DE10318630B4 - Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor und zugehöriges Verfahren - Google Patents

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Abstract

Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor (1), der mit zwei Einlassventilen (9a, 9b) und zwei Auslassventilen (10a, 10b) für jeden Zylinder vorgesehen ist, welche aufweist:
einen variablen Ventilmechanismus (14), der eine Hubkurve von einer der zwei Auslassventile (10a, 10b) ändert;
einen Betriebszustandsdetektor, der einen Betriebszustand des Motors (1) detektiert; und
eine Steuer- oder Regeleinheit (20), die ein Detektionssignal von dem Betriebszustandsdetektor empfängt, um den variablen Ventilmechanismus (14) zu steuern oder zu regeln,
wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass
die Steuer- oder Regeleinheit (20) den variablen Ventilmechanismus (14) steuert oder regelt, um eine Ventilüberlappungsperiode festzusetzen, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, wenn der Betriebszustand des Motors (1) ein spezifischer Betriebszustand ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor und ein zugehöriges Verfahren, im speziellen auf eine Technik zum Einstellen einer Zylinderrestgasmenge durch Steuern oder Regeln einer Ventilüberlappung.
  • Bisher war eine variable Ventilzeiteinstellungsvorrichtung zum Steuern oder Regeln einer Zylinderrestgasmenge durch Steuern oder Regeln einer Ventilüberlappungs größe bekannt (Verweis auf die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 6-212928).
  • Wenn die Ventilüberlappungsgröße erhöht wird, wird auch die Zylinderrestgasmenge erhöht, um so eine Verbesserung eines Kraftstoffverbrauchs oder einer Abgasemission zu erzielen.
  • Jedoch trat hier das Problem auf, dass der Gasfluss verringert wird, wenn die Ventilüberlappungsgröße erhöht wird, was die Brennbarkeit verschlechtert.
  • Beispielsweise kollidiert in einem Vierventilmotor, der mit zwei Auslassventilen und. zwei Einlassventilen für jeden Zylinder ausgestattet ist, wenn jedes der Ventile während einer Ventilüberlappungsperiode geöffnet ist, ein Auslassgas, das über die Auslassventile zurückfließt, mit Frischluft, die über die Einlassventile angesaugt wird, mit einer kinetischen Energie, die gleich der der Frischluft ist, wodurch der Gasfluss in dem Zylinder gestört wird.
  • Im Ergebnis kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht gut ausgebildet werden, was die Brennbarkeit verschlechtert.
    •
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor und ein zugehöriges Verfahren anzugeben, die es ermöglichen, den Gasfluss während einer Ventilüberlappungsperiode zu verbessern.
  • Gemäß einem ersten Vorrichtungsaspekt wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen variablen Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
  • Gemäß einem zweiten Vorrichtungsaspekt wird die zuvor genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 10.
  • Gemäß einem Verfahrensaspekt wird die zuvor genannten Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein variables Ventilsteuerungs- oder Regelungsverfahren für einen Motor nach der technischen Lehre des unabhängigen Anspruches 11.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen variablen Ventilsteuerungs- oder Regelungsverfahrens für einen Motor sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
    •
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:
  • 1 ein Diagramm eines Systemaufbaus eines Motors;
  • 2 eine Draufsicht, die Einlass-/Auslassventile und einen Ventiltrieb zeigt;
  • 3 eine Querschnittsansicht, die einen variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismus zeigt;
  • 4 eine Querschnittsansicht, die einen variablen Ventilmechanismus zeigt;
  • 5 eine graphische Darstellung, die eine Änderung von Ventilkurven durch den variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismus und den variablen Ventilmechanismus zeigt;
  • 6 ein Flussdiagramm, das eine Schaltsteuerung oder -regelung der Ventilkurven zeigt;
  • 7 eine graphische Darstellung, die eine Wechselbeziehung zwischen einer Motorrotationsgeschwindigkeit und einer Schaltzeiteinstellung von Ventilkurven zeigt;
  • 8 eine graphische Darstellung, die Ventilhubkurven in einem Niedrigrotationsbereich zeigt;
  • 9 ein Diagramm, das einen Zustand eines Gasflusses während einer Überlappungsperiode in den Ventilhubkurven in 8 zeigt;
  • 10 eine graphische Darstellung, die Ventilkurven in einem Hochrotationsbereich zeigt;
  • 11 eine graphische Darstellung von Ventilkurven, die eine Anordnung zum Erhöhen der Überlappung durch Verzögern einer Ventilzeiteinstellung des Auslassventils zeigen;
  • 12 eine graphische Darstellung von Ventilkurven, die eine Anordnung zum Erhöhen der Überlappung durch Verzögern der Ventilzeiteinstellung des Auslassventils und Beschleunigen einer Ventilzeiteinstellung der Einlassventile zeigen;
  • 13 eine graphische Darstellung, die Ventilkurven in einer Ausführungsform zum Geschlossenhalten der Auslassventile in dem Niedrigrotationsbereich zeigt;
  • 14 ein Flussdiagram, das eine Schaltsteuerung oder -regelung von Ventilkurven in einer Ausführungsform zum Schalten einer Hubgröße eines Einlassventils gemeinsam mit einer Hubgröße eines Auslassventils zeigt;
  • 15 eine graphische Darstellung, die Ventilkurven in einer Ausführungsform zum Festsetzen der Überlappungsperiode in dem Niedrigrotationsbereich durch ein Einlassventil und ein Auslassventil zeigt;
  • 16 ein Diagramm eines Zustandes, der einen Gasfluss während einer Überlappungsperiode in den Ventilkurven in 15 zeigt;
  • 17 ein Diagramm, das eine Ausführungsform zeigt, in welcher Öffnungsdurchmesser von zwei Auslassventilen voneinander verschieden sind;
  • 18 ein Diagramm, das eine Ausführungsform zeigt, in welcher Ventildurchmesser von zwei Auslassventilen voneinander verschieden sind;
  • 19 ein Diagramm, das eine Ausführungsform zeigt, in welcher Öffnungsdurchmesser und Ventildurchmesser von zwei Auslassventilen voneinander verschieden sind;
  • 20 ein Diagramm, das eine Ausführungsform zeigt, in welcher Öffnungsdurchmesser von zwei Auslassventilen voneinander verschieden sind und Öffnungsdurchmesser von zwei Einlassventilen voneinander verschieden sind;
  • 21 ein Diagramm, das eine Ausführungsform zeigt, in welcher Ventildurchmesser von zwei Auslassventilen voneinander verschieden sind und Ventildurchmesser von zwei Einlassventilen voneinander verschieden sind; und
  • 22 ein Diagramm, das eine Ausführungsform zeigt, in welcher Öffnungsdurchmesser und Ventildurchmesser von Auslassventilen voneinander verschieden sind und Öffnungsdurchmesser und Ventildurchmesser von zwei Einlassventilen voneinander verschieden sind.
  • 1 zeigt einen Systemaufbau eines Motors in Ausführungsformen.
  • In 1 wird Luft in eine Verbrennungskammer von jedem Zylinder in einem Motor 1 über einen Luftfilter 2, einen Einlasskanal 3 und ein elektronisch gesteuertes oder geregeltes Drosselventil 4 gezogen.
  • Hier ist ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 5 für ein Direkteinspritzen von Kraftstoff (Benzin) in die Verbrennungskammer von jedem Zylinder vorgesehen. Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch wird in der Verbrennungskammer durch den Kraftstoff ausgebildet, der von dem Kraftstoffeinspritzventil 5 eingespritzt wird.
  • Das Kraftstoffeinspritzventil 5 wird mittels einer Stromversorgung an seinen Solenoiden durch einen Einspritzimpulssignalausgang von einer Steuer- oder Regeleinheit 20 geöffnet, um Kraftstoff einzuspritzen, der bei einem vorbestimmten Druck eingestellt ist.
  • Das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in der Verbrennungskammer ausgebildet wird, wird durch eine Zündkerze 5 entzündet, um zu brennen.
  • Der Motor 1 kann auch ein Motor sein, in welchem Kraftstoff in eine Einlassöffnung eingespritzt wird.
  • Auslassgas von dem Motor 1 wird von einem Auslasskanal 7 abgelassen.
  • Ein Katalysator 8 ist in dem Auslasskanal 7 vorgesehen.
  • Der Katalysator 8 ist ein Dreiwegekatalysator, welcher Kohlenmonoxid CO und Kohlenwasserstoff HC in dem Auslassgas oxidiert und Stickoxid NOx reduziert, um diese in harmloses Kohlendioxid, Wasserdampf bzw. Stickstoff umzuwandeln.
  • Wie in 2 gezeigt, weist der Motor 1 zwei Einlassventile 9a und 9b und zwei Auslassventile 10a und 10b für jeden Zylinder auf.
  • Die Einlassventile 9a und 9b werden durch einen Nocken, der an einer einlassseitigen Nockenwelle 11 vorgesehen ist, angetrieben, um zu öffnen bzw. zu schließen.
  • Die Auslassventile 10a und 10b werden durch einen Nocken, der an einer auslassseitigen Nockenwelle 12 vorgesehen ist, angetrieben, um zu öffnen bzw. zu schließen.
  • Ein variabler Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 ist an der einlassseitigen Nokkenwelle 11 vorgesehen.
  • Der variable Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 dient dazu, eine Ventilzeiteinstellung der Einlassventile 9a und 9b durch Ändern einer Phase der einlassseitigen Nockenwelle 11 relativ zu einer Kurbelwelle zu ändern.
  • Der Aufbau des variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 wird im Detail anhand von 3 beschrieben.
  • Der variable Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 weist ein Innengetriebe 31, das an der Nockenwelle 11 befestigt ist, ein Außengetriebe 34, das an einem Gehäuse 33 ausgebildet ist, das einstückig mit einer Nockenrolle 32 ausgebildet ist, zu welcher eine Rotation der Kurbelwelle übertragen wird, und ein Zwischengetriebe 35 auf, das mit den Getrieben 31 und 34 in Eingriff ist.
  • Wenn das Zwischengetriebe 35 in einer Axialrichtung verstellt wird, wird die Nokkenwelle 11 relativ zu der Nockenrolle 32 rotiert, um eine Ventilzeiteinstellung der Einlassventile 9a und 9b zu variieren.
  • Ein unter Druck gesetztes Öl von einer Ölverteilung 38 eines Zylinderkopfes 37 und dergleichen wird von einem Lagerbereich 39 der Nockenwelle 11 über einen Ölkanal 40 in der Nockenwelle 11 in eine Ölkammer 36 eingeführt, die an einer Seite des Zwischengetriebes 35 ausgebildet ist.
  • Weiterhin ist ein elektromagnetisches Ventil 41 für ein Öffnen bzw. Schließen einer Entlastungsöffnung des Ölkanals 40 an dem anderen Ende der Nockenwelle 11 vorgesehen.
  • Wenn das elektromagnetische Ventil 41 geschlossen wird (die Stromversorgung ist AN), wirkt das unter Druck gesetzte Öl von der Ölverteilung 38 auf das Zwischenge triebe 35, so dass das Zwischengetriebe 35 in der Figur nach rechts gegen eine Rückholfeder 42 verstellt wird, wodurch die Ventilzeiteinstellung beschleunigt wird.
  • Wenn andererseits das elektromagnetische Ventil geöffnet wird (die Stromversorgung ist AUS) wird das unter Druck gesetzte Öl freigegeben, so dass das Zwischengetriebe 35 durch die Rückholfeder 42 zu einer Anfangsposition (einer am meisten verzögerten Position), wie in der Figur gezeigt, zurückgestellt wird.
  • Es ist zu beachten, dass der variable Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 nicht auf den obigen Aufbau beschränkt ist, und es ist möglich, alle der bekannten variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismen, wie z.B. einen Flügeltypmechanismus, einen Mechanismus, der eine elektromagnetische Bremse verwendet, und dergleichen zu verwenden.
  • Weiter ist hier ein variabler Ventilmechanismus 14 vorgesehen, der einen Nocken zum Öffnen bzw. Schließen des Auslassventils 10b schaltet.
  • 4 zeigt den variablen Ventilmechanismus 14.
  • In 4 wird ein Hauptkipphebel 52 gestützt, um in der Lage zu sein, an seinem Endbereich durch eine Kipphebelachse 51 zu schwingen, und ein Hilfskipphebel 53 ist an der Kipphebelachse 51 benachbart zu dem Hauptkipphebel 52 vorgesehen.
  • Der Hilfskipphebel 53 wird gestützt, um in der Lage zu sein, durch eine Hilfskipphebelachse 54 zu schwingen, die zu dem Hauptkipphebel 52 geneigt ist.
  • Der Hauptkipphebel 52 weist an seiner oberen Fläche eine Nockenstößelrolle 55 auf, und ein schwingendes Ende 52a davon drückt ein Schaftende des Auslassventils 10b.
  • Es ist zu beachten, dass der Hilfskipphebel 53 kürzer als der Hauptkipphebel 52 ausgebildet ist und mit einem Nockenstößelbereich 56 an einer oberen Fläche eines spitzen Endbereiches davon vorgesehen ist.
  • An der auslassseitigen Nockenwelle 12, die über der Kipphebelachse 51 vorgesehen ist, sind ein Niedrighubnocken 57 und ein Hochhubnocken 58 benachbart zueinander ausgebildet.
  • Der Niedrighubnocken 57 ist ein Nocken mit einer geringen Ventilhubgröße für ein Kontaktieren der Nockenstößelrolle 55 des Hauptkipphebels 52.
  • Der Hochhubnocken 58 ist ein Nocken mit einer großen Ventilhubgröße für ein gleitendes Kontaktieren des Nockenstößelbereiches 56 des Hilfskipphebels 53.
  • Es ist zu beachten, dass der Hilfskipphebel 53 durch eine Leerlauffeder 59 dazu gebracht wird, nach oben zu rotieren, so dass ein gleitender Kontaktzustand des Hilfskipphebels 53 mit dem Hochhubnocken 58 in einem Zustand gehalten wird, in dem der Hilfskipphebel 53 von dem Hauptkipphebel 52 gelöst ist.
  • Weiterhin ist ein Kupplungshebel 60 als ein Kupplungsmechanismus für ein selektives Kuppeln der Haupt- und Nebenkipphebel 52 und 53 unter dem Hilfskipphebel 53 vorgesehen.
  • Der Kupplungshebel 60 ist gestützt, um durch einen Stift 60, der an dem Hauptkipphebel 52 vorgesehen ist, rotierbar zu sein, und ein oberer Endbereich des Kupplungshebels 60 kann mit einer Einrückschulter 62 an einer unteren Fläche des Hilfskipphebels 53 in Eingriff gebracht werden.
  • Dann wird der Kupplungshebel 60 immer durch eine Rückholfeder (in der Figur nicht gezeigt) zu einer Eingriffsfreigeberichtung gezwungen, und ein hydraulischer Druckkolben 63 ist gegenüber eines unteren Endbereiches des Kupplungshebels 60 angeordnet. Wenn der Druckkolben 63 hervorragt, wird der Kupplungshebel 60 zu einer Eingriffsrichtung rotiert.
  • Einem hydraulischen Zylinder 64, in welchen der Druckkolben 63 gleitbar eingepasst ist, wird ein Öldruck über eine Ölbohrung 65 in dem Hauptkipphebel 52 und einen Öldruckversorgungskanal 66 in der Kipphebelachse 51 zugeführt.
  • Wenn der Öldruck zu dem hydraulischen Zylinder 64 über den Öldruckversorgungskanal 66 zugeführt wird, wird entsprechend der Kupplungshebel 66 zu der Eingriffsrichtung rotiert, um mit der Einrückschulter 62 des Hilfskipphebels 53 in Eingriff zu kommen.
  • Wenn der Hilfskipphebel 53 durch den Hochhubnocken 58 nach unten gedrückt wird, arbeitet daher der Hauptkipphebel 52 einstückig mit dem Hilfskipphebel 53, so dass das Auslassventil 10b in Übereinstimmung mit einem Profil des Hochhubnokkens geöffnet bzw. geschlossen wird.
  • Wenn weiter der Öldruck freigesetzt wird, wird der Kupplungshebel 60 durch die Rückholfeder zu einer Richtung für ein Freigeben des Eingriffs rotiert, und im Ergebnis wird der obere Endbereich davon von der Einrückschulter 62 gelöst.
  • Daher wird der Hilfskipphebel 53 von dem Hauptkipphebel 52 gelöst, und das Auslassventil 10b wird in Übereinstimmung mit einem Profil des Niedrighubnockens 57 über den Hauptkipphebel 52 geöffnet bzw. geschlossen.
  • Hier werden die Öffnungs- bzw. Schließkurven des Auslassventils 10b durch den Niedrighubnocken 57 und den Hochhubnocken 58 festgesetzt, wie in 5 gezeigt.
  • Wie in 5 gezeigt, ist jede Öffnungszeit des Auslassventils 10b durch den Niedrighubnocken 57 und den Hochhubnocken 58 etwa gleich. Jedoch ist ein Arbeitswinkel auf der Seite des Niedrighubnockens 57 gering, so dass das Auslassventil 10b bei einer früheren Zeiteinstellung als der Schließzeit durch den Hochhubnocken 58 geschlossen wird.
  • Es ist zu beachten, dass die Profile der Nocken zum Öffnen bzw. Schließen des Auslassventils 10a gleich dem Profil des Hochhubnockens 58 festgesetzt werden. Damit werden in einem Zustand, in dem das Auslassventil 10b durch den Hochhubnocken 58 geöffnet bzw. geschlossen wird, die Auslassventile 10a und 10b mit der gleichen Ventilzeiteinstellung und durch die gleiche Ventilhubgröße geöffnet bzw. geschlossen.
  • Wenn andererseits die Ventilzeiteinstellung der Einlassventile 9a und 9b durch den variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 beschleunigt wird, deckt sich jede Öffnungszeit der Einlassventile 9a und 9b im Wesentlichen mit der Schließzeit des Auslassventils 10b durch den Niedrighubnocken 57.
  • Wenn weiter die Ventilzeiteinstellung der Einlassventile 9a und 9b verzögert wird, wird jede Öffnungszeit der Einlassventile 9a und 9b so festgesetzt, dass sie sich im Wesentlichen mit der Schließzeit des Auslassventils 10b durch den Hochhubnocken 58 deckt.
  • Eine Steuer- oder Regeleinheit 20 ist mit einem Mikrocomputer ausgestattet, der eine CPU, einen ROM, einen RAM, einen A/D-Wandler, eine Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle usw. aufweist.
  • Die Steuer- oder Regeleinheit 20 steuert oder regelt das Drosselventil 4, das Kraftstoffeinspritzventil 5, die Zündkerze 6, den variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 und den variablen Ventilmechanismus 14 auf der Grundlage von Detektionssignalen von verschiedenen Sensoren.
  • Die verschiedenen Sensoren weisen einen Kurbelwinkelsensor 21 zum Detektieren eines Kurbelwinkels des Motors 1 und einen Nockensensor 22 für ein Ausgeben eines Zylinderunterscheidungssignals auf. Eine Rotationsgeschwindigkeit Ne des Motors 1 wird auf der Grundlage eines Signals von dem Kurbelwinkelsensor 21 berechnet.
  • Zusätzlich ist ein Luftflussmesser 23 zum Detektieren einer Einlassluftflussmenge Qa, ein Beschleunigungssensor 24 zum Detektieren einer Höhe der Niedergedrücktheit eines Gaspedals APS (Gaspedalöffnung), ein Drosselsensor 25 zum Detektieren eines Öffnungsgrades TVO des Drosselventils 4, ein Wassertemperatursensor 26 zum Detektieren einer Kühlwassertemperatur Tw, ein Sauerstoffsensor 27 zum Detektieren einer Sauerstoffkonzentration des Auslassgases und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 28 zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit VSP vorgesehen.
  • Im folgenden werden die Steuerungen oder Regelungen des variablen Ventilszeiteinstellungsmechanismus 13 und des variablen Ventilmechanismus 14 durch die Steuer- oder Regeleinheit 20 im Detail anhand eines Flussdiagramms in 6 beschrieben.
  • In dem Flussdiagramm in 6 wird im Schritt S1 eine Bewertung eines Schaltflags F durchgeführt.
  • Es ist zu beachten, dass ein Anfangswert des Schaltflags F 0 ist.
  • Wenn das Flag F = 0, geht die Steuerung oder Regelung zu Schritt S2, wo festgestellt wird, ob die Motorrotationsgeschwindigkeit Ne gleich oder höher als ein Schwellenwert Ne1 ist oder nicht ist (siehe 7).
  • Wenn das Flag F = 0 und auch Ne < Ne1, geht die Steuerung oder Regelung weiter zu Schritt S3.
  • Im Schritt S3 wird der variable Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 so gesteuert oder geregelt, dass die Ventilzeiteinstellung der Einlassventile 9a und 9b beschleunigt wird, und auch der variable Ventilmechanismus 14 wird so gesteuert oder geregelt, dass der Niedrighubnocken 57 als ein Nocken für ein Antreiben des Auslassventils 10b genutzt wird, um zu öffnen bzw. zu schließen.
  • Als ein Ergebnis der obigen Steuerungen oder Regelungen deckt sich in den Öffnungskurven der Einlass- bzw. Auslassventile, wie in 8 gezeigt, die Schließzeit des Auslassventils 10b mit jeder Öffnungszeit der Einlassventile 9a und 9b, und danach wird das Auslassventil 10a um einen vorbestimmten Winkel rotiert, um geschlossen zu werden. Eine Ventilüberlappungsperiode wird auf der Grundlage der Öffnungszustände der Einlassventile 9a und 9b und des Öffnungszustandes von nur dem Auslassventil 10a festgesetzt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird durch Beschleunigen der Ventilzeiteinstellung der Einlassventile 9a und 9b in einem Niedrigrotationsbereich eine Überlappungsgröße erhöht, um eine Zylinderrestgasmenge zu erhöhen, um einen Kraftstoffverbrauch und eine Abgasemission zu verbessern und gleichzeitig wird nur das Auslassventil 10a gesteuert oder geregelt, um während der Ventilüberlappungsperiode zu öffnen.
  • Der Gasfluss in dem Zylinder während der Ventilüberlappungsperiode in dem Niedrigrotationsbereich ist in 9 gezeigt.
  • Es ist zu beachten, dass in 9 eine Markierung X, die an dem Auslassventil 10b gezeigt ist, anzeigt, dass das Auslassventil 10b geschlossen ist.
  • Da nur das Auslassventil 10a in der Auslassseite geöffnet wird, während beide Einlassventile 9a und 9b in der Einlassseite geöffnet sind, so dass ein Kanal, durch welchen das Auslassgas zurückfließen soll, verengt ist, fließt das Auslassgas über das Auslassventil 10a mit einer höheren Geschwindigkeit zurück als die Einlassluft.
  • Damit wird der Auslassgasfluss mit der höheren Geschwindigkeit der Hauptfluss, um den rechtsläufigen Gasfluss in dem Zylinder auszubilden.
  • Im Vergleich zu dem Fall, wo alle der Ventile während der Ventilüberlappungsperiode geöffnet sind, so dass der Fluss von der Einlassseite und der Fluss von der Auslassseite miteinander interferieren, wird daher der Gasfluss in dem Zylinder verbessert.
  • Im Ergebnis ist es möglich, die Überlappungsperiode auszudehnen, um die Zylinderrestgasmenge zu erhöhen, während eine hohe Brennbarkeit abgesichert wird, und um eine besonders starke Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemission durch Erhöhen der Zylinderrestgasmenge zu erreichen.
  • Da weiter der Niedrighubnocken 57 für das Antreiben des Auslassventils 10b verwendet wird, um ein Nockenantriebsdrehmoment zu verringern, ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch und die Leistung zu verbessern.
  • Da die Zylinderrestgasmenge erhöht werden kann, ist es möglich, einen Anstieg der Abgastemperatur beim Starten des Motors zu erzielen. Daher ist es möglich, den Katalysator 8 sofort zu aktivieren, um eine Ablassmenge von nicht verbrannten Komponenten zu verringern.
  • Wenn andererseits in Schritt S2 festgestellt wird, dass die Motorrotationsgeschwindigkeit Ne gleich oder höher als der Schwellenwert Ne1 ist, geht die Steuerung oder Regelung weiter zu Schritt S4, wo das Flag F auf 1 festgesetzt wird.
  • In dem nächsten Schritt S5 wird der variable Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 so gesteuert oder geregelt, dass die Ventilzeiteinstellung der Einlassventile 9a und 9b verzögert wird, und der Hochhubnocken 58 wird auch als der Nocken zum Antreiben des Auslassventils 10b verwendet, um zu öffnen bzw. zu schließen.
  • Entsprechend werden beide Auslassventile 10a und 10b in Übereinstimmung mit dem Profil des Hochhubnockens 58 geöffnet bzw. geschlossen, und auch die Ventilüberlappung wird 0 (siehe 10).
  • Wenn in Schritt S1 festgestellt wird, dass das Flag F 1 ist, geht die Steuerung oder Regelung weiter zu Schritt S6.
  • In Schritt S6 wird festgestellt, ob die Motorrotationsgeschwindigkeit Ne kleiner oder gleich einem Schwellenwert Ne2 ist oder nicht (< Ne1: siehe 7).
  • Dann wird das Flag bei F = 1 gehalten, bis die Motorrotationsgeschwindigkeit Ne auf den Schwellenwert Ne2 oder geringer verringert ist, und die Steuerung oder Regelung geht weiter zu Schritt S5.
  • Dadurch wird der Zustand, in dem die Ventilzeiteinstellung der Einlassventile 9a und 9b verzögert ist und auch beide der Auslassventile 10a und 10b in Übereinstimmung mit dem Profil des Hochhubnockens 58 geöffnet bzw. geschlossen werden, aufrechterhalten.
  • Wenn andererseits die Motorrotationsgeschwindigkeit Ne den Schwellenwert Ne2 oder einen geringeren Wert erreicht, geht die Steuerung oder Regelung weiter zu Schritt S7, wo das Flag F auf 0 festgesetzt wird, und dann geht die Steuerung oder Regelung weiter zu Schritt S3.
  • Es ist zu beachten, dass es möglich ist, anstelle eines Beschleunigens der Ventilzeiteinstellung der Einlassventile 9a und 9b, durch Bereitstellen des variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 an der auslassseitigen Nockenwelle 12, wie in 11 gezeigt, die Ventilzeiteinstellung der Auslassventile 10a und 10b in dem Niedrigrotationsbereich zu verzögern, um die Ventilüberlappungsgröße in dem Niedrigrotationsbereich zu erhöhen.
  • Weiterhin ist es durch Bereitstellen des variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 auf jeder der einlassseitigen Nockenwellen 11 und der auslassseitigen Nockenwelle 12, wie in 12 gezeigt, möglich, die Ventilzeiteinstellung der Einlassventile 9a und 9b zu beschleunigen und die Auslassventile 10a und 10b zu verzögern, um die Ventilüberlappungsgröße in dem Niedrigrotationsbereich zu erhöhen.
  • Weiterhin kann das Auslassventil 10b in dem Niedrigrotationsbereich geschlossen gehalten werden (siehe 13).
  • In diesem Fall kann der Niedrighubnocken 57 mit einem Profil festgesetzt werden, das das Auslassventil 10b nicht zum Öffnen antreibt.
  • In der obigen Ausführungsform ist der Aufbau so, dass beide Einlassventile 9a und 9b während der Ventilüberlappungsperiode geöffnet sind. Wenn jedoch nur das Einlassventil 9a, das dem Auslassventil 10a gegenüber ist, wobei das Zylinderzentrum dazwischen ist, geöffnet ist, kann der Gasfluss weiter verbessert werden.
  • In diesem Fall ist hier der variable Ventilmechanismus 10 vorgesehen, der zwischen einem Niedrighubnocken und einem Hochhubnocken schaltet, der als ein Nocken zum Antreiben des Einlassnockens 9a verwendet wird, und, wie in einem Flussdiagramm von 14 gezeigt ist, der Nocken zum Antreiben des Einlassnockens 9a wird geschaltet.
  • Das heißt in dem Hochrotationsbereich, dass beide Einlassventile 9a und 9b durch den Hochhubnocken geöffnet bzw. geschlossen werden (Schritt S5a), während in dem Niedrigrotationsbereich das Einlassventil 9a durch den Niedrighubnocken geöffnet bzw. geschlossen wird (Schritt S3a) und das Einlassventil 9b nach dem Ablauf der Überlappungsperiode geöffnet wird (siehe 15).
  • Gemäß dem obigen Aufbau fließt, wie in 16 gezeigt, das Auslassgas, das in den Zylinder von dem Auslassventil 10a zurückfließt, zu dem geschlossenen Einlassventil 9a, wodurch der rechtsläufige Gasfluss gebildet wird.
  • Andererseits fließt die Frischluft, die in den Zylinder von dem Einlassventil 9b eingeführt wird, auch zu dem geschlossenen Auslassventil 10b, wodurch der rechtsläufige Gasfluss gebildet wird, der in 16 gezeigt ist. Im Ergebnis wird, wie in 16 gezeigt, ein starker rechtsläufiger Gasfluss ausgebildet.
  • Entsprechend ist es, im Vergleich mit dem Fall, wo beide Einlassventile 9a und 9b während der Ventilüberlappungsperiode geöffnet sind, möglich, den starken Gasfluss auszubilden, wodurch es möglich ist, die Zylinderrestgasmenge weiter zu erhöhen.
  • Es ist zu beachten, dass in dem Aufbau, in welchem nur das Einlassventil 9a während der Ventilüberlappungsperiode geöffnet ist, das Auslassventil 10b angetrieben werden kann, um vor der Ventilüberlappungsperiode zu öffnen, oder völlig geschlossen bleiben kann.
  • Zusätzlich ist es in dem Aufbau, in welchem die Einlassventile 9a und 9b und des Auslassventils 10a während der Ventilüberlappungsperiode geöffnet sind, möglich, wenn ein Durchmesser (Öffnungsbereich) einer Auslassöffnung, zu welcher das Auslassventil 10a geneigt ist, und/oder ein Durchmesser des Auslassventils 10a geringer sind als die an der Seite des Auslassventils 10b, eine Flussrate des Auslassgases zu erhöhen, das in dem Zylinder über das Auslassventil 10a zurückfließt, wodurch es möglich ist, den Gasfluss in dem Zylinder zu verbessern.
  • 17 zeigt ein Beispiel, in welchem ein Durchmesser einer Auslassöffnung 81a, bei welcher das Auslassventil 10a angeordnet ist, geringer ist als ein Durchmesser einer Auslassöffnung 81b, bei welcher das Auslassventil 10b angeordnet ist.
  • 18 zeigt ein Beispiel, in welchem der Durchmesser des Auslassventils 10a geringer als der Durchmesser des Auslassventils 10b ist.
  • 19 zeigt ein Beispiel, in welchem der Durchmesser der Auslassöffnung 81a, bei welcher das Auslassventil 10a angeordnet ist, geringer als der Durchmesser der Auslassöffnung 81b ist, bei welcher das Auslassventil 10b angeordnet ist, und auch ist der Durchmesser des Auslassventils 10a geringer als der Durchmesser des Auslassventils 10b.
  • Weiterhin können in dem Aufbau, in welchem das Einlassventil 9b und das Auslassventil 10a während der Ventilüberlappungsperiode geöffnet werden, der Durchmesser der Auslassöffnung, bei welcher das Auslassventil 10a angeordnet ist und/oder der Durchmesser des Auslassventils 10a geringer als die an der Seite des Auslassventils 10b sein, und auch kann ein Durchmesser einer Einlassöffnung, bei welcher das Einlassventils 9d angeordnet ist, und/oder ein Durchmesser des Einlassventils 9b geringer sein als die an der Seite des Einlassventils 9a.
  • 20 zeigt ein Beispiel, in welchem ein Durchmesser einer Einlassöffnung 82b, bei welcher das Einlassventil 9b angeordnet ist, geringer ist als ein Durchmesser einer Einlassöffnung 82a, bei welcher das Einlassventil 9a angeordnet ist, und auch der Durchmesser der Auslassöffnung 81a, bei welcher das Auslassventil 10a angeordnet ist, geringer als der Durchmesser der Auslassöffnung 81b ist, bei welcher das Auslassventil 10b angeordnet ist.
  • 21 zeigt ein Beispiel, in welchem der Durchmesser des Einlassventils 9b geringer als der Durchmesser des Einlassventils 9a ist, und auch der Durchmesser des Auslassventils 10a geringer als der Durchmesser des Auslassventils 10b ist.
  • 22 zeigt ein Beispiel, in welchem der Durchmesser der Einlassöffnung 82b, bei welcher das Einlassventil 9b angeordnet ist, geringer als der Durchmesser der Einlassöffnung 82a ist, bei welcher das Einlassventil 9a angeordnet ist, und auch der Durchmesser des Einlassventils 9b geringer als der Durchmesser des Einlassventils 9a ist, und weiterhin der Durchmesser der Auslassöffnung 81a, bei welcher das Auslassventil 10a angeordnet ist, geringer als der Durchmesser der Auslassöffnung 81b ist, bei welcher das Auslassventil 10b angeordnet ist, und der Durchmesser des Auslassventils 10a geringer als der Durchmesser des Auslassventils 10b ist.
  • Wenn weiter der Aufbau so ist, dass ein Aktor (z.B. ein Elektromagnet) einzeln für jedes der Einlass- und Auslassventile vorgesehen ist, um beliebig die Öffnungs- bzw. Schließzeit von jedem der Einlass- und Auslassventile zu steuern oder zu regeln, ist es möglich, die Ventilüberlappungsperiode, in welcher nur eines der zwei Auslassventile geöffnet wird, ohne Verwendung des variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismus 13 oder des variablen Ventilmechanismus 14 festzusetzen.
  • Darüber hinaus braucht das Auslassventil 10b nicht während der ganzen Ventilüberlappungsperiode geschlossen zu sein, und der Aufbau kann so sein, dass das Auslassventil 10b bis zu einer Anfangszeit der Ventilüberlappungsperiode geöffnet ist und danach geschlossen wird.

Claims (18)

  1. Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor (1), der mit zwei Einlassventilen (9a, 9b) und zwei Auslassventilen (10a, 10b) für jeden Zylinder vorgesehen ist, welche aufweist: einen variablen Ventilmechanismus (14), der eine Hubkurve von einer der zwei Auslassventile (10a, 10b) ändert; einen Betriebszustandsdetektor, der einen Betriebszustand des Motors (1) detektiert; und eine Steuer- oder Regeleinheit (20), die ein Detektionssignal von dem Betriebszustandsdetektor empfängt, um den variablen Ventilmechanismus (14) zu steuern oder zu regeln, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuer- oder Regeleinheit (20) den variablen Ventilmechanismus (14) steuert oder regelt, um eine Ventilüberlappungsperiode festzusetzen, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, wenn der Betriebszustand des Motors (1) ein spezifischer Betriebszustand ist.
  2. Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilüberlappungsperiode, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, durch Öffnen der Einlassventile (9a, 9b) synchron mit einer Schließzeit des einen Auslassventils festgesetzt ist, und danach das andere Auslassventil geschlossen wird.
  3. Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter aufweist: einen einlassseitigen variablen Ventilmechanismus, der eine Hubkurve von einem der zwei Einlassventile (9a, 9b) ändert, wobei während der Ventilüberlappungsperiode, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, die Steuer- oder Regeleinheit (20) den einlassseitigen variablen Ventilmechanismus steuert oder regelt, um nur das Einlassventil von den zwei Einlassventilen (9a, 9b) zu öffnen, das dem Auslassventil gegenüber ist, das geöffnet werden soll, wobei das Zylinderzentrum dazwischen ist.
  4. Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungsbereich einer Auslassöffnung (81a) des Auslassventils (10a), das während der Ventilüberlappungsperiode geöffnet werden soll, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, so ausgebildet ist, dass er geringer als ein Öffnungsbereich einer Auslassöffnung (81b) des Auslassventils (10b) ist, das zu schließen ist.
  5. Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventildurchmesser des Auslassventils (10a), das während der Ventilüberlappungsperiode zu öffnen ist, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, geringer als ein Ventildurchmesser des Auslassventils (10b) ausgebildet ist, das zu schließen ist.
  6. Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustandsdetektor eine Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne) detektiert, und die Steuer- oder Regeleinheit (20) die Ventilüberlappungsperiode festsetzt, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, wenn die Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne) geringer als ein Schwellenwert (Ne1) ist.
  7. Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustandsdetektor eine Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne) detektiert, und die Steuer- oder Regeleinheit (20) die Ventilüberlappungsperiode ausdehnt und auch die Ventilüberlappungsperiode festsetzt, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, wenn die Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne) geringer als ein Schwellenwert (Ne1) ist.
  8. Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Ventilmechanismus (14) als ein Nocken zum Öffnen bzw. Schließen eines der Auslassventile (10a, 10b) zwischen einem Nocken mit einem Ventilhub, der der gleiche wie der des anderen Auslassventils ist, und einem Nocken mit einem Ventilhub, der geringer als der des anderen Auslassventils ist, schaltet.
  9. Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter aufweist: einen variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismus (13), der eine Ventilzeiteinstellung von den zwei Einlassventilen (9a, 9b) ändert, wobei der Betriebszustandsdetektor eine Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne) detektiert; und der variable Ventilmechanismus (14) als ein Nocken zum Öffnen bzw. Schließen eines der Auslassventile (10a, 10b) zwischen einem Nocken mit einem Ventilhub, der der gleiche wie der des anderen Auslassventils ist, und einem Nocken mit einem Ventilhub, der geringer als der des anderen Auslassventils ist, schaltet, und wobei, wenn die Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne) geringer als ein Schwellenwert (Ne1) ist, die Steuer- oder Regeleinheit (20) den variablen Ventilzeiteinstellungsmechanismus (13) steuert oder regelt, um die Ventilzeiteinstellung der Ein lassventile (9a, 9b) zu beschleunigen, und auch den variablen Ventilmechanismus (14) steuert oder regelt, um eines der Auslassventile (10a, 10b) mittels des Nockens mit dem geringeren Ventilhub (57) anzutreiben, und hierdurch die Ventilüberlappungsperiode festzusetzen, in welcher eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist.
  10. Variable Ventilsteuerungs- oder Regelungsvorrichtung für einen Motor (1), der mit zwei Einlassventilen (9a, 9b) und zwei Auslassventilen (10a, 10b) für jeden Zylinder vorgesehen ist, welche aufweist: ein variables Ventilelement (14) zum Ändern einer Hubkurve von einem der zwei Auslassventile (10a, 10b); und ein Betriebszustandsdetektionselement zum Detektieren eines Betriebszustands des Motors (1), wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie weiter aufweist: ein Steuer- oder Regelelement (20) zum Steuern oder Regeln des variablen Ventilelementes (14), um eine Ventilüberlappungsperiode festzusetzen, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, wenn der Betriebszustand des Motors (1), der durch das Betriebszustandsdetektionselement detektiert wird, ein spezifischer Betriebszustand ist.
  11. Variables Ventilsteuerungs- oder Regelungsverfahren für einen Motor (1), der mit zwei Einlassventilen (9a, 9b) und zwei Auslassventilen (10a, 10b) für jeden Zylinder vorgesehen ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte aufweist: Detektieren eines Betriebszustandes des Motors (1); und Festsetzen einer Ventilüberlappungsperiode, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, wenn der Betriebszustand des Motors (1) ein spezifischer Betriebszustand ist.
  12. Variables Ventilsteuerungs- oder Regelungsverfahren für einen Motor (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Festsetzens der Ventilüberlappungsperiode die Schritte aufweist: Öffnen der Einlassventile (9a, 9b) synchron mit einer Schließzeit des einen Auslassventils; und danach Schließen des anderen Auslassventils.
  13. Variables Ventilsteuerungs- oder Regelungsverfahren für einen Motor (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Festsetzens der Ventilüberlappungsperiode den Schritt aufweist: Öffnen nur des Einlassventils von den zwei Einlassventilen (9a, 9b), welches dem Auslassventil gegenüber ist, das zu öffnen ist, wobei das Zylinderzentrum dazwischen ist, während der Ventilüberlappungsperiode, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist.
  14. Variables Ventilsteuerungs- oder Regelungsverfahren für einen Motor (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungsbereich einer Auslassöffnung (81a) des Auslassventils (10a), das während der Ventilüberlappungsperiode zu öffnen ist, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, geringer ausgebildet ist als ein Öffnungsbereich einer Auslassöffnung (81b) des Auslassventils (10b), das zu schließen ist.
  15. Variables Ventilsteuerungs- oder Regelungsverfahren für einen Motor (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventildurchmesser des Auslassventils, das während der Ventilüberlappungsperiode zu öffnen ist, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, geringer als ein Ventildurchmesser des Auslassventils ausgebildet ist, das zu schließen ist.
  16. Variables Ventilsteuerungs- oder Regelungsverfahren für einen Motor (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Festsetzens der Ventilüberlappungsperiode die Schritte aufweist: Detektieren einer Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne); und Festsetzen der Ventilüberlappungsperiode, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geschlossen ist, wenn die Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne) geringer als ein Schwellenwert (Ne1) ist.
  17. Variables Ventilsteuerungs- oder Regelungsverfahren für einen Motor (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Festsetzens der Ventilüberlappungsperiode die Schritte aufweist: Detektieren einer Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne); und Ausdehnen der Ventilüberlappungsperiode und auch Festsetzen der Ventilüberlappungsperiode, in welcher nur eines der zwei Auslassventile (10a, 10b) geöffnet ist, wenn die Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne) geringer als ein Schwellenwert (Ne1) ist.
  18. Variables Ventilsteuerungs- oder Regelungsverfahren für einen Motor (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Festsetzens der Ventilüberlappungsperiode die Schritte aufweist: Detektieren einer Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne); Beschleunigen einer Ventilzeiteinstellung der Einlassventile (9a, 9b), wenn die Motorrotationsgeschwindigkeit (Ne) geringer als ein Schwellenwert (Ne1) ist; und Antreiben eines der Auslassventile (10a, 10b) mittels eines Nockens mit einem Ventilhub, der geringer als der des anderen Auslassventils ist.
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