großen Endes 31a auf der Seite der Hülsenaufnahmebohrung 42 liegt, ist die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 relativ klein. Wenn die Kolbenbolzenaufnahmebohrung 32d entfernt vom großen Ende 31a auf der Seite der Hülsenaufnahmebohrung 42 liegt, ist die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 relativ groß. Somit kann dieser Aufbau dieser Ausführungsform die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 durch Drehen des exzentrischen Elements 32 ändern.
Der erste Kolbenmechanismus 33 weist einen im Pleuelhauptkörper 31 ausgebildeten ersten Zylinder 33a und einen ersten Kolben 33b auf, der in der Lage ist, im ersten Zylinder 33a zu gleiten. Der erste Zylinder 33a liegt zum größten Teil oder ganz auf derselben Seite der Achse X des längenvariablen Pleuels 6 wie der erste Arm 32b. Der erste Zylinder 33a ist in einem bestimmten Winkel schräg zur Achse X ausgerichtet, so dass der erste Zylinder 33a in der Breitenrichtung des Pleuelhauptkörpers 31 vorragt, wobei er sich zum kleinen Ende 31b des Pleuelhauptkörpers 31 hin erstreckt. Der erste Zylinder 33a steht über einen Ölleitungsweg 51 (der im Folgenden als „erster PC-Ölleitungsweg 51” bezeichnet wird) mit dem Umschaltsystem 35 in Verbindung.
Der erste Kolben 33b ist durch ein erstes Verbindungsglied 45 mit dem ersten Arm 32b des exzentrischen Elements 32 verbunden. Der erste Kolben 33b ist durch einen Zapfen drehfähig mit dem ersten Verbindungsglied 45 verbunden. Der erste Arm 32b ist an dem Ende, das dem Ende, an dem er mit der Hülse 32a verbunden ist, entgegengesetzt ist, durch einen Zapfen drehfähig mit dem ersten Verbindungsglied 45 verbunden.
Der zweite Kolbenmechanismus 34 weist einen im Pleuelhauptkörper 31 ausgebildeten zweiten Zylinder 34a und einen ersten zweiten Kolben 34b auf, der in der Lage ist, im zweiten Zylinder 34a zu gleiten. Der zweite Zylinder 34a liegt zum größten Teil oder ganz auf derselben Seite der Achse X des längenvariablen Pleuels 6 wie der zweite Arm 32c. Der zweite Zylinder 34a ist in einem bestimmten Winkel schräg zur Achse X ausgerichtet, so dass der zweite Zylinder 34a in der Breitenrichtung des Pleuelhauptkörpers 31 vorragt, wobei er sich zum kleinen Ende 31b des Pleuelhauptkörpers 31 hin erstreckt. Der zweite Zylinder 34a steht über einen kolbenverbindenden Ölleitungsweg 52 (der im Folgenden als „zweiter PC-Ölleitungsweg 52” bezeichnet wird) mit dem Umschaltsystem 35 in Verbindung.
Der zweite Kolben 34b ist durch ein zweites Verbindungsglied 46 mit dem zweiten Arm 32c des exzentrischen Elements 32 verbunden. Der zweite Kolben 34b ist durch einen Zapfen drehfähig mit dem zweiten Verbindungsglied 46 verbunden. Der zweite Arm 32c ist an dem Ende, das dem Ende, an dem er mit der Hülse 32a verbunden ist, entgegengesetzt ist, durch einen Zapfen drehfähig mit dem zweiten Verbindungsglied 46 verbunden.
Das Umschaltsystem 35 ist ein System, das den Hydraulikölstrom zwischen dem ersten Zylinder 33a und dem zweiten Zylinder 34a umschaltet. Im Folgenden wird der Zustand, in dem der Hydraulikölstrom aus dem ersten Zylinder 33a zum zweiten Zylinder 34a vom Umschaltsystem abgesperrt wird und der Hydraulikölstrom aus dem zweiten Zylinder 34a zum ersten Zylinder 33a vom Umschaltsystem zugelassen wird, als erster Zustand bezeichnet. Der Zustand, in dem der Hydraulikölstrom aus dem ersten Zylinder 33a zum zweiten Zylinder 34a vom Umschaltsystem 35 zugelassen wird und der Hydraulikölstrom aus dem zweiten Zylinder 34a zum ersten Zylinder 33a vom Umschaltsystem 35 abgesperrt wird, wird als zweiter Zustand bezeichnet.
Wenn das Umschaltsystem 35 im oben genannten ersten Zustand ist, strömt das Hydrauliköl in den ersten Zylinder 33a und strömt aus dem zweiten Zylinder 34a. Infolgedessen bewegt sich der erste Kolben 33b nach oben, und der erste Arm 32b des exzentrischen Elements 32, der mit dem ersten Kolben 33b verbunden ist, bewegt sich dementsprechend ebenfalls nach oben, wie in 2 gezeigt ist. Dagegen bewegt sich der zweite Kolben 34b nach unten, und der zweite Arm 32c, der mit dem zweiten Kolben 34b verbunden ist, bewegt sich dementsprechend ebenfalls nach unten. Infolgedessen dreht sich das exzentrische Element 32 in 2 im Uhrzeigersinn (d. h. in der Richtung, die von dem Pfeil in 2 angezeigt wird), so dass die Kolbenbolzenaufnahmebohrung 32d vom großen Ende 31a weg (das heißt nach oben in 2) verlagert wird. Somit entfernt sich die Kolbenbolzenaufnahmebohrung 32d (oder der Kolbenbolzen 21) vom Kurbelzapfen 22. Anders ausgedrückt wird die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 größer. Wenn der zweite Kolben 34b am Boden des zweiten Zylinders 34a anliegt, wird die Drehung des exzentrischen Elements 32 behindert, und die Drehstellung des exzentrischen Elements 32 wird bei dieser Position gehalten. Diese Position wird im Folgenden als „Position, wo das Verdichtungsverhältnis groß ist” bezeichnet.
Wenn das Umschaltsystem 35 im ersten Zustand ist, bewegen sich der erste Kolben 33b und der zweite Kolben 34b im Wesentlichen ohne eine Zufuhr von Hydrauliköl von außen in die oben genannten Positionen (d. h. die Positionen, die eingenommen werden, wenn der zweite Kolben 34b am Boden des zweiten Zylinders 34a anliegt). Der Grund dafür ist, dass dann, wenn eine aufwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolben 5 im Zylinder 300 des Verbrennungsmotors 1 wirkt, der zweite Kolben 34b eingeschoben wird, wodurch das Hydrauliköl im zweiten Zylinder 34a auf den ersten Zylinder 33a überführt wird. Wenn mit der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 des Verbrennungsmotors 1 eine abwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolben 5 wirkt oder wenn wegen des Verbrennungsdrucks, der durch die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer 7 erzeugt wird, eine abwärts gerichtete Kraft auf den Kolben 5 wirkt, wirkt eine Kraft in der Einschubrichtung auf den ersten Kolben 33b. Da der Hydraulikölstrom aus dem ersten Zylinder 33a zum zweiten Zylinder 34a abgesperrt ist, wenn das Umschaltsystem 35 im ersten Zustand ist, strömt jedoch das Hydrauliköl im ersten Zylinder 33a nicht aus. Somit wird der erste Kolben 33b nicht eingeschoben.
Wenn das Umschaltsystem 35 im zweiten Zustand ist, strömt das Hydrauliköl in den zweiten Zylinder 34a und aus dem ersten Zylinder 33a. Infolgedessen bewegt sich der zweite Kolben 34b nach oben, und der zweite Arm 32c des exzentrischen Elements 32, der mit dem zweiten Kolben 34b verbunden ist, bewegt sich dementsprechend ebenfalls nach oben, wie in 3 gezeigt ist. Dagegen bewegt sich der erste Kolben 33b nach unten, und der erste Arm 32b, der mit dem ersten Kolben 33b verbunden ist, bewegt sich ebenfalls nach unten. Infolgedessen dreht sich das exzentrische Element 32 in 3 entgegen dem Uhrzeigersinn (d. h. in der Richtung, die von dem Pfeil in 3 angezeigt wird), so dass die Kolbenbolzenaufnahmebohrung 32d zum großen Ende 31a hin (das heißt nach unten in 3) verlagert wird. Somit nähert sich die Kolbenbolzenaufnahmebohrung 32d (oder der Kolbenbolzen 21) dem Kurbelzapfen 22 an. Anders ausgedrückt wird die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 kleiner. Wenn der erste Kolben 33b am Boden des ersten Zylinders 33a anliegt, wird die Drehung des exzentrischen Elements 32 behindert, und die Drehstellung des exzentrischen Elements 32 wird bei dieser Position gehalten. Diese Position wird im Folgenden als „Position, wo das Verdichtungsverhältnis klein ist” bezeichnet. Somit ist das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 dann, wenn das Umschaltsystem 35 im zweiten Zustand ist, kleiner als dann, wenn es im ersten Zustand ist. Im Folgenden wird das Verdichtungsverhältnis in dem Zustand, in dem das Umschaltsystem 35 im ersten Zustand ist (das heißt, wenn das exzentrische Element 32 die Position einnimmt, wo das Verdichtungsverhältnis groß ist) als erstes Verdichtungsverhältnis bezeichnet, und das Verdichtungsverhältnis in den Zustand, in dem das Umschaltsystem 35 im zweiten Zustand ist (das heißt, wenn das exzentrische Element 32 die Position einnimmt, wo das Verdichtungsverhältnis klein ist) wird als „zweites Verdichtungsverhältis” bezeichnet. Es dürfte klargeworden sein, dass das erste Verdichtungsverhältnis größer ist als das zweite Verdichtungsverhältnis. In dieser Ausführungsform entspricht das erste Verdichtungsverhältnis dem spezifischen hohen Verdichtungsverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung, und das zweite Verdichtungsverhältnis entspricht dem spezifischen niedrigen Verdichtungsverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wenn das Umschaltsystem 35 im zweiten Zustand ist, bewegen sich der erste Kolben 33b und der zweite Kolben 34b im Wesentlichen ohne eine Zufuhr von Hydrauliköl von außen in die oben genannten Positionen (d. h. die Positionen, die eingenommen werden, wenn der erste Kolben 33b am Boden des ersten Zylinders 33a anliegt). Der Grund dafür ist, dass dann, wenn mit der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 des Verbrennungsmotors 1 eine abwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolben 5 wirkt oder wenn wegen des Verbrennungsdrucks, der durch die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer 7 erzeugt wird, eine abwärts gerichtete Kraft auf den Kolben 5 wirkt, der erste Kolben 33b eingeschoben wird, wodurch das Hydrauliköl im ersten Zylinder 33a auf den zweiten Zylinder 34a überführt wird. Wenn wegen der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 des Verbrennungsmotors 1 eine aufwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolben 5 wirkt, wirkt eine Kraft in der Einschubrichtung auf den zweiten Kolben 34b. Da der Strom des Hydrauliköls aus dem zweiten Zylinder 34a zum ersten Zylinder 33a vom Umschaltsystem 35 abgesperrt wird, strömt das Hydrauliköl im ersten Zylinder 34a jedoch nicht aus. Somit wird der zweite Kolben 34b nicht eingeschoben.
(Aufbau des Umschaltsystems)
Nun wird der Aufbau des Umschaltsystems 35 unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben. 4 zeigt das Umschaltsystem 35 im ersten Zustand, und 5 zeigt das Umschaltsystem 35 im zweiten Zustand. Die Pfeile in 4 und 5 zeigen die Hydraulikölströme in den jeweiligen Zuständen an. Das Umschaltsystem 35 weist zwei Schaltstifte 61, 62 und ein Sperrventil 63 auf. Die beiden Schaltstifte 61 und 62 sind verschiebbar in zylindrischen Stiftaufnahmeräumen 64 bzw. 65 aufgenommen.
Von den genannten zwei Schaltstiften 61, 62 weist ein erster Schaltstift 61 zwei Umfangsrillen 61a, 61b auf, die entlang seines Umfangs verlaufen. Die Umfangsrillen 61a, 61b stehen über einen Verbindungsweg 61c, der im ersten Schaltstift 61 ausgebildet ist, miteinander in Verbindung. Im ersten Stiftaufnahmeraum 64, in dem der erste Schaltstift 61 aufgenommen wird, ist auch eine erste Vorspannfeder 67 vorgesehen, die den ersten Schaltstift 61 in der Richtung von einem Ende des ersten Stiftaufnahmeraums 64 zum anderen Ende (d. h. vom unteren Ende zum oberen Ende in 4) vorspannt.
Von den genannten zwei Schaltstiften 61, 62 weist der zweite Schaltstift 62 ebenfalls zwei Umfangsrillen, 62a, 62b, auf, die entlang seines Umfangs verlaufen. Die Umfangsrillen 62a, 62b stehen über einen Verbindungsweg 62c, der im zweiten Schaltstift 62 ausgebildet ist, miteinander in Verbindung. Im zweiten Stiftaufnahmeraum 65, in dem der zweite Schaltstift 62 aufgenommen wird, ist auch eine zweite Vorspannfeder 68 vorgesehen, die den zweiten Schaltstift 62 in der Richtung von einem Ende des zweiten Stiftaufnahmeraums 65 zum anderen Ende (d. h. vom oberen Ende zum unteren Ende in 4) vorspannt.
Das Sperrventil 63 ist in einem Sperrventilaufnahmeraum 66, der eine zylindrische Form aufweist, aufgenommen. Das Sperrventil 63 ist dafür ausgelegt, den Fluidstrom von der primären Seite oder von stromaufwärts (d. h. von der oberen Seite in 4) zur sekundären Seite oder nach stromabwärts (d. h. zur unteren Seite in 4) zuzulassen und den Fluidstrom von der sekundären Seite zur primären Seite zu unterbrechen.
Der erste Stiftaufnahmeraum 64, in dem der erste Stift 61 aufgenommen wird, steht über den ersten PC-Ölleitungsweg 51 mit dem ersten Zylinder 33a in Verbindung. Der erste Stiftaufnahmeraum 64 steht über zwei Ölleitungswege 53, 54 mit dem Sperrventilaufnahmeraum 66 in Verbindung. Einer von den beiden Ölleitungswegen oder der Ölleitungsweg 53 (der im Folgenden als der „erste SC-Ölleitungsweg 53” bezeichnet wird) sorgt für eine Verbindung zwischen dem ersten Stiftaufnahmeraum 64 und der sekundären Seite des Sperrventilaufnahmeraums 66. Der andere von den beiden Ölleitungswegen oder der Ölleitungsweg 54 (der im Folgenden als der „zweite SC-Ölleitungsweg 54” bezeichnet wird) sorgt für eine Verbindung zwischen dem ersten Stiftaufnahmeraum 64 und der primären Seite des Sperrventilaufnahmeraums 66.
Der zweite Stiftaufnahmeraum 65, in dem der zweite Stift 62 aufgenommen wird, steht über den zweiten PC-Ölleitungsweg 52 mit dem zweiten Zylinder 34a in Verbindung. Der zweite Stiftaufnahmeraum 65 steht über zwei Ölleitungswege 55, 56 mit dem Sperrventilaufnahmeraum 66 in Verbindung. Einer von den beiden Ölleitungswegen oder der Ölleitungsweg 55 (der im Folgenden als der „dritte SC-Ölleitungsweg 55” bezeichnet wird) sorgt für eine Verbindung zwischen dem zweiten Stiftaufnahmeraum 65 und der sekundären Seite des Sperrventilaufnahmeraums 66. Der andere von den beiden Ölleitungswegen oder der Ölleitungsweg 56 (der im Folgenden als der „vierte SC-Ölleitungsweg 56” bezeichnet wird) sorgt für eine Verbindung zwischen dem zweiten Stiftaufnahmeraum 65 und der primären Seite des Sperrventilaufnahmeraums 66.
Der erste Stiftaufnahmeraum 64 steht mit einem ersten Steuerungsölleitungsweg 57 in Verbindung, der im Pleuelhauptkörper 31 ausgebildet ist. Genauer steht der erste Steuerungsölleitungsweg 57, wie in 4 gezeigt ist, an seinem Ende (dem oberen Ende in 4), das dem Ende (dem unteren Ende in 4), an dem die erste Vorspannfeder 67 vorgesehen ist, entgegengesetzt ist, mit dem ersten Stiftaufnahmeraum 64 in Verbindung. Der zweite Stiftaufnahmeraum 65 steht mit einem zweiten Steuerungsölleitungsweg 58 in Verbindung, der im Pleuelhauptkörper 31 ausgebildet ist. Genauer steht der zweite Steuerungsölleitungsweg 58, wie in 4 gezeigt ist, an seinem Ende (dem unteren Ende in 4), das dem Ende (dem oberen Ende in 4), an dem die zweite Vorspannfeder 68 vorgesehen ist, entgegengesetzt ist, mit dem zweiten Stiftaufnahmeraum 65 in Verbindung. Der erste Steuerungsölleitungsweg 57 und der zweite Steuerungsölleitungsweg 58 sind auf solche Weise im Pleuelhauptkörper 31 ausgebildet, dass sie mit der Kurbelaufnahmebohrung 41 in Verbindung stehen. Der erste Steuerungsölleitungsweg 57 und der zweite Steuerungsölleitungsweg 58 stehen außerdem über einen (nicht gezeigten) Ölleitungsweg, der im Kurbelzapfen 22 ausgebildet ist, mit einem externen Schaltventil 75 in Verbindung. Das Schaltventil 75 ist ein Ventilsystem, das ein Umschalten zwischen einer Verbindung und einer Trennung zwischen den beiden Ölkanälen 57, 58 und einer Ölpumpe ermöglicht, die in den Zeichnungen nicht gezeigt ist.
Die primäre Seite des Sperrventilaufnahmeraums 66 steht über einen zusätzlichen Ölleitungsweg 59 mit einer Hydraulikölquelle 76, beispielsweise einer Ölpumpe, in Verbindung. Der zusätzliche Ölleitungsweg 59 ist ein Ölleitungsweg, durch den Öl zugegeben wird, um ein Lecken von Öl, das aus irgendwelchen Abschnitten des Umschaltsystems 35 nach außen austritt, auszugleichen.
(Betrieb des Umschaltsystems)
In dem oben beschriebenen Umschaltsystem 35 werden die Vorspannfedern 67, 68 durch den auf die Schaltstifte 61, 62 wirkenden Hydraulikdruck komprimiert, wenn das Schaltventil 75 die Verbindung zwischen den Steuerungsölleitungswegen 57, 58 und der Ölpumpe zulässt, so dass die Schaltstifte 61, 62 Positionen einnehmen und behalten, die eine Verbindung zwischen dem ersten PC-Ölleitungsweg 51 und dem ersten SC-Ölleitungsweg 53 über den Verbindungsweg 61c des ersten Schaltstifts 61 und eine Verbindung zwischen dem zweiten PC-Ölleitungsweg 52 und dem vierten SC-Ölleitungsweg 56 über den Verbindungsweg 62c des zweiten Schaltstifts 62 zulassen, wie in 4 gezeigt ist. Somit steht der erste Zylinder 33a mit der sekundären Seite des Sperrventils 63 in Verbindung, und der zweite Hydraulikzylinder 34a steht mit der primären Seite des Sperrventils 63 in Verbindung. Infolgedessen kann das Hydrauliköl im zweiten Zylinder 34a über den zweiten PC-Ölleitungsweg 52, den vierten SC-Ölleitungsweg 56, den ersten SC-Ölleitungsweg 53 und den ersten PC-Ölleitungsweg 51 auf den ersten Zylinder 33a übertragen werden, wie von den Pfeilen in 4 dargestellt ist. Dagegen kann das Hydrauliköl im ersten Zylinder 33a nicht auf den zweiten Zylinder 34a übertragen werden. Wenn das Schaltventil 75 die Steuerungsölleitungswege 57, 58 und die Ölpumpe in gegenseitiger Verbindung hält, wird somit der Zustand hergestellt, wo der Strom des Hydrauliköls aus dem ersten Zylinder 33a zum zweiten Zylinder 34a abgesperrt ist und der Strom des Hydrauliköls aus dem zweiten Zylinder 34a zum ersten Zylinder 33a zugelassen ist. Dies ist der erste Zustand.
Wenn das Schaltventil 75 die Verbindung zwischen den Steuerungsölleitungswegen 57, 58 und der Ölpumpe unterbricht, wirkt nur die Vorspannkraft der Vorspannfedern 67, 68 auf die Schaltstifte 61, 62, so dass die Schaltstifte 61, 62 Positionen einnehmen und behalten, die eine Verbindung zwischen dem ersten PC-Ölleitungsweg 51 und dem zweiten SC-Ölleitungsweg 54 über den Verbindungsweg 61c des ersten Schaltstifts 61 und eine Verbindung zwischen dem zweiten PC-Ölleitungsweg 52 und dem dritten SC-Ölleitungsweg 55 über den Verbindungsweg 62c des zweiten Schaltstifts 62 zulassen, wie in 5 gezeigt ist. Somit wird der erste Zylinder 33a mit der primären Seite des Sperrventils 63 verbunden, und der zweite Zylinder 34a wird mit der sekundären Seite des Sperrventils 63 verbunden. Infolgedessen kann das Hydrauliköl im ersten Zylinder 33a über den ersten PC-Ölleitungsweg 51, den zweiten SC-Ölleitungsweg 54, den dritten SC-Ölleitungsweg 55 und den zweiten PC-Ölleitungsweg 52 auf den zweiten Zylinder 34a übertragen werden, wie von den Pfeilen in 5 dargestellt ist. Dagegen kann das Hydrauliköl im zweiten Zylinder 34a nicht auf den ersten Zylinder 33a übertragen werden. Wenn das Schaltventil 75 die Verbindung zwischen den Steuerungsölleitungswegen 57, 58 und der Ölpumpe unterbricht, wird somit der Zustand hergestellt, wo der Strom des Hydrauliköls aus dem ersten Zylinder 33a zum zweiten Zylinder 34a zugelassen ist und der Strom des Hydrauliköls aus dem zweiten Zylinder 34a zum ersten Zylinder 33a abgesperrt ist. Dies ist der zweite Zustand.
Wie oben beschrieben, ermöglicht ein Umschalten zwischen einer Zufuhr von Hydraulikdruck zum ersten Stiftaufnahmeraum 64 und zum zweiten Stiftaufnahmeraum 65 und ihrer Unterbrechung durch das Schaltventil 75 ein Umschalten zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand des Umschaltsystems. Somit kann das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 selektiv entweder auf das erste Verdichtungsverhältnis oder das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt werden. Es kann eine Mehrzahl von Schaltventilen 75 für die Umschaltsysteme der jeweiligen Zylinder 300 vorgesehen werden, oder es kann auch nur ein Schaltventil 75 für die Umschaltsysteme 35 aller Zylinder 300 vorgesehen werden.
In dieser Ausführungsform dienen das längenvariable Pleuel 6 in den einzelnen Zylindern 300 und das Schaltventil 75 als Mechanismen zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Pleuelhauptkörper 31 entspricht dem Pleuelhauptkörper gemäß der vorliegenden Erfindung. Das exzentrische Element 32 entspricht dem exzentrischen Element gemäß der vorliegenden Erfindung. Der erste Kolbenmechanismus 33 entspricht dem Hydraulikkolbenmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Umschaltsystem 35 entspricht dem Umschaltsystem gemäß der vorliegenden Erfindung. De erste Zylinder 33a entspricht dem Hydraulikzylinder gemäß der vorliegenden Erfindung. Der erste Kolben 33b entspricht dem Hydraulikkolben gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nun wird, wiederum unter Bezugnahme auf 1, die allgemeine Gestaltung des Verbrennungsmotors dieser Ausführungsform näher beschrieben. Eine ECU 100 ist für den Verbrennungsmotor 1 mit der oben beschriebenen Gestaltung vorgesehen. Die ECU 100 ist eine elektronische Steuereinheit zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1, die aus einer CPU, einem ROM, einem RAM und einem Backup-RAM usw. besteht. Die ECU 100 ist elektrisch mit verschiedenen Sensoren verbunden, zu denen ein Luftströmungsmesser 101 und ein Kurbelstellungssensor 201 gehört, und kann Signale empfangen, die von diesen Sensoren ausgegeben werden. Der Luftströmungsmesser 101 ist ein Sensor, der in der Ansaugleitung des Verbrennungsmotors 1 stromaufwärts von der Drosselklappe 102 vorgesehen ist und der ein elektrisches Signal ausgibt, das die Ansaugluftmenge des Verbrennungsmotors 1 darstellt. Der Kurbelstellungssensor 201 ist ein Sensor, der ein elektrisches Signal ausgibt, das die Drehstellung der Kurbelwelle 200 darstellt. Die ECU 100 berechnet die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 1 auf Basis des Signals, das vom Kurbelstellungssensor 201 ausgegeben wird. Die ECU 100 berechnet auch den Motorlastfaktor (das heißt das Verhältnis der tatsächlichen Ansaugluftmenge zur Ansaugluftmenge bei Volllast) des Verbrennungsmotors 1 auf Basis des Ausgangssignals des Luftströmungsmessers 101 (der Ansaugluftmenge).
Die ECU 100 ist elektrisch mit verschiedenen Komponenten, einschließlich der Zündkerze 8, der Drosselklappe 102, des Kraftstoffeinspritzventils 103 und des Schaltventils 75, verbunden. Die ECU 100 steuert die oben genannten Komponenten unter Berücksichtigung der Ausgangssignale der oben genannten Sensoren. Zum Beispiel steuert die ECU 100 das Schaltventil 75 unter Berücksichtigung des Motorlastfaktors des Verbrennungsmotors 1. Genauer steuert die ECU 100 dann, wenn der Motorlastfaktor höchstens so groß ist wie ein vorgegebener Schwellenwert, das Schaltventil 75 so, dass das Umschaltsystem 35 in den ersten Zustand gebracht wird, um das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das erste Verdichtungsverhältnis einzustellen. Wenn der Motorlastfaktor mindestens so groß ist wie der vorgegebene Schwellenwert, steuert die ECU 100 das Schaltventil 75 so, dass das Umschaltsystem 35 in den zweiten Zustand gebracht wird, um das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis einzustellen.
(Geräuschreduzierungssteuerung)
Wie oben beschrieben, ist in dieser Ausführungsform die Drehstellung des exzentrischen Elements 32 die Position, wo das Verdichtungsverhältnis klein ist, wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, wie in 3 gezeigt. In diesem Zustand wurde das Hydrauliköl aus dem ersten Zylinder 33a abgeführt, und der erste Kolben 33b nimmt die unterste Position am Boden des ersten Zylinders 33a im ersten Kolbenmechanismus 33 ein. Darüber hinaus ist das Umschaltsystem 35 im zweiten Zustand, das heißt der Hydraulikölstrom in den ersten Zylinder 33a und der Hydraulikölstrom aus dem zweiten Zylinder 34a sind abgesperrt. Wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, wird somit selbst dann, wenn wegen der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 eine aufwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolben 5 wirkt, die Drehstellung des exzentrischen Elements 32 im Grunde bei der Position gehalten, wo das Verdichtungsverhältnis klein ist, und der erste Kolben 33b wird in der untersten Position am Boden des ersten Zylinders 33a im ersten Kolbenmechanismus 33 gehalten.
Wenn die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 1 steigt, wird die aufwärts gerichtete Trägheitskraft, die mit der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 erzeugt wird, größer, was zu einer Zunahme der Last führt, die auf den Kolben 5 im Zylinder 300 in einer solchen Richtung wirkt, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 vergrößert wird. Infolgedessen werden die Kraft, die den ersten Kolben 33b im ersten Zylinder 33a anhebt, und die Kraft, die den zweiten Kolben 34b im zweiten Zylinder 34a einschiebt, größer. Infolgedessen kann sich das Hydrauliköl selbst dann, wenn der zweite Zylinder 34a mit dem Hydrauliköl gefüllt ist, elastisch verformen, wenn der zweite Kolben 34b in dem Zeitraum, der nahe am oberen Totpunkt der Verdichtung liegt, eingeschoben wird, und dementsprechend kann der erste Kolben 33b in manchen Fällen vom Boden des ersten Zylinders 33a weggehoben werden.
Wenn nach dem oberen Totpunkt der Verdichtung Kraftstoff in der Brennkammer 300 verbrennt, wirkt durch die Wirkungen des Verbrennungsdrucks eine Last auf den Kolben 5 im Zylinder 300 in einer solchen Richtung, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 verringert wird. Wenn der erste Kolben 33b zu dieser Zeit weg vom Boden des ersten Zylinders 33a angehoben wird, wird der angehobene erste Kolben 33b im ersten Zylinder 33a nach unten geschoben. Dann kann es passieren, dass der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt und Geräusche macht.
Wenn die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 1 hoch wird, während sein Verdichtungsverhältnis auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, können, wie oben angegeben, Geräusche erzeugt werden, weil der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt. Zur Lösung dieses Problems ist das System dieser Ausführungsform so gestaltet, dass es eine Steuerung zur Reduzierung solcher Geräusche durchführt, wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. Genauer wird in dem Fall, wo die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie eine spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, eine Zündverzögerungssteuerung durchgeführt, wodurch die Zündung durch die Zündkerze 8 stärker verzögert wird als die Zündung in einem Fall verzögert wird, wo die Motordrehzahl niedriger ist als die spezifische Drehzahl, um den Zeitpunkt der Zündung durch die Zündkerze 8 weiter weg von der MBT zu bringen als in dem Fall, wo die Motordrehzahl niedriger ist als die spezifische Drehzahl. Die oben genannte spezifische Drehzahl ist ein Schwellenwert der Drehzahl, oberhalb von dem es passieren kann, dass wegen einer Erhöhung der aufwärts gerichteten Trägheitskraft, die mit der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 erzeugt wird, eine Anhebung des ersten Kolbens 33b im ersten Zylinder 33a des ersten Kolbenmechanismus 33 stattfindet. Die spezifische Drehzahl kann auf einen Schwellenwert für die Motordrehzahl eingestellt werden, bei dem die Lautstärke von Geräuschen, die dadurch erzeugt werden, dass der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, einen zulässigen Pegel überschreitet, wenn keine Zündverzögerungssteuerung durchgeführt wird.
6 zeigt die zeitabhängige Änderung der Trägheitskraft, die wegen der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 auf den Kolben 5 wirkt, und des Wegs, über den der erste Kolben im ersten Zylinder angehoben wird, wenn er aufgrund der Trägheitskraft, die auf den Kolben 5 wirkt, vom Boden des ersten Zylinders 33a weggehoben wird, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. In 6 stellt die horizontale Achse den Kurbelwinkel dar, und die vertikale Achse stellt die Trägheitskraft, die auf den Kolben wirkt, und den Weg, über den der erste Kolben 33b im ersten Zylinder 33a angehoben wird, dar. In 6 stellt die Linie L1 die zeitabhängige Änderung der auf den Kolben 5 wirkenden Trägheitskraft dar, und die Linie L2 stellt die zeitabhängige Änderung des Wegs, über den der erste Kolben 33b im ersten Zylinder 33a angehoben wird, im Zeitverlauf dar. In 6 werden die Größen der aufwärts gerichteten Trägheitskraft, die auf den Kolben 5 wirkt, durch positive Werte auf der vertikalen Achse dargestellt, und die Größen einer abwärts gerichteten Trägheitskraft, die auf den Kolben 5 wirkt, werden durch negative Werte auf der vertikalen Achse dargestellt. In 6 wird die Wirkung des Verbrennungsdrucks, der durch die Verbrennung des Kraftstoffs erzeugt wird, nicht berücksichtigt, und 6 zeigt die Änderungen der jeweiligen Werte unter der Annahme, dass der Kolben 5 sich nur motorisch hin und her bewegt.
Wie in 6 dargestellt ist, wird dann, wenn in dem Zeitraum in der Nähe des oberen Totpunkts der Verdichtung (dem Verdichtungs-OT) eine aufwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolben 5 wirkt, davon ausgegangen, dass sich der Weg, über den der erste Kolben 33b im ersten Zylinder 33a angehoben wird, mit der Größe der Trägheitskraft ändert. Daher wird der Weg, über den der erste Kolben 33b angehoben wird, am oberen Totpunkt der Verdichtung, an dem die aufwärts gerichtete Trägheitskraft, die auf den Kolben 5 wirkt, am größten ist, am größten. Normalerweise liegt in dem Fall, wo die Zeit der Zündung durch die Zündkerze 8 auf MBT eingestellt wird, die Zeit T1, zu welcher der Verbrennungsdruck seinen Spitzenwert erreicht, etwas hinter dem oberen Totpunkt der Verdichtung. In 6 ist UL1 der Weg, über den der erste Kolben 33b zur Zeit T1 angehoben wird, und UL2 ist der Weg, über den der erste Kolben 33b zur Zeit T2, zu welcher der Verbrennungsdruck seinen Spitzenwert erreicht, angehoben wird, in dem Fall, wo die Zeit der Zündung durch die Zündkerze 8 eine vorgegebene Zeit nach MBT ist. Wie in 6 gezeigt ist, liegt die Zeit T2 natürlich hinter der Zeit T1. Nach der Zeit T1 nimmt die Größe der aufwärts gerichteten Trägheitskraft, die auf den Kolben 5 wirkt, allmählich ab, und der Weg, über den der erste Kolbens 33b angehoben wird, wird dementsprechend auch allmählich kleiner. Somit ist der Weg UL2, über den der erste Kolben 33b zur Zeit T2 angehoben wird, kürzer als der Weg UL1, über den der erste Kolben 33b zur Zeit T1 angehoben wird.
Auch in dem Fall, wo eine Anhebung des ersten Kolbens 33b im ersten Zylinder 33a stattfindet, wird daher der erste Kolben 33b im ersten Zylinder 33a nach unten geschoben, nachdem der Weg, über den der erste Kolben 33b angehoben wird, kleiner geworden ist, da die Zündung durch die Zündkerze 8 gegenüber MBT verzögert worden ist. Auch wenn der erste Kolben 33b im ersten Zylinder 33a angehoben wird, wenn die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 1 mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, kann somit die Zündverzögerungssteuerung die Geschwindigkeit verringern, mit welcher der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, wenn der angehobene erste Kolben 33b abwärts geschoben wird. Somit können Geräusche, die dadurch erzeugt werden, dass der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, reduziert werden. In dieser Ausführungsform werden eine Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge (das heißt der Prozess der Vergrößerung der Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt) und eine Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge (das heißt der Prozess der Vergrößerung der durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzten Kraftstoffmenge), die in der später beschriebenen zweiten Ausführungsform durchgeführt werden, nicht durchgeführt. Daher ist die Last, die wegen der Wirkung des Verbrennungsdrucks im Zylinder 300 auf den Kolben 5 wirkt, umso kleiner, und ist somit die abwärts schiebende Kraft, die auf den angehobenen ersten Kolben 33b im ersten Zylinder 33a wirkt, umso kleiner, je weiter die Zündung in Bezug auf MBT verzögert ist. Durch diese Wirkung wird die Geschwindigkeit, mit welcher der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, weiter verringert.
Nun wird der Steuerungsprozess der Zündverzögerungssteuerung gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf das Ablaufschema von 7 beschrieben. Dieser Prozess wird vorab in der ECU 100 gespeichert und von der ECU 100 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 wiederholt in regelmäßigen Intervallen durchgeführt.
In diesem Steuerungsprozess wird zunächst in Schritt S101 bestimmt, ob oder ob nicht das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 das zweite Verdichtungsverhältnis ist. Wenn in Schritt S101 eine negative Bestimmung getroffen wird, wird die Ausführung dieses Steuerungsprozesses für dieses Mal beendet. Im Falle einer positiven Bestimmung in Schritt S101 wird dann in Schritt S102 bestimmt, ob oder ob nicht die Motordrehzahl Ne des Verbrennungsmotors 1 mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl Ne0. Wenn in Schritt S102 eine negative Bestimmung getroffen wird, wird die Ausführung dieses Steuerungsprozesses für dieses Mal beendet. Wenn in Schritt S101 oder S102 eine negative Bestimmung getroffen wird, wird die Zeit der Zündung durch die Zündkerze 8 auf eine Standard-Zündzeit eingestellt, die auf Basis des Verdichtungsverhältnisses und der Motorlast des Verbrennungsmotors 1 bestimmt wird. Die Standard-Zündzeit liegt auf oder hinter MBT. Zum Beispiel wird die Standard-Zündzeit in Situationen auf MBT eingestellt, wo die MBT-Steuerung durchgeführt wird, bei der die Zündzeit auf MBT eingestellt wird.
Wenn in Schritt S102 eine positive Bestimmung getroffen wird, wird dann in Schritt S103 ein Zündverzögerungsbetrag Δdig in der Zündverzögerungssteuerung berechnet. Die Zündverzögerungssteuerung ist ein Steuerungsprozess, der in einem später beschriebenen Schritt S104 ausgeführt wird. Der Zündverzögerungsbetrag Δdig ist ein Wert, der als Kurbelwinkel ausgedrückt wird.
8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Zündverzögerungsbetrag Δdig in der Zündverzögerungssteuerung und der Motordrehzahl Ne zeigt. Je höher die Motordrehzahl Ne ist, desto größer ist die aufwärts gerichtete Trägheitskraft, die wegen der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 erzeugt wird. Daher ist der Weg, über den der erste Kolben 33b im ersten Zylinder 33a angehoben wird, umso größer, je höher die Motordrehzahl Ne ist. Angesichts dieser Beziehung wird der Zündverzögerungsbetrag Δdig in der Zündverzögerungssteuerung umso größer gemacht, je höher die Motordrehzahl Ne ist, wie in 8 gezeigt ist. Der Zündverzögerungsbetrag Δdig wird auf solche Weise eingestellt, dass die korrigierte Zündzeit umso weiter weg von MBT liegt, je höher die Motordrehzahl Ne ist. Die Beziehung zwischen dem Zündverzögerungsbetrag Δdig in der Zündverzögerungssteuerung und der Motordrehzahl Ne, die in 8 gezeigt ist, wird vorab als Kennfeld oder Funktion in der ECU 100 gespeichert. In Schritt S103 wird der Zündverzögerungsbetrag Δdig anhand dieses Kennfelds oder dieser Funktion berechnet.
Dann wird in Schritt S104 die Zündverzögerungssteuerung auf der Basis des in Schritt S103 berechneten Zündverzögerungsbetrags Δdig durchgeführt. Genauer wird die Zeit der Zündung durch die Zündkerze 8 in die Zeit geändert, die um den Verzögerungsbetrag Δdig hinter der Standard-Zündzeit liegt. Somit wird die Zeit der Zündung durch die Zündkerze 8 verzögert gegenüber der Zündzeit, die für die gleiche nötige Motorast eingestellt wird, wenn die Motordrehzahl Ne niedriger ist als die spezifische Drehzahl Ne0, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, das heißt, die Zündzeit wird weiter von MBT entfernt. Dann wird die Ausführung dieses Steuerungsprozesses für dieses Mal beendet.
In dieser Ausführungsform verkörpert die Ausführung der Verarbeitung von Schritt S104 durch die ECU 100 im oben beschriebenen Prozess die Zündzeitensteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
Auch wenn im oben beschriebenen Prozess der Zündverzögerungsbetrag Δdig in der Zündverzögerungssteuerung gemäß der Motordrehzahl Ne variiert wird, ist der Zündverzögerungsbetrag Δdig nicht unbedingt ein variabler Wert. Anders ausgedrückt kann der Zündverzögerungsbetrag Δdig in der Zündverzögerungssteuerung ein vorgegebener konstanter Wert sein. Man beachte jedoch, dass eine Vergrößerung des Zündverzögerungsbetrag Δdig in der Zündverzögerungssteuerung bei einer Zunahme der Motordrehzahl, wie im oben beschriebenen Prozess, die wirksame Verringerung von Geräuschen, die dadurch erzeugt werden, dass der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, noch weiter verbessert.
Ausführungsform 2
Die allgemeine Gestaltung des Verbrennungsmotors 1 gemäß der zweiten Ausführungsform ist derjenigen der ersten Ausführungsform gleich. Auch in der zweiten Ausführungsform wird die Zündverzögerungssteuerung durchgeführt, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie eine spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. Darüber hinaus wird in der zweiten Ausführungsform eine Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge zusätzlich zu der Zündverzögerungssteuerung durchgeführt, um Geräusche zu reduzieren, die dadurch erzeugt werden, dass der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie eine spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. Die Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge ist der Steuerungsprozess, bei dem die Luftmenge vergrößert wird, die den Zylinder 300 füllt.
Nun wird die Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. In der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge gemäß der zweiten Ausführungsform wird dann, wenn die Motordrehzahl höher ist als die spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, der Öffnungsgrad der Drosselklappe 102 größer eingestellt als dann, wenn die Motordrehzahl niedriger ist als die spezifische Drehzahl, wodurch die Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, größer gemacht wird als dann, wenn die Motordrehzahl kleiner ist als die spezifische Drehzahl.
Wenn die Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, größer wird, wird der Druck höher, der auf den Kolben 5 ausgeübt wird, wenn Luft im Verdichtungshub komprimiert wird. Wenn die Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, größer wird, lässt sich der Kolben 5 daher weniger bereitwillig in einer solchen Richtung verschieben, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 vergrößert wird, auch wenn eine Zunahme der Motordrehzahl eine Vergrößerung der aufwärts gerichteten Trägheitskraft, die wegen der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 erzeugt wird, und eine Erhöhung der Last, die auf den Kolben 5 in einer solchen Richtung wirkt, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 6 vergrößert wird, bewirkt. Dann ist es unwahrscheinlich, dass der erste Kolben 33b im ersten Zylinder 33a des ersten Kolbenmechanismus 33 angehoben wird. Daher führt die Vergrößerung der Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, zu einer Verkürzung des Wegs, über den der erste Kolben 33b im ersten Zylinder 33a des ersten Kolbenmechanismus 33 angehoben wird.
Wie oben geschildert, kann dadurch, dass die Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge zusätzlich zu der Zündverzögerungssteuerung durchgeführt wird, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, die Geschwindigkeit des ersten Kolbens 33b zu der Zeit, wenn der erste Kolben 33b, der im ersten Zylinder 33a angehoben worden ist, nach unten geschoben wird, so dass er gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, verringert werden. Infolgedessen können Geräusche, die erzeugt werden, wenn der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, reduziert werden.
Wenn die Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge durchgeführt wird, wird in der zweiten Ausführungsform auch die Steuerung zur Vergrößerung der Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt, um die Menge des Kraftstoffs zu vergrößern, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzt wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Luft-Kraftstoff-Mischung auf einem angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d. h. dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis) zu halten. Die Durchführung der Zündverzögerungssteuerung kann zu einer Senkung des Drehmoments des Verbrennungsmotors 1 führen. In dieser Ausführungsform wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 1 durch die Durchführung der Steuerung zur Vergrößerung der Kraftstoffeinspritzmenge zusätzlich zu der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge erhöht. Infolgedessen kann die durch die Zündzeitverzögerung verursachte Senkung des Drehmoments verringert werden.
Im Folgenden wird der Steuerungsprozess der Zündverzögerungssteuerung, der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge und der Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge unter Bezugnahme auf das Ablaufschema in 9 beschrieben. Dieser Prozess wird vorab in der ECU 100 gespeichert und von der ECU 100 während des Betriebs des Verbrennungsmotors wiederholt in regelmäßigen Intervallen ausgeführt. Die Schritte S101 bis S104 in diesem Prozess sind die gleichen wie die entsprechenden Schritte, die in 7 gezeigt sind. Die Schritte, in denen die gleiche Verarbeitung wie in 7 ausgeführt wird, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht näher beschrieben. Wenn in Schritt S101 oder S102 eine negative Bestimmung getroffen wird, wird in dieser Ausführungsform wie in der ersten Ausführungsform die Zeit der Zündung durch die Zündkerze 8 auf eine Standard-Zündzeit eingestellt, die auf Basis des Verdichtungsverhältnisses und der Motorlast des Verbrennungsmotors 1 bestimmt wird. In diesem Fall wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 102 auf einen Standard-Öffnungsgrad angepasst, der auf Basis des Verdichtungsverhältnisses und der Motorlast des Verbrennungsmotors 1 bestimmt wird, wodurch die Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, auf eine Standard-Luftmenge angepasst wird. Darüber hinaus wird die durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzte Kraftstoffmenge auf eine Standard-Einspritzmenge gesteuert, die auf Basis des Verdichtungsverhältnisses und der Motorlast des Verbrennungsmotors 1 bestimmt wird.
In diesem Steuerungsprozess wird die Verarbeitung von Schritt S203 nach Schritt S103 ausgeführt. In Schritt S203 werden ein Vergrößerungsbetrag Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 und ein Vergrößerungsbetrag ΔQF der durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzten Kraftstoffmenge berechnet. Der Vergrößerungsbetrag Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 und der Vergrößerungsbetrag ΔQF der durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzten Kraftstoffmenge werden in der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge bzw. der Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge verwendet, die in Schritt S204 ausgeführt werden, wie später beschrieben wird.
10 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Vergrößerungsbetrag Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 in der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge und der Motordrehzahl Ne zeigt. Je höher die Motordrehzahl Ne ist, desto größer ist die aufwärts gerichtete Trägheitskraft, die wegen der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 erzeugt wird. Angesichts dessen wird der Vergrößerungsbetrag Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 in der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge umso größer gemacht, je höher die Motordrehzahl Ne ist, wie in 10 gezeigt ist. Der Vergrößerungsbetrag Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 wird auf solche Weise bestimmt, dass die Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, nach der Korrektur des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 umso größer ist, je höher die Motordrehzahl Ne ist. Die in 10 gezeigte Beziehung zwischen dem Vergrößerungsbetrag Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 in der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge und der Motordrehzahl Ne wird in der ECU 100 als Kennfeld oder als Funktion gespeichert. In Schritt S203 wird der Vergrößerungsbetrag Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 unter Verwendung dieses Kennfelds oder dieser Funktion berechnet.
Der Vergrößerungsbetrag ΔQF der durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzten Kraftstoffmenge in der Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge wird als Wert berechnet, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Luft-Kraftstoff-Mischung bei einem angestrebten Luft-Kraftstoff-Verhältnis hält, wenn die Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt wird. 11 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Vergrößerungsbetrag ΔQf einer durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzen Kraftstoffmenge in der Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl Ne zeigt. Wie oben beschrieben, wird durch die Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge der Öffnungsgrad der Drosselklappe 102 so gesteuert, dass die Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, mit zunehmender Motordrehzahl Ne größer wird. Daher wird in der Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge der Vergrößerungsbetrag ΔQF der durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzten Kraftstoffmenge umso größer gemacht, je höher die Motordrehzahl Ne ist.
In diesem Steuerungsprozess wird die Verarbeitung von Schritt S204 nach Schritt S104 ausgeführt. In Schritt S204 wird die Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge mit dem in Schritt S203 berechneten Vergrößerungsbetrag Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 durchgeführt. Anders ausgedrückt wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 102 auf einen Öffnungsgrad angepasst, der um den Vergrößerungsbetrag Δdth gegenüber dem Standard-Öffnungsgrad vergrößert ist. Somit wird die Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, vergrößert gegenüber der Menge an Befüllungsluft, die für die gleiche nötige Motorlast eingestellt wird, wenn die Motordrehzahl Ne niedriger ist als die spezifische Drehzahl Ne0, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. Ferner wird in Schritt S204 die Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge mit dem in Schritt S203 berechneten Vergrößerungsbetrag ΔQf der durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzten Kraftstoffmenge durchgeführt. Anders ausgedrückt wird die durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzte Kraftstoffmenge auf eine Kraftstoffeinspritzmenge angepasst, die um den Vergrößerungsbetrag ΔQf gegenüber der Standard-Einspritzmenge vergrößert ist. Somit wird die durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzte Kraftstoffmenge vergrößert gegenüber der Kraftstoffeinspritzmenge, die für die gleiche nötige Motorlast eingestellt wird, wenn die Motordrehzahl Ne niedriger ist als die spezifische Drehzahl Ne0, während das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. Danach wird die Ausführung dieses Steuerungsprozesses für dieses Mal beendet.
In dieser Ausführungsform verkörpert die Ausführung der Verarbeitung von Schritt S204 durch die ECU 100 im oben beschriebenen Prozess die Befüllungsluftmengensteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
Auch wenn im oben beschriebenen Steuerungsprozess der Vergrößerungsbetrag Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 in der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge und der Vergrößerungsbetrag ΔQF der durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzten Kraftstoffmenge in der Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge abhängig von der Motordrehzahl Ne variiert werden, sind diese Werte nicht notwendigerweise variable Werte. Anders ausgedrückt können der Vergrößerungsbetrag Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 in der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge und der Vergrößerungsbetrag ΔQF der durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzten Kraftstoffmenge in der Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge vorgegebene konstante Werte sein. Man beachte jedoch, dass durch die Vergrößerung des Vergrößerungsbetrags Δdth des Öffnungsgrads der Drosselklappe 102 in der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge, um die Luftmenge zu vergrößern, die den Zylinder 300 füllt, wenn die Motordrehzahl höher wird, wie im oben beschriebenen Steuerungsprozess, die effektive Reduzierung von Geräuschen, die dadurch erzeugt werden, dass der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, weiter verbessert werden kann.
Durch Vergrößern der Vergrößerung der Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, in der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge und des Vergrößerungsbetrags ΔQF der durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzten Kraftstoffmenge in der Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge, wenn der Zündverzögerungsbetrag Δdig in der Zündverzögerungssteuerung größer wird, wie im oben beschriebenen Steuerungsprozess, kann die Verringerung des Drehmoments, die eine Folge der Zündverzögerung ist, weiter reduziert werden. In Fällen, wo nur die Reduzierung von Geräuschen erreicht werden soll, die dadurch erzeugt werden, dass der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, ist jedoch die Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge nicht unbedingt erforderlich. Wenn die durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzte Kraftstoffmenge vergrößert wird, wird die Last größer, die durch die Wirkung des Verbrennungsdrucks im Zylinder 300 auf den Kolben 5 wirkt. Dann wird notwendigerweise auch die Kraft größer, die den angehobenen ersten Kolben 33b im ersten Zylinder 33a nach unten schiebt. Um eine Zunahme der Lautstärke von Geräuschen, die dadurch erzeugt werden, dass der erste Kolben 33b gegen den Boden des ersten Zylinders 33a stößt, zu verhindern oder zu reduzieren, werden die Vergrößerung der Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, in der Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge und der Vergrößerungsbetrag ΔQF der durch das Kraftstoffeinspritzventil 103 eingespritzten Kraftstoffmenge in der Steuerung zur Vergrößerung einer Kraftstoffeinspritzmenge jeweils auf einen Umfang begrenzt, der für die Tilgung einer Drehmomentverringerung geeignet ist, die eine Folge der Zündverzögerung in der Zündverzögerungssteuerung ist.
In dieser Ausführungsform wird die Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge dadurch verwirklicht, dass der Öffnungsgrad der Drosselklappe 102 vergrößert wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, durch Anpassen eines oder mehrerer Parameter, die vom Öffnungsgrad der Drosselklappe 102 verschieden sind, vergrößert werden. Zum Beispiel kann in dem Fall, wo der Verbrennungsmotor 1 mit einem variablen Ventilmechanismus versehen ist, der die Ventilsteuerzeiten des Ansaugventils 9 variabel steuert, die Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, dadurch vergrößert werden, dass man die Ventilsteuerzeiten des Ansaugventils 9 durch den variablen Ventilmechanismus anpasst. In dem Fall, wo der Verbrennungsmotor 1 mit einem Lader ausgestattet ist, kann die Luftmenge, die den Zylinder 300 füllt, dadurch vergrößert werden, dass man den Ladedruck des Laders vergrößert.
Modifikation
Der Aufbau des längenvariablen Pleuels des Verbrennungsmotors, auf den das Steuersystem gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform angewendet wird, ist nicht auf den in 2 und 3 gezeigten Aufbau beschränkt. Im Folgenden wird eine Modifikation des Aufbaus des längenvariablen Pleuels gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 12 und 13 beschrieben. 12 und 13 sind Skizzen, die den allgemeinen Aufbau des längenvariablen Pleuels 600 dieser Modifikation zeigen. 12 zeigt das längenvariable Pleuel 600 in dem Zustand, in dem das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das erste Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. 13 zeigt das längenvariable Pleuel 600 in dem Zustand, in dem das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. Das modifizierte längenvariable Pleuel 600 dieser Modifikation unterscheidet sich von dem längenvariablen Pleuel 6 der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform darin, dass nur ein einziger Kolbenmechanismus im Pleuelhauptkörper 310 vorgesehen ist.
Das längenvariable Pleuel 600 weist auf: einen Pleuelhauptkörper 310, ein exzentrisches Element 320, das drehfähig mit dem Pleuelhauptkörper 310 verbunden ist, einen Kolbenmechanismus 330, der im Pleuelhauptkörper 310 vorgesehen ist, und ein Umschaltsystem 350, das den Hydraulikölstrom zum Kolbenmechanismus 330 umschaltet. Der Pleuelhauptkörper 310 weist an seinem großen Ende 310a eine Kurbelaufnahmebohrung 410 und an seinem kleinen Ende 310b eine Hülsenaufnahmebohrung 420 auf. Die Hülsenaufnahmebohrung 420 des Pleuelhauptkörpers 310 nimmt eine Hülse 320a des exzentrischen Elements 320 auf.
Wie bei dem exzentrischen Element 32 in dem längenvariablen Pleuel 6 gemäß den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen weist das exzentrische Element 320 eine Hülse 320a, einen ersten Arm 320b und einen zweiten Arm 320c auf. Die Hülse 320a kann sich in der Hülsenaufnahmebohrung 420 drehen, und das exzentrische Element 320 ist auf solche Weise am kleinen Ende 310b des Pleuelhauptkörpers 310 angebracht, dass es sich in Bezug auf den Pleuelhauptkörper 310 in der Umfangsrichtung des kleinen Endes 310b drehen kann.
Die Hülse 320a des exzentrischen Elements 320 weist eine Kolbenbolzenaufnahmebohrung 320d auf, die den Kolbenbolzen 21 aufnimmt. Wie bei dem längenvariablen Pleuel 6 gemäß den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen ist die Mittelachse der Kolbenbolzenaufnahmebohrung 320d von der Mittelachse der Hülse 320a versetzt. Somit kann auch mit dem Aufbau dieser Modifikation die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 600 durch Drehen des exzentrischen Elements 320 variiert werden, wie bei dem längenvariablen Pleuel 6 gemäß den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen.
Wie beim ersten Kolbenmechanismus 33 des längenvariablen Pleuels 6 gemäß den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen weist der Kolbenmechanismus 330 des längenvariablen Pleuels 600 einen Zylinder 330a und einen Kolben 330b auf. Der Zylinder 330a steht über einen kolbenverbindenden Ölleitungsweg 510 mit dem Umschaltsystem 350 in Verbindung. Der Kolben 330b ist durch ein Verbindungsglied 450 mit dem ersten Arm 320b des exzentrischen Elements 320 verbunden. Der Kolben 330b ist durch einen Zapfen drehfähig mit dem Verbindungsglied 450 verbunden. Der erste Arm 320b ist an dem Ende, das dem Ende, an dem er mit der Hülse 320a verbunden ist, entgegengesetzt ist, durch einen Zapfen drehfähig mit dem Verbindungsglied 450 verbunden.
Das Ende des zweiten Arms 320c des exzentrischen Elements 320, das dem Ende entgegengesetzt ist, an dem dieser mit der Hülse 320a verbunden ist, ist abwärts gebogen, so dass es sich in der tangentialen Richtung der Hülse 320a (in der Richtung hin zum großen Ende) erstreckt.
Der Hydraulikölstrom zum Zylinder 330a des Kolbenmechanismus 330 wird vom Umschaltsystem 350 umgeschaltet. Wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das erste Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, wird der Hydraulikölstrom in den Zylinder 330a vom Umschaltsystem 350 zugelassen, und der Hydraulikölstrom aus dem Zylinder 330a wird vom Umschaltsystem abgesperrt. Infolgedessen bewegt sich der Kolben 330b, wie in 12 dargestellt, im Zylinder 330a aufwärts, so dass sich der erste Arm 320b des exzentrischen Elements 320, der mit dem Kolben 330b verbunden ist, ebenfalls aufwärts bewegt, und sich der zweite Arm 320b des exzentrischen Elements 320 abwärts bewegt. Anders ausgedrückt dreht sich das exzentrische Element 320 in 12 im Uhrzeigersinn (d. h. in der Richtung, die vom Pfeil in 12 angezeigt wird). Wenn das Ende des zweiten Arms 320c an der Seitenfläche des Pleuelhauptkörpers 310 anstößt, wird die Drehung des exzentrischen Elements 320 behindert, und die Drehstellung des exzentrischen Elements 320 wird bei dieser Position (oder der Position, wo das Verdichtungsverhältnis groß ist), gehalten. In diesem Zustand ist die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 600 relativ lang. Somit wird das erste Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 erreicht.
Wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, wird der Hydraulikölstrom in den Zylinder 330a vom Umschaltsystem 350 abgesperrt, und der Hydraulikölstrom aus dem Zylinder 330a wird vom Umschaltsystem zugelassen. Infolgedessen bewegt sich der Kolben 330b, wie in 13 dargestellt, im Zylinder 330a abwärts, so dass sich der erste Arm 320b des exzentrischen Elements 320, der mit dem Kolben 330b verbunden ist, ebenfalls abwärts bewegt, und sich der zweite Arm 320b des exzentrischen Elements 320 aufwärts bewegt. Anders ausgedrückt dreht sich das exzentrische Element 320 in 13 entgegen dem Uhrzeigersinn (d. h. in der Richtung, die vom Pfeil in 13 angezeigt wird). Wenn der Kolben 330b des Kolbenmechanismus 330 am Boden des Zylinders 330a anstößt, wird die Drehung des exzentrischen Elements 320 behindert, und die Drehstellung des exzentrischen Elements 320 wird bei dieser Position (oder der Position, wo das Verdichtungsverhältnis klein ist, gehalten. In diesem Zustand ist die effektive Länge des längenvariablen Pleuels 600 relativ kurz. Somit wird das zweite Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 erreicht.
Wie beim längenvariable Pleuel 6 gemäß den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen bewegt sich auch beim längenvariablen Pleuel 600 dieser Modifikation der Kolben 330b im Zylinder 330a im Kolbenmechanismus 330 durch die Wirkung der Trägheitskraft, die wegen der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 des Verbrennungsmotors 1 erzeugt wird, und die Wirkung des Verbrennungsdrucks, der durch die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer 7 erzeugt wird. Genauer bewegt sich in dem Fall, wo das Umschaltsystem 350 den Hydraulikölstrom in den Zylinder 330a zulässt und den Hydraulikölstrom aus dem Zylinder 330a absperrt, der Kolben 330b im Zylinder 330a nach oben, wenn wegen der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 des Verbrennungsmotors 1 eine aufwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolben 5 wirkt. In dem Fall, wo das Umschaltsystem 350 den Hydraulikölstrom in den Zylinder 330a absperrt und den Hydraulikölstrom aus dem Zylinder 330a zulässt, bewegt sich der Kolben 330b im Zylinder 330a nach unten, wenn wegen der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 des Verbrennungsmotors 1 eine aufwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolben 5 wirkt oder wenn wegen des Verbrennungsdrucks, der durch die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer 7 erzeugt wird, eine abwärts gerichtete Kraft auf den Kolben wirkt.
Wenn bei dieser Modifikation das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist, ist die Drehstellung des exzentrischen Elements 320 die Position, wo das Verdichtungsverhältnis klein ist, wie in 13 gezeigt. In diesem Zustand wurde das Hydrauliköl aus dem Zylinder 330a abgeführt, und der Kolben 330b nimmt die unterste Position am Boden des Zylinders 330a im Kolbenmechanismus 330 ein. In diesem Zustand ist der Hydraulikölstrom in den Zylinder 330a abgesperrt. Wenn der Kolben 330b sich anschickt, sich im Zylinder 330a aufwärts zu bewegen, wird daher ein Unterdruck zwischen dem Boden des Zylinders 330a und dem Kolben 330b im Zylinder 330a erzeugt. Wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, wird somit selbst dann, wenn wegen der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 eine aufwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolben 5 wirkt, die Drehstellung des exzentrischen Elements 320 im Grunde bei der Position gehalten, wo das Verdichtungsverhältnis klein ist, und der erste Kolben 330b wird in der untersten Position am Boden des ersten Zylinders 330a im ersten Kolbenmechanismus 330 gehalten.
Jedoch wird auch mit diesem modifizierten Aufbau des längenvariablen Pleuels 600 die Kraft, die in einer solchen Richtung wirkt, dass der Kolben 330b im Zylinder 330a des Kolbenmechanismus 330 aufwärts bewegt wird, größer, wenn die aufwärts gerichtete Trägheitskraft, die mit der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 im Zylinder 300 erzeugt wird, größer wird, weil die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 1 größer wird. Dann kann es Fälle geben, wo der Kolben 330b vom Boden des Zylinders 330a weggehoben wird. Infolgedessen kann es auch in dem Fall, wo der modifizierte Aufbau des längenvariablen Pleuels 600 dieser Modifikation verwendet wird, passieren, dass der Kolben 330b gegen den Boden des Zylinders 330a im Kolbenmechanismus 330 stößt, wodurch Geräusche erzeugt werden, wenn die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors steigt, wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 auf das zweite Verdichtungsverhältnis eingestellt ist. Auch in dem Fall, wo der modifizierte Aufbau des längenvariablen Pleuels 600 dieser Modifikation verwendet wird, können solche Geräusche dadurch reduziert werden, dass die Steuerung zur Reduzierung der Geräusche (d. h. die Zündverzögerungssteuerung und die Steuerung zur Vergrößerung einer Befüllungsluftmenge) gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Kolben
6: längenvariables Pleuel
8: Zündkerze
21: Kolbenbolzen
22: Kurbelzapfen
31: Pleuelhauptkörper
33: erster Kolbenmechanismus
33a: erster Zylinder
33b: erster Kolben
34: zweiter Kolbenmechanismus
34a: zweiter Zylinder
34b: zweiter Kolben
42: Hülsenaufnahmebohrung
32: exzentrisches Element
32a: Hülse
35: Umschaltsystem
75: Schaltventil
100: ECU
101: Luftströmungsmesser
102: Drosselklappe
103: Kraftstoffeinspritzventil
300: Zylinder
310: Pleuelhauptkörper
320: exzentrisches Element
320a: Hülse
330: Kolbenmechanismus
330a: Zylinder
330b: Kolben
350: Umschaltsystem
420: Hülsenaufnahmebohrung
600: längenvariables Pleuel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016-118181 [0004]
WO 2014/019683 [0004]
JP 2009-228674 [0004]

Claims

Steuersystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses, wobei der Verbrennungsmotor eine Zündkerze aufweist, die eine Luft-Kraftstoff-Mischung in einem Zylinder entzündet, der Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses ein längenvariables Pleuel mit einer anpassbaren effektiven Länge aufweist und in der Lage ist, das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors durch Anpassen der effektiven Länge des längenvariablen Pleuels zu ändern, das längenvariable Pleuel aufweist: einen Pleuelhauptkörper, ein exzentrisches Element, das drehfähig an einem kleinen Ende des Pleuelhauptkörpers angebracht ist, einen Hydraulikkolbenmechanismus, der im Pleuelhauptkörper vorgesehen ist, und ein Umschaltsystem, das einen Hydraulikölstrom zu dem und aus dem Kolbenmechanismus umschaltet, im kleinen Ende des Pleuelhauptkörpers eine Hülsenaufnahmebohrung ausgebildet ist, wobei die Hülsenaufnahmebohrung eine zylindrische Bohrung ist, das exzentrische Element eine Hülse aufweist, die drehfähig in der im Pleuelhauptkörper ausgebildeten Hülsenaufnahmebohrung aufgenommen wird, und einen Kolbenbolzen auf solche Weise trägt, dass ein Kolbenbolzen von der Mittelachse der Hülsenaufnahmebohrung versetzt ist, so dass eine Drehung des exzentrischen Elements bewirkt, dass sich die relative Position des Kolbenbolzens in der Hülsenaufnahmebohrung ändert, der Hydraulikkolbenmechanismus einen im Pleuelhauptkörper ausgebildeten Hydraulikzylinder und einen im Hydraulikzylinder gleitenden Hydraulikkolben aufweist, der auf solche Weise ausgelegt ist, dass ein Gleiten des Hydraulikkolbens im Hydraulikzylinder eine Drehung des exzentrischen Elements bewirkt, das längenvariable Pleuel auf solche Weise ausgelegt ist, dass dann, wenn der Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses das mechanische Verdichtungsverhältnis auf ein spezifisches hohes Verdichtungsverhältnis einstellt, das Umschaltsystem den Hydraulikölstrom in den Hydraulikzylinder zulässt und den Hydraulikölstrom aus dem Hydraulikzylinder absperrt, so dass das Hydrauliköl den Hydraulikzylinder füllt, wodurch der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder in eine angehobene Position gebracht wird, wodurch die Position des Kolbenbolzens in der Hülsenaufnahmebohrung des exzentrischen Elements in eine Position gebracht wird, die von einem Kurbelzapfen entfernt ist, um zu bewirken, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels lang ist, und wenn der Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses das mechanische Verdichtungsverhältnis auf ein spezifisches niedriges Verdichtungsverhältnis einstellt, das Umschaltsystem den Hydraulikölstrom in den Hydraulikzylinder absperrt und den Hydraulikölstrom aus dem Hydraulikzylinder zulässt, so dass das Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder abgeführt wird, wodurch der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder zum Boden des Hydraulikzylinders gebracht wird, wodurch die Position des Kolbenbolzens in der Hülsenaufnahmebohrung des exzentrischen Elements in eine Position gebracht wird, die näher am Kurbelzapfen liegt, um zu bewirken, dass die effektive Länge des längenvariablen Pleuels relativ kurz ist, und das Steuersystem eine Zündzeitensteuereinheit aufweist, die so gestaltet ist, dass sie dann, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie eine spezifische Drehzahl, die Zündung durch die Zündkerze weiter verzögert als dann, wenn die Motordrehzahl niedriger ist als eine spezifische Drehzahl, um zu bewirken, dass dann, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, die Zeit der Zündung weiter von der MBT entfernt ist als dann, wenn die Motordrehzahl niedriger ist als die spezifische Drehzahl, während das mechanische Verdichtungsverhältnis vom Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt worden ist.
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei dann, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis vom Mechanismen zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt worden ist, die Zündung durch die Zündzeitensteuereinheit umso mehr verzögert wird, je höher die Motordrehzahl ist.
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, ferner eine Befüllungsluftmengensteuereinheit umfassend, die so gestaltet ist, dass sie bewirkt, dass dann, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, die Luftmenge, die den Zylinder des Verbrennungsmotors füllt, größer ist als dann, wenn die Motordrehzahl niedriger ist als die spezifische Drehzahl, während das mechanische Verdichtungsverhältnis vom Mechanismus zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt worden ist.
Steuersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei dann, wenn die Motordrehzahl mindestens so hoch ist wie die spezifische Drehzahl, während das Verdichtungsverhältnis vom Mechanismen zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses auf das spezifische niedrige Verdichtungsverhältnis eingestellt worden ist, die Luftmenge, die den Zylinder des Verbrennungsmotors füllt, von der Befüllungsluftmengensteuereinheit umso größer gemacht wird, je höher die Motordrehzahl ist.