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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Systeme und Verfahren zur Steuerung der Ventilsteuerzeiten bei einem Verbrennungsmotor.
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HINTERGRUND
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Verbrennungsmotoren können variable Ventilsteuerzeiten nutzen, um eine bestimmte Leistung, Effizienz und/oder Umweltkennzahlen zu erzielen. Bei niedriger Temperatur kann beim Verbrennungsbetrieb mit Benzin und einer Plasma-Zündquelle die Änderung der Ventilsteuerzeiten zwischen einem Verbrennungsmodus und einem anderen zu einer Betriebsunterbrechung und höherer Geräuschentwicklung des Motors führen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In einem Beispiel für eine Ausführungsform verwendet ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors eine Plasma-Zündquelle. Der Motor hat einen Brennraum mit einem Ein- und einem Auslass, ein erstes Ventil zur Regelung von Ein- oder Auslass und ein zweites Ventil zur Regelung des verbliebenen Ein- oder Auslasses. Das Verfahren schließt die Erfassung eines Übergangs vom ersten Verbrennungsmodus des Motors zu einem zweiten Verbrennungsmodus des Motors ein. Zum Verfahren gehört auch die Änderung von zumindest einer Zeit aus Öffnungszeit, Schließzeit und Öffnungsdauer des ersten Ventils als Reaktion auf die Erfassung des Übergangs.
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In einem weiteren Beispiel für eine Ausführungsform hat ein Fahrzeug einen Motor. Der Motor hat einen Brennraum mit einem Ein- und einem Auslass. Ein erstes Ventil reguliert einen Einlass oder Auslass. Ein erstes Ventilstellglied ist operativ mit dem ersten Ventil zum Öffnen und Schließen des ersten Ventils verbunden. Ein zweites Ventil reguliert einen Einlass oder Auslass. Ein zweites Ventilstellglied ist operativ mit dem zweiten Ventil zum Öffnen und Schließen des zweiten Ventils verbunden. Außerdem hat der Motor eine Plasma-Zündquelle für den Zündvorgang in der Brennkammer. Eine Steuerung steht mit dem ersten und zweiten Ventilstellglied in Verbindung. Die Steuerung ist dafür ausgelegt, einen Übergang vom ersten Verbrennungsmodus des Motors zu einem zweiten Verbrennungsmodus des Motors zu erkennen. Die Steuerung ist weiterhin dafür ausgelegt, zumindest eine der Zeiten aus Öffnungszeit, Schließzeit und Öffnungsdauer des ersten Ventils als Reaktion auf die Erfassung des Übergangs zu verändern.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsarten der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs mit einem Motor und einem Motorsteuersystem nach einem Beispiel für eine Ausführungsform;
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2 ist ein schematisches Diagramm eines Brennraums im Motor nach einem Beispiel für eine Ausführungsform;
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3 zeigt in einem Diagramm einen ersten und einen zweiten Verbrennungsmodus auf Basis von Motordrehzahl und Motorlast nach einem Beispiel für eine Ausführungsform;
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4 zeigt in einem Diagramm den Betrieb eines ersten und eines zweiten Ventils im Motor im ersten Verbrennungsmodus nach einem Beispiel für eine Ausführungsform;
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5 zeigt in einem Diagramm den Betrieb eines ersten und eines zweiten Ventils im Motor im zweiten Verbrennungsmodus nach einem Beispiel für eine Ausführungsform;
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6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Motorbetriebs nach einem Beispiel für eine Ausführungsform zeigt; und
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7 zeigt in einem Diagramm den Betrieb eines ersten und eines zweiten Ventils im Motor während eines Übergangs vom ersten in den zweiten Verbrennungsmodus nach einem Beispiel für eine Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw. beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Offenbarung darstellen. Weiterhin können die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl von Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert sind, um die spezifizierten Funktionen auszuführen.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, worin in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, werden hierin ein System 100 und ein Verfahren 600 für den Betrieb eines Motors 102 dargestellt und beschrieben.
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Mit Bezug auf 1 kann das System 100 nach einem Beispiel für eine Ausführungsform für ein Fahrzeug 104 umgesetzt werden. In dem Beispiel für eine Ausführungsform kann das Fahrzeug 104 ein Automobil sein (nicht gesondert nummeriert). Es versteht sich jedoch, dass das System 100 auch in anderen Fahrzeugen 104 eingesetzt werden kann, darunter Motorräder, Flugzeuge, Lokomotiven und Boote. Des Weiteren kann das hierin dargestellte und beschriebene System 100 auch in Anwendungen ohne Bezug zu Fahrzeugen eingesetzt werden (nicht dargestellt).
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In dem Beispiel für eine Ausführungsform ist der Motor 102 ein Verbrennungsmotor (nicht gesondert nummeriert). Mit Bezug auf 2 hat der Motor 102 zumindest eine Brennkammer 200, allgemein als Zylinder bezeichnet. Der Motor 102 kann eine Vielzahl von Brennräumen 200 mit je einem Kolben 202 haben, der eine Hubbewegung in der jeweiligen Brennkammer 200 ausführt, wie Fachleuten bekannt ist. Jeder Kolben 202 ist über eine Pleuelstange (nicht dargestellt) mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden, wie ebenfalls unter Fachleuten bekannt ist. Es versteht sich jedoch, dass der Motor 102 in einer anderen Ausführungsform unterschiedlich konfiguriert sein kann.
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In dem Beispiel für eine Ausführungsform hat die Brennkammer 200 einen Einlass 204 und einen Auslass 206, wie Fachleute verstehen werden. Der Einlass 204 lässt die Ansaugluft und/oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammer 200, während der Auslass 206 Abgase aus der Brennkammer 200 abführt. Der Motor 102 hat auch ein erstes Ventil 208 und ein zweites Ventil 210. Bei dem Beispiel für eine Ausführungsform in 2 steuert das erste Ventil 208 den Einlass 204 und das zweite Ventil 210 den Auslass 206. Das bedeutet in dem Beispiel für eine Ausführungsform, dass das erste Ventil 208 öffnet, um Ansaugluft in die Brennkammer 200 zu lassen und schließt, um weitere Ansaugluft von der Brennkammer 200 fernzuhalten, während das zweite Ventil 210 öffnet, um Abgas aus der Brennkammer 200 abzuführen und danach schließt um weiteres Abgas in der Brennkammer 200 zu halten. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt) das erste Ventil 208 den Auslass 206 und das zweite Ventil 210 den Einlass 204 steuern kann.
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Der Motor 102 hat auch ein erstes Ventilstellglied 212 und ein zweites Ventilstellglied 214. Das erste Ventilstellglied 212 ist operativ mit dem ersten Ventil 208 verbunden, um das erste Ventil 208 zu öffnen und zu schließen. Das zweite Ventilstellglied 214 ist operativ mit dem zweiten Ventil 210 verbunden, um das zweite Ventil 210 zu öffnen und zu schließen.
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Die Stellglieder 212, 214 sind für variable Ventilsteuerzeiten („VVT“) oder eine variable Ventilsteuerung („VVC“) konfiguriert. Das heißt, die Stellglieder 212, 214 sind dafür ausgelegt, Zeitpunkt und/oder Dauer der jeweiligen Öffnung der Ventile 208, 210 zu verändern. Die Stellglieder 212, 214 können mit speziell für VVT/ VVC ausgelegten Nockenwellen (nicht dargestellt) eingesetzt werden. Wie unter Fachleuten bekannt, können jedoch auch andere Techniken für das Öffnen und Schließen der Ventile 208, 210 zum Einsatz kommen.
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Der Motor 102 hat ferner eine Zündquelle 216 in Verbindung mit jeder Brennkammer 200. Die Zündquelle 216 ist in der Lage, die Verbrennung in der Brennkammer 200 auszulösen. In einem Beispiel für eine Ausführungsform kann die Zündquelle 216 eine Niedertemperatur-Plasma-Zündanlage sein (nicht gesondert nummeriert). Die Niedertemperatur-Plasma-Zündanlage kann einen oder mehrere von Plasmaströmen zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer 200 verwenden.
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Wiederum mit Bezug auf 1 hat das System 100 eine Steuerung 106. Die Steuerung 106 ist dafür ausgelegt und dazu fähig, mathematische Berechnungen durch- und Anweisungen auszuführen, beispielsweise ein Programm ablaufen zu lassen. Die Steuerung 106 kann mit einem oder mehreren Prozessor(en), wie z. B. ein Mikroprozessor, Mikrocontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung („ASIC“), einem Speicher oder Speichergerät, einem Analog-Digital-Konverter („ADC“) usw. implementiert werden, wie Fachleute verstehen werden. Die Steuerung 106 im Beispiel für eine Ausführungsform kann allgemein auch Motorsteuergerät („ECM“) genannt werden.
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Die Steuerung 106 steht in Verbindung mit dem ersten Ventilstellglied 212 und dem zweiten Ventilstellglied 214. Als solches kann die Steuerung 106 im Beispiel für eine Ausführungsform die Zeiten und Dauer für die Öffnung und Schließung des ersten Ventils 208 und des zweiten Ventils 210 regeln. Das heißt, dass die Steuerung 106 den Zeitpunkt, zu dem jedes Ventil 208, 210 öffnet und schließt verändern kann, wie auch die Dauer, für die jedes Ventil 208, 210 geöffnet und geschlossen bleibt.
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Das System 100 kann ferner eine Einspritzdüse 218 mit einer Verbindung zur Steuerung 106 haben. Die Einspritzdüse 218 versorgt die Brennkammer 200 mit Kraftstoff. Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, dass der Kraftstoff direkt in die Brennkammer 200 und/oder den Einlass 204 eingespritzt werden kann. Die Steuerung 106 reguliert die Menge des durch die Einspritzdüse 218 zugeführten Kraftstoffs. Beispielsweise kann die Steuerung 106 eine Pulslänge regeln, d. h. die Aktivierungsdauer der Einspritzdüse 218. Die Motorlast des Motors 102 kann zumindest teilweise anhand der durch die Einspritzdüse 218 zugeführten Kraftstoffmenge bestimmt werden.
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Nochmals mit Verweis auf 1 kann das System 100 auch einen Geschwindigkeitssensor 110 mit Verbindung zur Steuerung 106 haben. Ein Drehzahlsensor 110 ist für die Erfassung der Drehzahl des Motors 102 ausgelegt. In einer Ausführungsform misst der Drehzahlsensor 110 die Drehzahl einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) und damit einer Abtriebswelle (nicht dargestellt) des Motors 102, wie Fachleute verstehen werden. Insofern kann die Steuerung 106 Zugriff auf die Drehzahl des Motors 102 haben.
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Die Steuerung 106 kann ebenfalls einen Verbrennungsmodus für den Motor 102 festlegen und/oder empfangen. Der Verbrennungsmodus kann verschiedene Betriebsparameter des Motors 102 festlegen. 3 zeigt einen ersten Verbrennungsmodus 300 und einen zweiten Verbrennungsmodus 302 gemäß einem Beispiel für eine Ausführungsform. Diese Verbrennungsmodi 300, 302 werden durch eine durch die vertikale Achse 304 definierte Motorlast 102 und eine durch die horizontale Achse 306 definierte Drehzahl des Motors 102 bestimmt. Genauer gesagt kommen die Verbrennungsmodi 300, 302, aus 3 bei Verbrennungsvorgängen mit Benzin bei niedrigen Temperaturen zum Einsatz. Es versteht sich jedoch, dass das hier beschriebene System 100 und das Verfahren 600 auch mit anderen Kraftstoffen und Motortemperaturen eingesetzt werden können.
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Die Lasteinheiten der Vertikalachse 304 können als effektiver Mitteldruck bezeichnet werden („BMEP“) und die Einheiten der Horizontalachse 306 als Umdrehungen pro Minute („UpM“). Alternativ können selbstverständlich auch andere Einheiten für Last und Drehzahl verwendet werden. In diesem Beispiel für eine Ausführungsform ist der erste Verbrennungsmodus 300 zwischen einer Mindestdrehzahl 308 und einem Drehzahlgrenzwert 310 und zwischen einem ersten Lastgrenzwert 312 und einem zweiten Lastgrenzwert 314 definiert. Der erste Lastgrenzwert kann ein Leerlauf, d. h. eine Minimallast des Motors 102 sein. Der zweite Verbrennungsmodus 302 ist zwischen der Mindestdrehzahl 308 und dem Drehzahlgrenzwert 310 und einem dritten Lastgrenzwert 316 und einem vierten Lastgrenzwert 318 definiert. In diesem Beispiel für eine Ausführungsform ist der zweite Lastgrenzwert größer als der dritte Lastgrenzwert, daher überlagern sich die Verbrennungsmodi 300, 302 im Diagramm. Ein Übergangsbereich 320 zwischen den Verbrennungsmodi 300, 302 kann durch die Überlagerung definiert sein.
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In einem Beispiel für eine Ausführungsform kann der erste Verbrennungsmodus 300 auch als Modus bei geringer Last mit negativer Ventilüberschneidung („LL NVO”) bezeichnet werden (nicht gesondert nummeriert). In diesem ersten Verbrennungsmodus 300 sind das Einlassventil 208 und das Auslassventil 210 nicht zur gleichen Zeit geöffnet. 4 veranschaulicht die Ventilsteuerzeit für den ersten Verbrennungsmodus 300. Genauer stehen in 4 eine vertikale Achse 400 für den Ventilhub und eine horizontale Achse 402 für die Zeit. Öffnen und Schließen des zweiten Ventils 210 wird durch eine zweite Ventilkurve 404 dargestellt, Öffnen und Schließen des ersten Ventils 208 durch eine erste Ventilkurve 406.
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In dem Beispiel für eine Ausführungsform kann der zweite Verbrennungsmodus 302 auch als Modus bei hoher Last mit positiver Ventilüberschneidung („HL PVO”) bezeichnet werden (nicht gesondert nummeriert). In diesem zweiten Verbrennungsmodus 302 können das erste Ventil 208 und das zweite Ventil 210 gleichzeitig geöffnet sein, somit gleichzeitig Ein- und Auslass ermöglichen. 5 veranschaulicht die Ventilsteuerzeit für den zweiten Verbrennungsmodus 302. So wie in 4 stehen in 5 die vertikale Achse 400 für den Ventilhub und die horizontale Achse 402 für die Zeit. Öffnen und Schließen des zweiten Ventils 210 wird durch eine zweite Ventilkurve 404 dargestellt, Öffnen und Schließen des ersten Ventils 208 durch eine erste Ventilkurve 406.
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Nun mit Bezug auf 6 kann ein Verfahren 600 für den Betrieb des Motors 102 in einem Beispiel für eine Ausführungsform das zuvor beschriebene System 100 und die Steuerung 106 verwenden. Es versteht sich jedoch, dass andere Systeme, Steuerungen, Vorrichtungen, und/oder Geräte genutzt werden können, um das hier beschriebene Verfahren 600 durchzuführen.
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Das Verfahren 600 schließt bei 602 die Erfassung eines Übergangs vom ersten Verbrennungsmodus 300 des Motors 102 zum zweiten Verbrennungsmodus 302 des Motors 102 ein. In einem Beispiel für eine Ausführungsform kann zur Erfassung des Übergangs eine Feststellung der Last des Motors 102 gehören. Die Feststellung der Last kann teilweise anhand der zugeführten Kraftstoffmenge durch die Einspritzdüse 218, beispielsweise durch die Pulsdauer erfolgen, wie Fachleute verstehen werden. Der Drehzahlsensor 110 kann ebenfalls bei der Feststellung verwendet werden, ob sich der Motor 102 im Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Verbrennungsmodus 300, 302 befindet, insbesondere durch die Bestimmung, ob die Drehzahl des Motors 102 außerhalb der vorbestimmten Bereiche für den ersten und zweiten Verbrennungsmodus 300, 302 liegt.
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Bei dem Beispiel für eine Ausführungsform in 3 liegt der Übergang vom ersten Verbrennungsmodus 300 in den zweiten Verbrennungsmodus 302 vor, wenn sich Last und Drehzahl des Motors 102 im Übergangsbereich 320 befinden, also wenn die Modi 300, 302 sich im Diagramm überlagern. Es versteht sich jedoch, dass sich der erste und zweite Verbrennungsmodus 300, 302 nicht „überlagern“ müssen und auch andere Techniken zur Bestimmung der Übergangsphase zwischen den Verbrennungsmodi 300, 302 verwendet werden können. In einem Beispiel kann der Übergang zwischen dem ersten und zweiten Verbrennungsmodus 300, 302 bei der Feststellung eintreten, dass sich die Last des Motors 102 einem vorgegebenen Lastgrenzwert nähert, also in dessen Richtung zu- oder abnimmt.
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Bei 604 umfasst das Verfahren 600 auch die Änderung von zumindest einer aus diesen Zeiten: Öffnungszeit, Schließzeit und Öffnungsdauer des ersten Ventils 208 als Reaktion auf die Erfassung des Übergangs. Das Verfahren 600 kann bei 606 auch die Beibehaltung einer Öffnungszeit, Schließzeit und Öffnungsdauer des zweiten Ventils 210 als Reaktion auf die Erfassung des Übergangs umfassen. Als solches ändert sich die Ventilsteuerzeit des ersten Ventils 208 während des Übergangs, die Ventilsteuerzeit des zweiten Ventils 210 bleibt hingegen gleich.
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In einem in 7 gezeigten Beispiel für eine Ausführungsform werden die Öffnungszeit, die Schließzeit und Öffnungsdauer des ersten Ventils 208 jeweils als Reaktion auf die Erfassung des Übergangs verändert. Das heißt, das erste Ventil 208 wird als Reaktion auf die Erfassung des Übergangs zwischen dem ersten Verbrennungsmodus 300 und dem zweiten Verbrennungsmodus 302 früher geöffnet und später geschlossen. Das heißt, das erste Ventil 208 wird während des Übergangs früher geöffnet und später geschlossen, als das erste Ventil 208 im ersten Verbrennungsmodus (in 4 gezeigt) der Fall ist.
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Während das erste Ventil 208 den Einlass 204 regelt, wie in der Ausführungsform in 2 gezeigt, sollte klar sein, dass das erste Ventil 208 auch für die Regelung des Auslasses 206 verwenden werden kann, wie zuvor erläutert. Als solches kann beim Übergang die Öffnungsdauer des Einlasses 204 bzw. Auslasses 208 modifiziert werden.
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Die Veränderung der Öffnungszeit, Schließzeit und Öffnungsdauer des ersten Ventils 208 gemäß der vorstehenden Beschreibung bietet mehrere Vorteile. Zunächst wird der Gesamtwirkungsgrad des Motors 102 verbessert. Das heißt, dass der Motor 102 weniger Kraftstoff verbrennt. Zweitens kann „Motorklingeln“ verringert werden. Schließlich kann der Ausstoß von Stickoxid („NOx“) reduziert werden.
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Bei dem oben beschriebenen Beispiel für eine Ausführungsform regelt das erste Ventil 208 den Einlass 204, während das zweite Ventil 210 den Auslass 206 regelt. Als solches ist während des Überganges die Öffnungsdauer am Einlass 204 länger als die Öffnungsdauer am Auslass 206. Es sollte jedoch klar sein, dass die Ventile 208, 210 in anderen Ausführungsformen vertauscht sein können. Dann kann während des Überganges die Öffnungsdauer am Auslass 206 länger sein, als die Öffnungsdauer am Einlass 204.
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Es versteht sich weiterhin, dass bei einigen Ausführungsformen während des Übergangs mehrere Änderungen von Öffnungszeit, Schließzeit, und/oder Öffnungsdauer für das erste und zweite Ventil 208, 210 eintreten können. Beispielsweise können sich in einer Ausführungsform die Öffnungszeit und die Schließzeit des ersten Ventils 208 während des Übergangs noch zweimal mehr ändern, bevor die Öffnungs- und Schließzeiten des zweiten Verbrennungsmodus' erreicht werden.
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Das Verfahren 600 kann bei 608 auch den Abschluss des Übergangs vom ersten Verbrennungsmodus 300 des Motors 102 zum zweiten Verbrennungsmodus 302 des Motors 102 feststellen. In einem Beispiel für eine Ausführungsform kann zur Erfassung des Übergangsabschlusses die Bestimmung einer Last des Motors 102 gehören. Die Feststellung der Last kann teilweise anhand der zugeführten Kraftstoffmenge durch die Einspritzdüse 218, beispielsweise durch die Pulsdauer erfolgen, wie Fachleute verstehen werden. Der Drehzahlsensor 110 kann ebenfalls bei der Feststellung verwendet werden, ob der Motor 102 den Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Verbrennungsmodus 300, 302 abgeschlossen hat.
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Bei 610 kann das Verfahren 600 auch die Änderung von zumindest einer aus diesen Zeiten umfassen: Öffnungszeit, Schließzeit und Öffnungsdauer des zweiten Ventils 210 als Reaktion auf die Erfassung des Übergangsabschlusses. Nach der Änderung von Öffnungszeit, Schließzeit und/oder Öffnungsdauer des zweiten Ventils 210 können die Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile 208, 210 den zweiten Verbrennungsmodus reflektieren, wie in 5 gezeigt.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Umsetzung der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben werden, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind.
