DE112005000498B4

DE112005000498B4 - Ventilzeitsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112005000498B4
Application number: DE112005000498.8T
Authority: DE
Inventors: Nao Murase; Hiroki Ichinose; Yuuichi Katou
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2025-03-01
Also published as: JP2005248766A; JP4049108B2; US7401579B2; WO2005083249A1; CN1926318A; US20070144470A1; CN100432398C; DE112005000498T5

Abstract

Ventilzeitsteuervorrichtung mit:einem Kraftstoffeinspritzventil (22) für ein Einspritzen von Kraftstoff in eine Einlassöffnung (12) in einem Verbrennungsmotor (10);einem Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus (30) zum Variieren der Geschwindigkeit von einer Einlassströmung von der Einlassöffnung (12) in einen Zylinder;einem Auslasseinstellmechanismus (32) zum Variieren der Ventilzeit von einem Auslassventil;einer Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung (40, 106) zum Ausführen einer Steuerung in derartiger Weise, dass der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus (30) in einen Hochgeschwindigkeitszustand versetzt wird, um die Geschwindigkeit einer Einlasseinströmung zu erhöhen; undeiner Auslassventilschließzeitverzögerungssteuereinrichtung (40, 108) zum Ausführen einer derartigen Steuerung, dass die Auslassventilschließzeit mit einer Verzögerungsventilschließzeit, die gegenüber einer normalen Ventilschließzeit verzögert ist, in einer Situation übereinstimmt, bei der der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus (30) in dem Hochgeschwindigkeitszustand gehalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilzeitsteuervorrichtung und genauer gesagt auf eine Ventilzeitsteuervorrichtung, die die Ventilzeit von einem Einlassventil und einem Auslassventil für einen Verbrennungsmotor steuert.
Eine im Stand der Technik bekannte Vorrichtung ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift JP 2002-242 713 A bekannt, die die Ventilöffnungszeit von dem Einlassventil nacheilen lässt, wenn der Verbrennungsmotor kalt ist. Wenn die Temperatur von dem Verbrennungsmotor innerhalb des Bereichs von 0 bis 50°C ist, wählt diese Vorrichtung für einen Bereich, der von dem oberen Totpunkt des Auslasses nacheilt, eine Einlassventilöffnungszeit aus, die gegenüber einer normalen Ventilöffnungszeit nacheilt.
In einem Bereich, bei dem der obere Totpunkt des Auslasses vom Kurbelwinkel überschritten wird, ist es so, dass, je mehr die Ventilöffnungszeit nacheilt, desto höher die Einlassströmungsgeschwindigkeit ist. Daher kann, wenn der Verbrennungsmotor kalt ist, die vorstehend erwähnte herkömmliche Vorrichtung eine höhere Einlassströmungsgeschwindigkeit als in einem normalen Zustand vorsehen. Wenn die Einlassströmungsgeschwindigkeit hoch ist, ist es wahrscheinlich, dass der in einer Einlassöffnung eingespritzte Kraftstoff zerstäubt wird, und ist es unwahrscheinlich, dass er sich an der Einlassöffnung oder dem Einlassventil anheftet.
Je stärker der Kraftstoff zerstäubt ist, der zu dem Verbrennungsmotor geliefert wird, desto höher ist die Verbrennungsqualität. Des Weiteren kann die Steuerung von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Verbrennungsmotor genau ausgeübt werden, wenn die Öffnungsbenetzungsmenge gering ist. Daher kann die vorstehend erwähnte herkömmliche Vorrichtung die Stabilität von dem Verbrennungsmotor verbessern und kann eine erhöhte Genauigkeit bei der Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses zu dem Zeitpunkt eines Kaltstarts des Verbrennungsmotors vorsehen.
Die Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung zitiert die folgenden Dokumente, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, wobei die vorstehend erwähnte Druckschrift umfasst ist: die japanischen Offenlegungsschriften JP 2002-242 713 A , JP H06-323 168 A und JP H10-252 575 A .
Bei dem Verbrennungsmotor ist es jedoch wahrscheinlich, dass der in die Einlassöffnung eingespritzte Kraftstoff an dem Auslassventil oder seiner Nachbarschaft anhaftet, wenn die Einlassströmungsgeschwindigkeit zunimmt. Wenn der Verbrennungsmotor in einem gewissen Maße sich aufgewärmt hat, bildet das Anhaften des Kraftstoffs kein ernsthaftes Problem, da der an der Nachbarschaft des Auslassventils anhaftende Kraftstoff in einem Zylinder verdampft werden kann.
Jedoch kann es sein, dass, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors ausreichend niedrig ist, der an der Nachbarschaft des Auslassventils anhaftende Kraftstoff nicht in einem Zylinder verdampft wird, und er kann als ein Abgas während des anschließenden Auslasstakts abgegeben werden. Daher ist es wahrscheinlich, dass die vorstehend erwähnte herkömmliche Vorrichtung die Abgasemission unmittelbar nach dem Starten des Verbrennungsmotors verschlechtert.
Die Veröffentlichungen AT 004 786 U1 , DE 34 10 371 A1 und US 2002/0 066 436 A1 offenbaren jeweils eine Ventilzeitsteuervorrichtung mit einer Verzögerung der Auslassventilschließzeit.
Die US 2002/0066436 A1 offenbart eine weitere Ventilzeitsteuervorrichtung, bei der eine verzögerte Einlassventilöffnungszeit vorgeschlagen wird, die kurz vor der Mitte zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt stattfindet. Dies führt zu einer Einlassventilöffnungszeit, die das Volumen und den Druck in der Verbrennungskammer berücksichtigen soll.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilzeitsteuervorrichtung zu schaffen, die dazu in der Lage ist, eine ausgezeichnete Emissionseigenschaft unmittelbar nach dem Starten des Verbrennungsmotors aufzuzeigen, während der Kraftstoff zerstäubt wird, indem die Einlassströmungsgeschwindigkeit während eines Aufwärmprozesses des Verbrennungsmotors genutzt wird.
Diese Aufgabe ist durch eine Ventilzeitsteuervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Ventilzeitsteuervorrichtung, die mit folgendem versehen ist: mit einem Kraftstoffeinspritzventil für ein Einspritzen von Kraftstoff in eine Einlassöffnung in einem Verbrennungsmotor; einem Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus zum Variieren der Geschwindigkeit von einer Einlassströmung von der Einlassöffnung in einen Zylinder; einem Auslasseinstellmechanismus zum Variieren der Ventilzeit von einem Auslassventil; einer Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung zum Ausführen einer Steuerung in derartiger Weise, dass der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus in einen Hochgeschwindigkeitszustand versetzt wird, um die Geschwindigkeit einer Einlasseinströmung zu erhöhen; und einer Auslassventilschließzeitverzögerungssteuereinrichtung zum Ausführen einer derartigen Steuerung, dass die Auslassventilschließzeit mit einer Verzögerungsventilschließzeit, die gegenüber einer normalen Ventilschließzeit verzögert ist, in einer Situation übereinstimmt, bei der der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus in dem Hochgeschwindigkeitszustand gehalten wird.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt, bei der die Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung eine derartige Steuerung ausführt, dass der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus in den Hochgeschwindigkeitszustand in einer Situation versetzt wird, bei der der Verbrennungsmotor nicht vollständig aufgewärmt ist; wobei die normale Ventilschließzeit eine Auslassventilschließzeit ist, die normalerweise nach dem Aufwärmen des Verbrennungsmotors angewendet wird; und wobei die Auslassventilschließzeitverzögerungssteuereinrichtung eine derartige Steuerung ausführt, bei der die Auslassventilschließzeit mit der Verzögerungsventilschließzeit in einer Situation übereinstimmt, bei der der Verbrennungsmotor nicht vollständig aufgewärmt ist und der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus in dem Hochgeschwindigkeitszustand gehalten wird.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt, bei der der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus einen Einlasseinstellmechanismus zum Variieren der Ventilzeit von einem Einlassventil hat; und wobei die Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung eine Einlassventilöffnungszeitverzögerungssteuereinrichtung aufweist, die die Geschwindigkeit von einer Einlasseinströmung erhöht, indem eine derartige Steuerung ausgeführt wird, bei der eine Einlassventilöffnungszeit mit einer Verzögerungsventilöffnungszeit nach einem oberen Totpunkt des Auslasses übereinstimmt.
Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einem der ersten drei Aspekte, bei der der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus einen Einlasseinstellmechanismus zum Variieren des Anhebebetrags für das Einlassventil aufweist; und wobei die Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung eine Einlassanhebebetragsteuereinrichtung aufweist, die die Geschwindigkeit von einer Einlasseinströmung erhöht, indem der Anhebebetrag für das Einlassventil verringert wird.
Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einem der ersten vier Aspekte, bei der die Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung eine Hochgeschwindigkeitszustandseinstelleinrichtung aufweist, die den Hochgeschwindigkeitszustand so variiert, dass die Geschwindigkeit von einer Einlasseinströmung dann erhöht wird, wenn ein Aufwärmprozess für den Verbrennungsmotor voranschreitet.
Der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einem der ersten fünf Aspekte, die des Weiteren folgendes aufweist: eine Verzögerungsventilschließzeiteinstelleinrichtung, die die Verzögerungsventilschließzeit in einer voreilenden Richtung dann variiert, wenn der Aufwärmprozess für den Verbrennungsmotor voranschreitet.
Der siebte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einem der ersten sechs Aspekte, bei der die Verzögerungsventilöffnungszeit und die Verzögerungsventilschließzeit derart sind, dass ein Überlappen zwischen einer Einlassventilöffnungszeitspanne und einer Auslassventilöffnungszeitspanne erzeugt wird.
Der achte Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einem der ersten vier Aspekte, bei der der Verbrennungsmotor eine Vielzahl an Auslassventilen für jeden Zylinder aufweist; und wobei der Auslasseinstellmechanismus eine Funktion zum Einstellen der Ventilzeiten von der Vielzahl an Auslassventilen für jeden Zylinder auf einer individuellen Basis hat, wobei die Ventilzeitsteuervorrichtung folgendes aufweist: eine Teilanhalteanforderungsbeurteilungseinrichtung zum Beurteilen, ob eine Anforderung zum Anhalten von einigen der Vielzahl an Auslassventilen erzeugt wird, und eine Auslassventilsteuereinrichtung, die dann, wenn die Anhalteanforderung in einer Situation erkannt wird, bei der der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus in dem Hochgeschwindigkeitszustand gehalten wird, sämtliche Auslassventile betätigt, während sichergestellt wird, dass die Ventilöffnungszeiten für einige Auslassventile gegenüber den Ventilöffnungszeiten für die anderen Auslassventile verzögert sind.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus in den Hochgeschwindigkeitszustand versetzt werden, um die Geschwindigkeit von der Einlassströmung in einen Zylinder zu erhöhen und um das Zerstäuben des Kraftstoffs, der in die Einlassöffnung eingespritzt wird, zu erleichtern. Des Weiteren kann, wenn der Hochgeschwindigkeitszustand herrscht, der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung eine nacheilende Ventilschließzeit für das Auslassventil vorsehen. Wenn eine nacheilende oder verzögerte Ventilschließzeit für das Auslassventil vorgesehen wird, kann der in dem Zylinder existierende Unterdruck, der dann herrscht, wenn das Einlassventil offen ist, zu der Seite des Umgebungsdrucks hin verschoben werden. Folglich kann eine vorübergehende Einlassströmungsgeschwindigkeit, die dann herrscht, wenn das Einlassventil offen ist, unterdrückt werden. Als ein Ergebnis wird die Menge an Kraftstoff, die an der Nachbarschaft des Auslassventils anhaftet, verringert, so dass sich die Emissionseigenschaft verbessert.
Wenn der Verbrennungsmotor nicht vollständig aufgewärmt ist, kann der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung die Einlassströmungsgeschwindigkeit erhöhen, um das Zerstäuben des Kraftstoffs zu erleichtern, und die Auslassventilschließzeit verzögern (zum Nacheilen bringen), um die Menge an Kraftstoff zu verringern, die an der Nachbarschaft des Auslassventils anhaftet. Wenn das Aufwärmen vollendet ist, so dass der Kraftstoff eine gute Verbrennungsqualität aufzeigt, kann ein stabiler Betriebszustand gehalten werden, indem eine normale Ventilschließzeit für das Auslassventil vorgesehen wird.
Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung kann den Status von dem Einlasseinstellmechanismus ändern, um für das Einlassventil eine Ventilöffnungszeit vorzusehen, die von dem oberen Totpunkt des Auslasses verzögert ist (nacheilt). In einem Bereich, der dem oberen Totpunkt des Auslasses nachfolgt, wird der in dem Zylinder herrschende Druck, wenn das Einlassventil offen ist, zu einem Unterdruck, so dass sich die Einlassströmungsgeschwindigkeit erhöht, wenn die Einlassventilöffnungszeit verzögert wird. Daher kann der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung die Einlassströmungsgeschwindigkeit angemessen erhöhen.
Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung kann den Einlassventilanhebebetrag variieren, indem der Status von dem Einlasseinstellmechanismus geändert wird. Je geringer der Einlassventilanhebebetrag ist, desto höher ist die Einlassströmungsgeschwindigkeit. Daher kann der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung die Einlassströmungsgeschwindigkeit angemessen erhöhen.
Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Einlassströmungsgeschwindigkeit erhöhen, wenn das Aufwärmen des Verbrennungsmotors voranschreitet. Daher kann der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung das Zerstäuben von dem Kraftstoff gemäß dem Voranschreiten des Aufwärmprozesses erleichtern. Außerdem beeinflusst der Kraftstoff, der in der Nachbarschaft von dem Auslassventil anhaftet, nicht die Emission, wenn der Aufwärmprozess voranschreitet. Daher kann der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung einen guten Betriebszustand vorsehen, ohne dass sich die Emission während des Aufwärmprozesses des Verbrennungsmotors verschlechtert.
Wenn der Aufwärmprozess voranschreitet, kann der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung die verzögerte Ventilschließzeit das heißt die Auslassventilschließzeit zum Voreilen bringen, wodurch die Einlassströmungsgeschwindigkeit erhöht wird. Daher kann der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung das Zerstäuben von dem Kraftstoff gemäß dem Voranschreiten des Aufwärmprozesses erleichtern. Außerdem beeinflusst der Kraftstoff, der an der Nachbarschaft des Auslassventils anhaftet, nicht die Emission, wenn der Aufwärmprozess voranschreitet. Daher kann der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung einen guten Betriebszustand vorsehen, ohne dass sich die Emission während des Aufwärmprozesses des Verbrennungsmotors verschlechtert.
Der siebte Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Überlappung zwischen Einlassventilöffnungszeitspanne und der Auslassventilöffnungszeitspanne zumindest unmittelbar nach dem Starten des Verbrennungsmotors vorsehen. Wenn eine Ventilüberlappung in einem Bereich erzeugt wird, der von dem oberen Totpunkt des Auslasses nacheilt, öffnet das Einlassventil, wenn das Auslassgas (Abgas) von der Auslassbahn (Abgasbahn) zu dem Inneren eines Zylinders zurückströmt. In diesem Fall kann das Anhaften des Kraftstoffs an der Nachbarschaft des Auslassventils in ausreichender Weise durch die Rückströmung des Abgases behindert werden.
Wenn eine Anforderung an einem Anhalten (Stoppen) eines spezifischen Auslassventils erzeugt wird, während der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus in dem Hochgeschwindigkeitszustand gehalten wird, kann der achte Aspekt der vorliegenden Erfindung das Auslassventil, das durch die Anforderung bestimmt wird, bei verzögerter Ventilöffnungszeit betreiben. Wenn die Öffnungszeit des Auslassventils verzögert ist, wird die Abgasströmung von dem Auslassventil gehemmt. Daher ist die sich ergebende Wirkung ähnlich wie die Wirkung, die sich dann ergibt, wenn das Auslassventil angehalten wird. Wenn sämtliche Auslassventile betrieben werden, kann die Einlassströmungsgeschwindigkeit, die dann herrscht, wenn das Einlassventil offen ist, behindert werden, um eine geringere Menge an Kraftstoff an der Nachbarschaft von jedem Auslassventil dann anhaften zu lassen, wenn ein spezifisches Auslassventil angehalten ist. In einer Situation, bei der die Anforderung zum Anhalten eines spezifischen Auslassventils erzeugt wird, kann daher der achte Aspekt der vorliegenden Erfindung in wirksamer Weise verhindern, dass sich die Emission verschlechtert, während ein erwünschter Effekt erzeugt wird.
Nachstehend sind die Zeichnungen kurz beschrieben.

1 zeigt den Aufbau von einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 2A bis 2D zeigen einen Standardöffnungssteuervorgang des Einlassventils, der durch das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Die 3A bis 3D zeigen einen verzögerten Öffnungssteuerbetrieb des Einlassventils, der durch das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
4 zeigt, dass Kraftstoff in einen Zylinder über eine Einlassöffnung genommen wird, unmittelbar nachdem ein Einlassventil geöffnet worden ist, unter der Steuerung bei verzögertem Öffnen des Einlassventils.
Die 5A bis 5D zeigen das Prinzip eines Verfahrens, das das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nutzt, um eine Verschlechterung der Emissionseigenschaft zu verhindern, anhand der Steuerung zur Verzögerung der Öffnung des Einlassventils.
Die 6A bis 6E zeigen Zeitablaufdiagramme von einem typischen Betrieb, den das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nach einem Starten des Verbrennungsmotors ausführt.
7 zeigt ein Flussdiagramm von einer Routine, die durch das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Die 8A und 8B zeigen das Prinzip von einem Verfahren, das ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nutzt zum Vermeiden der Verschlechterung einer Emissionseigenschaft, während die Kombination aus einer Betriebsfunktion, bei der ein Ventil angehalten ist, und einer Steuerfunktion, bei der die Öffnung des Einlassventils verzögert ist, ausgeübt wird.
9 zeigt ein Flussdiagramm von einer Routine, die das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausführt, um eine Einlassventilöffnungszeit IVO und eine Auslassventilöffnungszeit EVC einzustellen.
10 zeigt ein Flussdiagramm von einer Routine, die das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausführt, um ein Auslassventilbetätigungsverfahren zu ändern.

Nachstehend ist ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt den Aufbau von einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat einen Verbrennungsmotor 10. Der Verbrennungsmotor 10 hat eine Vielzahl an Zylindern. Einer von der Vielzahl an Zylindern ist in 1 gezeigt. Jeder Zylinder steht mit einem Einlasskanal 14 über eine Einlassöffnung 12 in Verbindung und steht mit einem Auslasskanal (Abgaskanal) 18 über eine Auslassöffnung (Abgasöffnung) 16 in Verbindung.
Der Einlasskanal 14 ist mit einem Luftströmungsmesser 20 versehen, um eine Einlassluftmenge Ga zu erfassen. Die Einlassöffnung 12 ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 22 versehen, um Kraftstoff in die Einlassöffnung 12 einzuspritzen. Jeder Zylinder hat zwei Einlassventile 24 (lediglich eines von ihnen ist in 1 gezeigt). Wenn die Einlassventile 24 sich öffnen oder schließen, wird der Innenraum von dem Zylinder mit der Einlassöffnung 12 verbunden oder von dieser getrennt.
Jeder Zylinder hat außerdem zwei Auslassventile (Abgasventile) 26. Wenn die Auslassventile 26 sich öffnen oder schließen, wird der Innenraum von dem Zylinder mit der Auslassöffnung 16 verbunden oder von dieser getrennt. Der Auslasskanal 18 ist mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 28 versehen, der ein Ausgabesignal gemäß dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases erzeugt.
Das Einlassventil 24 und das Auslassventil 26 sind mit einem Einlasseinstellmechanismus 30 bzw. einem Auslasseinstellmechanismus 32 gekuppelt. Der Einlasseinstellmechanismus 30 und der Auslasseinstellmechanismus 32 sind für jeden Ventilteller vorgesehen. Diese Mechanismen können in unabhängiger Weise die beiden Einlassventile 24 und die beiden Auslassventile 26 öffnen / schließen, die für jeden Zylinder vorgesehen sind. Genauer gesagt sind ein Einlasseinstellmechanismus 30 und ein Auslasseinstellmechanismus 32 beispielsweise durch Solenoidaktuatoren ausgeführt, die dazu in der Lage sind, den Ventilteller mit elektromagnetischer Kraft zu öffnen / zu schließen. Diese Mechanismen können frei den Anhebebetrag, den Betriebswinkel und die Ventilzeit (die Öffnungszeit / die Schließzeit) von den jeweiligen Einlassventilen 24 und den Anhebebetrag, den Betriebswinkel und die Ventilzeit (die Öffnungszeit / die Schließzeit) von den jeweiligen Auslassventilen 26 ohne Rücksicht auf die Ventilöffnungseigenschaften der anderen Ventilteller ändern.
Das System gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine ECU (elektronische Steuereinheit) 40. Die ECU 40 ist beispielsweise mit dem vorstehend erwähnten Luftströmungsmesser 20 und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 28 und auch mit einem Drehzahlsensor 42 zum Erfassen der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors und mit einem Wassertemperatursensor 44 zum Erfassen der Temperatur THW des Kühlwassers verbunden. Die ECU 40 ist dazu in der Lage, die Aktuatoren wie beispielsweise das Kraftstoffeinspritzventil 22, den Einlasseinstellmechanismus 30 und den Auslasseinstellmechanismus 32 in Übereinstimmung mit den Ausgabesignalen zu steuern, die durch die vorstehend erwähnten Sensoren erzeugt werden.
Nachstehend ist der Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Standardöffnungssteuerung des Einlassventils
Das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann wahlweise eine „Standardöffnungssteuerung des Einlassventils“ und eine „Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils“ in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 ausführen. Die „Standardöffnungssteuerung des Einlassventils“ wird ausgeführt, um das Einlassventil 24 mit einer Standardzeit zu öffnen. Die „Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils“ wird ausgeführt, um das Einlassventil 24 mit einer Verzögerungszeit zu öffnen, die gegenüber der Standardzeit nacheilt (verzögert ist). Zunächst ist die „Standardöffnungssteuerung des Einlassventils“ unter Bezugnahme auf die 2A bis 2D erläutert.
2A zeigt gleichzeitig eine Standardventilöffnungszeitspanne 50 des Einlassventils 24 und eine Standardventilöffnungszeitspanne 52 des Auslassventils 26, die durch die Standardöffnungssteuerung des Einlassventils vorgesehen werden. Wie dies in dieser Zeichnung dargestellt ist, öffnet das Auslassventil 26 für den Verbrennungsmotor 10 normalerweise bei ungefähr 45°CA (Kurbelwinkel) vor dem unteren Totpunkt des Auslasses (BDC = UT)) und schließt dann bei ungefähr 3°CA nach dem oberen Totpunkt des Auslasses (TDC = OT)). Während eine Standardöffnungssteuerung ausgeführt wird, öffnet das Einlassventil 24 in der Nähe des oberen Totpunkts des Auslasses und schließt bei einigen Grad CA nach dem unteren Totpunkt des Einlasses.
Die durch eine Strichpunktlinie in 2B gezeigte Kurve ist eine Anhebekurve, die der vorstehend erwähnten Zeitspanne 52 des Auslassventils 26 entspricht. Andererseits ist die durch eine durchgehende Linie in der gleichen Zeichnung gezeigte Kurve eine Anhebekurve, die der vorstehend erwähnten Standardventilöffnungszeitspanne 50 des Einlassventils 24 entspricht. Die 2C und 2D zeigen jeweils die Einlassluftströmungsgeschwindigkeit und die Strömungsrate eines Gasdurchtritts durch das Einlassventil 24, die dann vorherrschen, wenn das Einlassventil 24 und das Auslassventil 26 so angehoben sind, wie dies in 2B gezeigt ist.
Die 2C und 2D zeigen eine negative Strömungsgeschwindigkeit und eine negative Strömungsrate, die unmittelbar nach dem Öffnen des Einlassventils 24 und unmittelbar nach dem BDC des Einlasses vorherrschen. Die negative Strömungsgeschwindigkeit repräsentiert ein Phänomen, bei dem verbranntes Gas von der Auslassöffnung 16 zu der Einlassöffnung 12 während einer Ventilüberlappung zurückströmt. Andererseits repräsentiert die negative Strömungsrate ein Phänomen, bei dem das in einen Zylinder genommene Gas zu der Einlassöffnung 12 zurückströmt, wenn das im Zylinder befindliche Volumen nach dem BDC (OT) des Einlasses abnimmt.
Die in 2D gezeigte Wellenform zeigt, dass die Rate der Gasströmung in einen Zylinder durch das Einlassventil 24 allmählich zunimmt / abnimmt in Übereinstimmung mit einer Zunahme / Abnahme der Öffnung des Einlassventils 24, wenn das Einlassventil 24 und das Auslassventil 26 sich entlang der Standardanhebekurven bewegen. Des Weiteren zeigt die in 2C gezeigte Wellenform, dass die Geschwindigkeit der Gasströmung in den Zylinder nicht übermäßig hoch über die gesamte Ventilöffnungszeitspanne des Einlassventils 24 unter derartigen Betriebszuständen ist.
Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils
Die „Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils“ ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 3A bis 3D erläutert. 3A zeigt gleichzeitig eine Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 54 des Einlassventils 24 und die Standardventilöffnungszeitspanne 52 von dem Auslassventil 26, die durch die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils vorgesehen werden. Wenn die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird, bleibt das Einlassventil 24 geschlossen, bis der Kurbelwinkel ungefähr 40°CA nach dem oberen Totpunkt des Auslasses ist, und bleibt dann geöffnet, bis der Kurbelwinkel ungefähr 16°CA vor dem unteren Totpunkt des Einlasses beträgt, wie dies in der Zeichnung gezeigt ist.
Die durch eine Strichpunktlinie in 3B gezeigte Kurve ist eine Anhebekurve von dem Auslassventil, die der Standardventilöffnungszeitspanne 52 entspricht. Die durch eine durchgehende Linie in der gleichen Zeichnung gezeigte Kurve ist eine Anhebekurve, die der vorstehend erwähnten Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 54 des Einlassventils 24 entspricht. Wenn die Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 54 für das Einlassventil 24 in diesem Beispiel vorzusehen ist, wird der Anhebebetrag für das Einlassventil 24 verringert.
Die 3C und 3D zeigen jeweils die Einlassluftströmungsgeschwindigkeit und die Strömungsrate des Gasdurchtritts durch das Einlassventil 24, die dann vorherrschen, wenn das Einlassventil 24 und das Auslassventil 26 so arbeiten, wie dies in den 3A und 3B gezeigt ist. Wenn derartige Vorgänge ausgeführt werden, schließt das Auslassventil 26, nachdem der TDC beim Auslass durch den Kurbelwinkel überschritten wird. Der Innenraum von dem Zylinder ist dann von sowohl der Einlassöffnung 12 als auch der Auslassöffnung 16 isoliert, bis das Einlassventil 24 öffnet. Daher wird ein Unterdruck in dem Zylinder zu dem Zeitpunkt erzeugt, bei dem das Einlassventil 24 öffnet.
Der Betrag einer Volumenänderung in dem in dem Zylinder befindlichen Raum pro Zeiteinheit (nachstehend ist diese als die „Volumenänderungsrate“ bezeichnet) wird minimal gestaltet, wenn der Kurbelwinkel den oberen Totpunkt oder den unteren Totpunkt überschreitet, und wird maximal gestaltet, wenn der Kurbelwinkel in der Mitte zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt ist. Wenn die Standardöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird, öffnet das Einlassventil 24 in der Nähe des oberen Totpunkts (TDC). Wenn jedoch die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird, öffnet das Einlassventil 24 bei 40°CA nach dem TDC, bei dem die Volumenänderungsrate in dem Zylinder höher wird. Daher wird, wenn die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird, das Einlassventil 24 in einer Situation geöffnet, bei dem das in dem Zylinder befindliche Volumen bei einer höheren Rate zunimmt als dann, wenn die Standardöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird.
Aus den vorstehend genannten Gründen werden die Geschwindigkeit und die Rate einer Luftströmung in den Zylinder vorübergehend außerordentlich hoch, wenn das Einlassventil 24 in einer Situation öffnet, bei der die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird (siehe den Bereich, der durch eine Strichpunktlinie in den 3B bis 3D eingeschlossen ist). Eine Kraftstoffeinspritzung in die Einlassöffnung 12 geschieht, bevor das Einlassventil 24 öffnet. Der eingespritzte Kraftstoff wird in den Zylinder zusammen mit der Luft genommen, nachdem das Einlassventil 24 geöffnet ist. In diesem Fall wird der Kraftstoff zerstäubt und es ist wahrscheinlich, dass er verbrennt, wenn die Luftströmungsgeschwindigkeit hoch ist. Folglich ist die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils, die vorübergehend eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufruft, für ein Erleichtern des Zerstäubens von dem Kraftstoff geeignet, um seine Verbrennungsqualität zu verbessern.
Außerdem erzeugt die Standardöffnungssteuerung des Einlassventils keinen großen Unterdruck innerhalb des Zylinders. Somit ist die Standardöffnungssteuerung des Einlassventils vorteilhafter als die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils dahingehend, dass die erstgenannte den Pumpverlust unterdrücken kann. Daher kann eine verbesserte Aufwärmbetriebsstabilität und eine ausgezeichnete Kraftstoffeffizienz jeweils erhalten werden, wenn beispielsweise die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils während eines Aufwärmprozesses ausgeführt wird, während dem der Kraftstoff nicht ohne weiteres zerstäubt werden kann, und eine Standardöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird, nachdem der Verbrennungsmotor ausreichend aufgewärmt worden ist.
Problematik bei der Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils insbesondere zum Stabilisieren des Betriebs von dem Verbrennungsmotor wirksam, wenn dieser aufgewärmt wird. Jedoch ist es wahrscheinlich, dass die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils die Emissionseigenschaft in einer Situation verschlechtert, bei der die Temperatur von dem Verbrennungsmotor ausreichend gering ist.
4 zeigt den Grund, weshalb die vorstehend erwähnte Eigenschaft auftritt. Genauer gesagt zeigt 4, dass Kraftstoff in den Zylinder von der Einlassöffnung 12 genommen wird, unmittelbar nachdem das Einlassventil 24 unter der Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils geöffnet wird. Während die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird, erreicht die Geschwindigkeit der Strömung in den Zylinder vorübergehend eine ausreichend hohe Höhe, wenn das Einlassventil 24 öffnet, wie dies vorstehend beschrieben ist. Als ein Ergebnis erreicht ein Teil des Kraftstoffs, der in die Einlassöffnung 12 eingespritzt wird, kraftvoll die Nachbarschaft des Auslassventils 26 und haftet an dem Auslassventil 26 und seiner Umgebung in der Form von Tropfen an, wie dies in 4 gezeigt ist.
Bei einer Stufe, bei der das Aufwärmen des Verbrennungsmotors in einem gewissen Maße fortgeschritten ist, verdampft der anhaftende Kraftstoff, wenn der Einlasstakt und der Kompressionstakt später voranschreiten. Daher beeinflusst der Kraftstoff nicht in ernstem Ausmaß die Emission. In einer Situation, bei der die Temperatur des Verbrennungsmotors hinreichend niedrig ist, kann der an dem Auslassventil 26 und seiner Umgebung anhaftende Kraftstoff nicht ausreichend verdampfen und wird zusammen mit dem verbrannten Gas während eines anschließenden Auslasstakts abgegeben. In einem derartigen Fall vermischt sich unverbrannter HC in das Abgas, so dass die Abgaseigenschaft wahrscheinlich sich verschlechtert.
Prinzip der Verbesserung der Emissionseigenschaft
Die 5A bis 5D zeigen das Prinzip von einem Verfahren, das das vorliegende Ausführungsbeispiel anwendet, um eine Verschlechterung der Emissionseigenschaft aufgrund der Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils zu verhindern. Genauer gesagt zeigt 5A die Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 54 von dem Einlassventil 24 im Vergleich zu der Standardventilöffnungszeitspanne 52 von dem Auslassventil 26 (links), eine um 20°CA verzögerte Ventilöffnungszeitspanne 56 von dem Auslassventil 26 (Mitte) und eine um 40°CA verzögerte Ventilöffnungszeitspanne 58 von dem Auslassventil 26 (rechts). Die 5B, 5C bzw. 5D zeigen jeweils die Anhebebeträge für das Einlassventil 24 und das Auslassventil 26, die Strömungsgeschwindigkeiten des Gasdurchtritts durch das Einlassventil 24 und die Strömungsraten von dem Gasdurchtritt durch das Einlassventil 24 in Entsprechung mit den in 5A gezeigten Ventilöffnungszeitspannen.
Gemäß der um 20°CA (Kurbelwinkel) verzögerten Ventilöffnungszeitspanne 56 bleibt das Auslassventil 26 offen, bis der Kurbelwinkel sich 23°CA nach dem oberen Totpunkt (TDC) des Auslasses nähert. Gemäß der um 40°CA verzögerten Ventilöffnungszeitspanne 58 bleibt das Auslassventil 26 offen, bis der Kurbelwinkel ungefähr 43°CA nach dem TDC des Auslasses beträgt. Während das Auslassventil 26 offen ist, wird der Druck innerhalb des Zylinders nicht zu einem Unterdruck. Daher nimmt der in dem Zylinder befindliche Unterdruck, der zu Beginn der Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 54 erzeugt wird, das heißt wenn das Einlassventil öffnet (40°CA nach TDC), ab (um nahe zu dem Umgebungsdruck zu werden) bei einer Zunahme des Verzögerungsgrades von der Auslassventilöffnungszeitspanne. Folglich werden die Strömungsgeschwindigkeit und die Strömungsrate von dem Gasdurchritt durch ein offenes Einlassventil 24 minimal gestaltet, wenn die Ventilöffnungszeitspanne von dem Auslassventil 26 mit der um 40°CA verzögerten Ventilöffnungszeitspanne 58 übereinstimmt.
Wenn die Strömungsgeschwindigkeit, die dann erzeugt wird, wenn das Einlassventil 24 öffnet, abnimmt, erreicht der Kraftstoff, der von der Einlassöffnung 12 hinein strömt nicht ohne weiteres die Umgebung von dem Auslassventil 26. Dies verringert die Menge an Kraftstoff, die an dem Auslassventil 26 und seiner Umgebung anhaftet. Daher ist die um 40°CA verzögerte Ventilöffnungszeitspanne 58 dazu geeignet, eine Verschlechterung der Emissionseigenschaft zu verhindern, wenn die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils bei einer Umgebung mit niedriger Temperatur ausgeführt wird.
Gemäß der um 40°CA verzögerten Ventilöffnungszeitspanne 58 kann die Zeitspanne zwischen 40°CA nach TDC und 43°CA nach TDC als eine Überlappungszeitspanne angewendet werden, während der sowohl das Auslassventil 26 als auch das Einlassventil 24 offen sind. Anders ausgedrückt ist die um 40°CA verzögerte Ventilöffnungszeitspanne 58 derart, dass das Auslassventil 26 zu dem Zeitpunkt geöffnet werden kann, bei dem das Einlassventil 24 öffnet, damit Kraftstoff in den Zylinder strömt. Wenn das Auslassventil 26 innerhalb eines Bereichs nach TDC offen ist, ergibt sich eine Gasströmung zu dem Innenraum des Zylinders um das Auslassventil 26 herum. Eine derartige Gasströmung arbeitet derart, dass die Kraftstoffeinströmung von der Einlassöffnung 12 davor bewahrt wird, dass sie das Auslassventil 26 und seine Umgebung erreicht. Auch in dieser Hinsicht ist die um 40°CA verzögerte Ventilöffnungszeitspanne 58 dazu geeignet, die Menge an Kraftstoff, die an der Umgebung von dem Auslassventil 26 anhaftet, zu verringern und die Emissionseigenschaft zu verbessern.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann die Emissionseigenschaft, die dann vorherrscht, wenn die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils bei einer Umgebung mit niedriger Temperatur ausgeführt wird, verbessert werden, indem die Ventilöffnungszeit von dem Auslassventil 26 verzögert wird. Eine Ventilüberlappung wird erzeugt, wenn die Ventilöffnungszeit von dem Auslassventil 26 verzögert wird. Die Emissionseigenschaft kann durch ein derartiges Ventilüberlappen weiter verbessert werden. Das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wendet das vorstehend erläuterte Prinzip an, um eine Verschlechterung der Emissionseigenschaft aufgrund der Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils zu verhindern.
Einzelheiten eines typischen Betriebs
Die 6A bis 6E zeigen Zeitablaufdiagramme von Einzelheiten eines typischen Betriebs, der nach dem Starten des Verbrennungsmotors 10 ausgeführt wird. Genauer gesagt zeigt 6A, wie sich die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors ändert; zeigt 6B, wie sich die Temperatur Teng des Verbrennungsmotors (die gleiche wie die Kühlwassertemperatur THW) sich ändert, und zeigt 6C, wie sich die Kraftstoffeinspritzmenge TAU ändert. Die 6D und 6E zeigen jeweils Änderungen der Einlassventilöffnungszeit IVO und Änderungen der Auslassventilschließzeit EVC.
Bei dem in den 6A bis 6E gezeigten Beispiel wird der Verbrennungsmotor 10 zu einem Zeitpunkt t0 gestartet, bei dem die Temperatur Teng des Verbrennungsmotors niedriger als eine Kaltbeurteilungstemperatur T₀ ist. In diesem Fall wird eine Startkorrektur für eine Mengenzunahme so ausgeführt, dass die Kraftstoffeinspritzmenge TAU größer als eine Kaltbeurteilungsmenge TAU1 ist. Hierbei wird angenommen, dass die Korrekturmenge, die durch eine Startmengenzunahme vorgesehen wird, mit der Zunahme der Temperatur Teng des Verbrennungsmotors abnimmt, und dass die TAU, die während eines Leerlaufzustands herrscht, auf TAU1 abnimmt, wenn Teng = T₀ der Fall ist.
Wenn die Temperatur Teng des Verbrennungsmotors niedriger als die Kaltbeurteilungstemperatur T0 ist, stellt das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Einlassventilöffnungszeit IVO auf einen Anfangswert für die Verzögerungsventilöffnungszeit (beispielsweise 30°CA nach TDC) und die Auslassventilschließzeit EVC auf einen Anfangswert für die Verzögerungsventilschließzeit (beispielsweise 43°CA nach TDC) ein. Der Anfangswert für die Verzögerungsventilöffnungszeit ist gegenüber der Ventilöffnungszeit IVO verzögert, die bei der Standardöffnungssteuerung des Einlassventils angewendet wird. Daher ermöglicht die Anwendung von einer derartigen Ventilöffnungszeit IVO eine Erleichterung der Zerstäubung des Kraftstoffs, der von der Einlassöffnung 12 in den Zylinder strömt, und eine Stabilisierung von dem Betrieb des Verbrennungsmotors bei einer Umgebung mit niedriger Temperatur. Der Anfangswert für die Verzögerungsventilschließzeit ist gegenüber dem TDC ausreichend verzögert und erzeugt eine Ventilüberlappung für die vorstehend erwähnte Ventilöffnungszeit IVO. Daher ermöglicht die Anwendung einer derartigen Ventilschließzeit EVC eine ausreichende Verringerung der Menge an Kraftstoff, die an dem Auslassventil 26 und seiner Umgebung anhaftet, und das Beibehalten einer ausgezeichneten Emissionseigenschaft zum Zeitpunkt eines Kaltstarts.
Bei dem in den 6A bis 6E gezeigten Beispiel erreicht die Temperatur Teng des Verbrennungsmotors die Kaltbeurteilungstemperatur T₀ bei einem Zeitpunkt t1. Als ein Ergebnis wird die Kraftstoffeinspritzmenge TAU, die während eines Leerlaufzustands vorherrscht, auf die Kaltbeurteilungsmenge TAU verringert. Wenn der Verbrennungsmotor 10 in einem derartigen Ausmaß aufgewärmt ist, erleichtert das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weiter die Zerstäubung von dem Kraftstoff, indem Änderungen angewendet werden, um sicherzustellen, dass die Einlassventilöffnungszeit IVO gegenüber der vorstehend erwähnten Verzögerungsventilöffnungszeit (30°CA nach TDC) verzögert ist, und dass die Auslassventilschließzeit EVC gegenüber der vorstehend erwähnten Verzögerungsventilschließzeit voreilt (43°CA nach TDC).
Die Einlassventilöffnungszeit IVO wird allmählich verzögert, bis sie einen Konvergenzwert für die Verzögerungsventilöffnungszeit erreicht (beispielsweise 40°CA nach TDC). Andererseits wird die Auslassventilschließzeit EVC allmählich zu einem Voreilen gebracht, bis sie einen Konvergenzwert für die Verzögerungsventilschließzeit erreicht (beispielsweise TDC). Anders ausgedrückt wird die Ventilöffnungszeit für das Einlassventil 24 allmählich verzögert, bis sie mit der vorstehend erwähnten Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 54 übereinstimmt, und die Ventilöffnungszeitspanne für das Auslassventil 26 wird allmählich zu einem Voreilen gebracht, bis sie mit der vorstehend erwähnten Standardventilöffnungszeitspanne 52 übereinstimmt (siehe 3A).
Bei dem in den 6A bis 6E gezeigten Beispiel erreichen die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC jeweils ihre Konvergenzwerte bei einem Zeitpunkt t2. Die Strömungsgeschwindigkeit, die dann vorherrscht, wenn das Einlassventil 24 öffnet, nimmt wahrscheinlich zu, wenn die Verzögerungsventilöffnungszeit für das Einlassventil 24 und die Verzögerungsventilschließzeit für das Auslassventil 26 sich in der vorstehend beschriebenen Weise ändern. Daher nimmt die Rate der Kraftstoffeinströmung in den Zylinder allmählich zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 zu.
Die Kraftstoffzerstäubung wird in einem größeren Maße erleichtert, wenn die Rate der Kraftstoffeinströmung zunimmt. Andererseits ist es, wenn die Rate der Kraftstoffeinströmung zunimmt, wahrscheinlich, dass der hinein gelangende Kraftstoff die Nachbarschaft, das heißt die Umgebung von dem Auslassventil 26 erreicht. In dieser Stufe beginnt jedoch der Betrag der Zunahme der Kraftstoffeinspritzmenge TAU für die Korrekturzwecke abzunehmen. Daher ist die Menge an Kraftstoff, die in den Zylinder hineinströmt, geringer als unmittelbar nach dem Starten. Des Weiteren wird die Temperatur Teng des Verbrennungsmotors in einem gewissen Maß bei dieser Stufe erhöht. Daher erreicht, selbst wenn die Rate der Kraftstoffeinströmung zunimmt, eine große Menge an Kraftstoff, die nicht vollständig verdampfen kann, nicht die Umgebung von dem Auslassventil 26, und die Emissionseigenschaft wird nicht aufgrund der Zunahme der Rate der Kraftstoffeinströmung verschlechtert.
Solange die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils nach dem Zeitpunkt t2 kontinuierlich ausgeführt wird, werden der Einlasseinstellmechanismus 30 und der Auslasseinstellmechanismus 32 betrieben, um sicherzustellen, dass die Ventilöffnungszeitspanne für das Einlassventil 24 mit der Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 54 übereinstimmt, und dass die Ventilöffnungszeitspanne für das Auslassventil 26 mit der Standardventilöffnungszeitspanne 52 übereinstimmt. Als ein Ergebnis können sowohl eine ausgezeichnete Emissionseigenschaft als auch ein stabiler Betrieb des Verbrennungsmotors erzielt werden.
Einzelheiten eines Prozesses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
7 zeigt ein Flussdiagramm einer Routine, die von der ECU 40 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, um die vorstehend erläuterte Funktion auszuführen. Es wird angenommen, dass diese Routine bei einem Start des Verbrennungsmotors gestartet wird und wiederholt bei vorbestimmten Zeitintervallen ausgeführt wird.
Bei dieser Routine wird ein Schritt 100 zunächst ausgeführt, um zu beurteilen, ob ein Startprozess auszuführen ist. Genauer gesagt werden der Zündschalterstatus und die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors bestimmt, um zu beurteilen, ob der erste Prozess nach einem Starten des Verbrennungsmotors auszuführen ist.
Wenn das erzielte Beurteilungsergebnis anzeigt, dass der erste Prozess nach einem Starten des Verbrennungsmotors auszuführen ist, wird ein Schritt 102 ausgeführt, um die Ventilöffnungszeit von dem Einlassventil 24 auf den Anfangswert für die Verzögerungsventilöffnungszeit (beispielsweise 30°CA nach TDC) und die Ventilschließzeit von dem Auslassventil 26 auf den Anfangswert für die Verzögerungsventilschließzeit (beispielsweise 43°CA nach TDC) einzustellen. Wenn andererseits das erhaltene Beurteilungsergebnis anzeigt, dass der erste Prozess nach einem Starten des Verbrennungsmotors bereits vollendet ist, überspringt die Routine den Schritt 102, da sie schlussfolgert, dass der Schritt 102 bereits vollendet worden ist.
Danach wird der Schritt 104 ausgeführt, um zu beurteilen, ob die Kraftstoffeinspritzmenge TAU nicht größer als die Kaltbeurteilungsmenge TAU1 ist. Wenn das erhaltene Beurteilungsergebnis nicht anzeigt, dass TAU ≤ TAU1 der Fall ist, kann geschlussfolgert werden, dass die Geschwindigkeit von der Gaseinströmung in den Zylinder auf ein bestimmtes Maß unterdrückt werden muss, da die Temperatur von dem Verbrennungsmotor ausreichend gering ist. In diesem Fall kann geschlussfolgert werden, dass die Einlassventilöffnungszeit IVO bei dem Anfangswert für die Verzögerungsventilöffnungszeit (30°CA nach TDC) gehalten werden muss und dass die Auslassventilschließzeit EVC bei dem Anfangswert für die Verzögerungsventilschließzeit (43°CA nach TDC) gehalten werden muss. In diesem Fall sind die Anforderungen dann erfüllt, wenn die gegenwärtige Routine prompt d.h. umgehend beendet wird.
Wenn andererseits das Beurteilungsergebnis, das bei dem Schritt 104 erhalten wird, anzeigt, dass TAU ≤ TAU1 der Fall ist, kann geschlussfolgert werden, dass die Geschwindigkeit der Gaseinströmung in den Zylinder allmählich erhöht werden kann, da das Aufwärmen des Verbrennungsmotors bis zu einem gewissen Ausmaß fortgeschritten ist. In diesem Fall wird ein Schritt 106 ausgeführt, um die Einlassventilöffnungszeit IVO in eine Verzögerungsrichtung um eine vorbestimmte Breite θ₁ zu verschieben, während der Konvergenzwert IVOLM der Verzögerungsventilöffnungszeit (40°CA nach TDC) als ein Grenzwert angewendet wird. Des Weiteren wird ein Schritt 108 ausgeführt, um die Auslassventilschließzeit EVC in eine Voreilrichtung um eine vorbestimmte Breite θ₂ zu verschieben, während der Konvergenzwert EVCLM der Verzögerungsventilschließzeit (TDC) als ein Grenzwert angewendet wird.
Wenn der vorstehend beschriebene Prozess ausgeführt wird, können die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC variiert werden, wie dies in den 6D und 6E gezeigt ist, gemäß dem Voranschreiten des Aufwärmprozesses bei dem Verbrennungsmotor. Daher kann das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausführen, ohne dass sich die Emissionseigenschaft sogar in einer Umgebung mit niedriger Temperatur verschlechtert. Als ein Ergebnis kann eine gute Kaltstartfähigkeit und eine ausgezeichnete Emissionseigenschaft erzielt werden.
Eine Verschlechterung der Emissionseigenschaft aufgrund der Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils kann vermieden werden, indem die Funktion der Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils in einer Umgebung mit niedriger Temperatur außer Kraft gesetzt wird anstelle eines Ausführens einer Steuerung, wie sie vorstehend beschrieben ist. Wenn jedoch das Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel d.h. das Verfahren des Ausführens der Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils während des Nacheilens der Auslassventilschließzeit EVC angewendet wird, kann das Auslassgas (Abgas) in den Zylinder während eines Einlasstakts eingeführt werden. Dies ermöglicht eine Erleichterung des Aufwärmens von dem Verbrennungsmotor 10. In dieser Hinsicht kann das Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine bessere Wirkung erzeugen als das Verfahren, bei dem einfach die Funktion der Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils in einer Umgebung mit niedriger Temperatur außer Kraft gesetzt wird.
Abwandlungen des ersten Ausführungsbeispiels, etc.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, wird angenommen, dass die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC allmählich in einem Bereich verzögert werden oder zu einem Voreilen gebracht werden, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge TAU nicht größer als die Kaltbeurteilungsmenge TAU1 ist. Jedoch ist das Verfahren zum Beurteilen, ob der vorstehend erläuterte Prozess ausgeführt werden soll, nicht darauf beschränkt. Genauer gesagt ist es eine Alternative, zu beurteilen, ob die Temperatur Teng des Verbrennungsmotors höher als der Kaltbeurteilungswert T₀ ist für den Zweck eines Bestimmens, ob die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC verzögert sind oder voreilen oder nicht.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, wird angenommen, dass, wenn TAU ≤ TAU1 der Fall ist, die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC um die vorbestimmte Breite θ₁ oder θ₂ verzögert sind oder voreilen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung des vorstehend erläuterten Prozessverfahrens beschränkt. Beispielsweise gibt es eine Alternative, bei der eine Tabelle vorbereitet wird, die die Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge TAU oder der Temperatur Teng des Verbrennungsmotors und der Verzögerungsventilöffnungszeit für das Einlassventil 24 und die Verzögerungsventilschließzeit für das Auslassventil 26 definiert, wobei Bezug auf die Tabelle genommen wird und eine Werteeinrichtung ausgeführt wird.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, wird angenommen, dass es eine feststehende Beziehung zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge TAU und der Temperatur Teng des Verbrennungsmotors gibt, und es wird die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC lediglich in Übereinstimmung mit der Kraftstoffeinspritzmenge TAU bestimmt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung des vorstehend erläuterten Bestimmungsverfahrens beschränkt. Wenn eine feststehende Beziehung nicht zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge TAU und der Temperatur Teng des Verbrennungsmotors eingehalten wird, können die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC alternativ in Übereinstimmung mit sowohl der Kraftstoffeinspritzmenge TAU als auch der Temperatur Teng des Verbrennungsmotors bestimmt werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, sind der Anfangswert der Verzögerungsventilöffnungszeit für das Einlassventil 24 und der Anfangswert der Verzögerungsventilschließzeit für das Auslassventil 26 als die eine Ventilüberlappung erzeugenden Werte definiert. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung der vorstehend dargelegten Definition beschränkt. Genauer gesagt ist der Anfangswert der Verzögerungsventilschließzeit für das Auslassventil 26 akzeptabel, solange er von der Standardventilschließzeit verzögert ist. Er muss nicht stets eine Ventilüberlappung erzeugen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, wird angenommen, dass Solenoidaktuatoren angewendet werden, um den Einlasseinstellmechanismus 30 und den Auslasseinstellmechanismus 32 auszuführen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung eines derartigen Aufbaus beschränkt. Genauer gesagt können der Einlasseinstellmechanismus 30 und der Auslasseinstellmechanismus 32 beliebige mechanische Vorrichtungen sein, solange sie die Ventilzeiten (Ventilöffnungszeiten) von dem Einlassventil 24 und dem Auslassventil 26 variieren können.
Das erste Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, führt eine Verzögerungssteuerung über die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC lediglich während des Aufwärmprozesses des Verbrennungsmotors aus. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Verzögerungssteuerung beschränkt. Die Verzögerungssteuerung ist ein Instrument zum Verringern der Menge an Kraftstoff, die an der Umgebung von dem Auslassventil 26 nach der Vollendung des Aufwärmens anhaftet. Wenn die Menge von derartigem Kraftstoff, der anhaftet, verringert werden muss, kann eine Verzögerungssteuerung über die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC nach der Vollendung des Aufwärmens von dem Verbrennungsmotor ausgeführt werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, wird angenommen, dass die Geschwindigkeit von der Einlasseinströmung von der Einlassöffnung in den Zylinder durch ein Verzögern der Einlassventilöffnungszeit IVO erhöht wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung eines derartigen Verfahrens beschränkt. Es ist ein Gegenstand, das heißt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Menge an Kraftstoff zu verringern, die an der Umgebung von dem Auslassventil 26 dann anhaftet, wenn die Einlassströmungsgeschwindigkeit zunimmt. Das Verfahren zum Erhöhen der Einlassströmungsgeschwindigkeit ist nicht auf das Verfahren zum Nacheilen das heißt Verzögern der Einlassventilöffnungszeit IVO beschränkt. Beispielsweise kann die Einlassströmungsgeschwindigkeit alternativ erhöht werden, indem der Einlassventilanhebebetrag anstelle von oder zusätzlich zu dem Verzögern der Einlassventilöffnungszeit IVO verringert wird.
Die vorstehend dargelegten Abwandlungen können nicht nur bei dem ersten Ausführungsbeispiel sondern auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, das nachstehend beschrieben ist, angewendet werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, entspricht der Einlasseinstellmechanismus 30 dem „Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus“ gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die „Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung“ gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und die „Öffnungszeitverzögerungssteuereinrichtung des Einlassventils“ gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden dann ausgeführt, wenn die ECU 40 die Schritte 100 bis 108 ausführt, um die Verzögerungsventilöffnungszeit als die Einlassventilöffnungszeit IVO zu wählen. Die „Schließzeitverzögerungssteuereinrichtung des Auslassventils“ gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dann ausgeführt, wenn die ECU 40 die Schritte 100 bis 108 ausführt, um die Verzögerungsventilschließzeit als die Auslassventilschließzeit EVC zu wählen.
Des weiteren wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, die „Einlassanhebebetragsteuereinrichtung“ gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung dann ausgeführt, wenn die ECU 40 die Schritte 100 bis 108 ausführt, um einen vorbestimmten Anhebebetrag für das Einlassventil 24 auszuwählen anstelle der Wahl der Verzögerungsventilöffnungszeit als die Einlassventilöffnungszeit IVO.
Darüber hinaus wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, die „Hochgeschwindigkeitszustandeinstelleinrichtung“ gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung dann ausgeführt, wenn die ECU 40 den Schritt 106 ausführt. Die „Verzögerungsventilschließzeiteinstelleinrichtung“ gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dann ausgeführt, wenn die ECU 40 den Schritt 108 ausführt.
Nachstehend ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 8A, 8B, 9 und 10 beschrieben. Das System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ausgeführt werden, indem der Hardwareaufbau von dem ersten Ausführungsbeispiel aufgegriffen wird und ermöglicht wird, dass die ECU 40 die in den 9 und 10 gezeigten Routinen anstelle der in 7 gezeigten Routine ausführt.
Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels
Unter vordefinierten Betriebsbedingungen soll das System der von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Betrieb bei einem angehaltenen Ventil ausführen, während dem eines von den beiden Auslassventilen 26, die für jeden Zylinder des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen sind, angehalten ist. Der Betrieb mit einem angehaltenen Ventil wird unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 oder in anderen ähnlichen Situationen gefordert, bei denen der Verbrennungsmotor 10 prompt aufgewärmt werden soll.
Wenn eines der beiden Auslassventile 26 während eines Auslasstakts geschlossen gehalten wird, bleibt das in einem Zylinder verbrannte Gas länger in dem Zylinder als in einer Situation, bei der die beiden Auslassventile öffnen. Die Energie (Wärmeenergie) von dem verbrannten Gas wird wahrscheinlich durch den Hauptkörper des Verbrennungsmotors 10 absorbiert, wenn das Gas in dem Zylinder eine lange Zeitspanne lang gehalten wird. Daher ist es, wenn der Betrieb bei einem angehaltenen Ventil ausgeführt wird, möglich, eine Umgebung zu erzeugen, die für ein Erleichtern des Aufwärmens des Verbrennungsmotors 10 geeignet ist, während die Leistungsverluste verringert sind.
Des weiteren wird, wenn ein unter hoher Temperatur stehendes Gas innerhalb des Zylinders eine längere Zeitspanne lang aufgrund des Betriebs mit einem angehaltenen Ventil gehalten wird, das in dem Gas enthaltene unverbrannte HC wahrscheinlich in dem Zylinder verbrannt. Als ein Ergebnis nimmt die in dem Zylinder erzeugte Wärmemenge zu. Aus diesen Gründen ist der Betrieb mit einem angehaltenen Ventil ein Instrument beim prompten Aufwärmen des Verbrennungsmotors unmittelbar nach einem Kaltstart oder in anderen Situationen, bei denen die Temperatur des Verbrennungsmotors ausreichend gering ist.
Der Betrieb mit einem angehaltenen Ventil wird während eines Kaltstarts aufgerufen, während dem der Kraftstoff nicht gut verdampft. Wenn die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird, kann der in die Einlassöffnung 12 bei einem Kaltstart eingespritzte Kraftstoff prompt zerstäubt werden. Daher kann der Betrieb mit einem angehaltenen Ventil ausgeführt werden, um das Aufwärmen unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 zu erleichtern. Des Weiteren kann eine Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt werden, um einen stabilen Betrieb beizubehalten.
In einer Situation, bei der eines der beiden Auslassventile 26 angehalten ist, ist es jedoch wahrscheinlicher, dass der in dem Zylinder vorherrschende Druck zu einem Unterdruck wird als bei einer Situation, bei der die Auslassventile 26 öffnen / schließen. Genauer gesagt wird, während die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird, der in dem Zylinder vorherrschende Druck, wenn das Einlassventil 24 öffnet, wahrscheinlich zu einem größeren Unterdruckwert während des Betriebs mit einem gehaltenen Ventil als während eines normalen Betriebs. Daher wird, wenn die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils in Verbindung mit einem Betrieb mit einem angehaltenen Ventil ausgeführt wird, wahrscheinlicher eine große Menge an Kraftstoff an dem Auslassventil 26 und seiner Umgebung anhaften als dann, wenn die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils in Verbindung mit einem normalen Betrieb ausgeführt wird.
Wenn die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils in Verbindung mit einer Auslassventilverzögerungssteuerung ausgeführt wird, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist, ist das Phänomen noch deutlicher insbesondere in der Umgebung des angehaltenen Auslassventils 26. Anders ausgedrückt verzögert, wenn die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird, das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Auslassventilschließzeit so, dass eine Ventilüberlappung zumindest unmittelbar nach dem Starten des Verbrennungsmotors erzeugt wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Fall wird eine rückwärts strömende Gasströmung von der Auslassöffnung 16 zu dem Innenraum des Zylinders um ein arbeitendes Auslassventil 26 herum herbeigeführt, wenn das Einlassventil 24 öffnet. Die zurückströmende Gasströmung verhindert, dass der Kraftstoff an dem Auslassventil 26 und seiner Umgebung anhaftet. Selbst wenn eine derartige Verzögerungsventilschließzeit eingestellt ist, tritt keine rückwärts strömende Gasströmung um das Auslassventil 26 herum auf, wenn es angehalten ist. In einem derartigen Fall gibt es keinen Faktor, der das Eintreffen des Kraftstoffs blockiert. Daher kann eine große Menge an Kraftstoff, die von der Einlassöffnung 12 hineinströmt, an dem angehaltenen Auslassventil 26 und seiner Umgebung anhaften.
Wenn, wie dies vorstehend beschrieben ist, ein Betrieb mit einem angehaltenen Ventil in Verbindung mit der Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt wird, ist es wahrscheinlich, dass der Kraftstoff an dem Auslassventil 26 und seiner Umgebung und insbesondere an dem angehaltenen Auslassventil 26 und seiner Umgebung anhaftet. Daher wird, wenn der Betrieb mit einem angehaltenen Ventil lediglich in Verbindung mit einer Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils unmittelbar nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 ausgeführt wird, die Emissionseigenschaft ohne weiteres verschlechtert.
Die 8A und 8B zeigen das Prinzip von einem Verfahren, das das vorliegende Ausführungsbeispiel anwendet, um die Verschlechterung der Emissionseigenschaft zu vermeiden. Genauer gesagt zeigt 8A gleichzeitig die Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 54 für das Einlassventil 24, die während der Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils angewendet wird, eine erste Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 60, die bei einem Auslassventil 26 angewendet wird, und eine zweite Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 62, die bei dem anderen Auslassventil 26 angewendet wird. 8B zeigt den Anhebebetrag für das Einlassventil 24 und die Anhebebeträge für die beiden Auslassventile 26, die den Ventilöffnungszeitspannen entsprechen, die in 8A gezeigt sind.
Die erste Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 60 ist unter der gleichen Idee wie bei der um 40°CA verzögerten Ventilöffnungszeitspanne eingestellt, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel angewendet wird. Gemäß der ersten verzögerten Ventilöffnungszeitspanne 60 öffnet das Auslassventil 26 zwischen dem BDC beim Auslass und 45°CA nach dem TDC beim Auslass. Wenn eine derartige Ventilschließzeit EVC angewendet wird, kann eine Ventilüberlappung von 5°CA für die Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 54 für das Einlassventil 24 erzeugt werden, so dass effektiv verhindert werden kann, dass das Anhaften des Kraftstoffs in der Umgebung von dem Auslassventil 26 auftritt, das die Ventilschließzeit EVC anwendet.
Gemäß zweiten Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 62 bleibt das Auslassventil 26 geschlossen, bis der Kurbelwinkel ungefähr 45°CA vor dem TDC beim Auslass beträgt und bleibt dann offen, bis der Kurbelwinkel ungefähr 45°CA nach dem TDC beim Auslass beträgt. Die Ventilschließzeit EVC für die zweite Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 62 ist die gleiche wie bei der ersten Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 60. Daher ermöglicht die Anwendung von der zweiten Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 62 ebenfalls, dass ein Erzeugen einer Ventilüberdeckung von 5°CA möglich ist und dass wirkungsvoll verhindert wird, dass der Kraftstoff an der Umgebung von dem Auslassventil 26 anhaftet.
Wenn ein Auslassventil 26 mit der ersten Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 60 angetrieben wird und das andere Auslassventil 26 mit der zweiten Verzögerungsventilöffnungszeitspanne 62 angetrieben wird, ist es möglich, eine Situation herbeizuführen, die ähnlich einer Situation ist, bei der lediglich ein Auslassventil 26 offen ist, wobei das andere während dem Zeitintervall zwischen dem BDC beim Auslass und 45°CA vor dem TDC beim Auslass erhalten ist. Wenn ein Auslassventil 26 während der vorstehend erwähnten Zeitspanne geschlossen bleibt, kann der Hauptkörper von dem Verbrennungsmotor 10 effizient die Energie von dem verbrannten Gas absorbieren. Des Weiteren kann der unverbrannte HC effizient in dem Zylinder verbrannt werden.
Daher ist es, wenn das Einlassventil 24 und die Auslassventile 26 gemäß den in den 8A und 8B gezeigten Ventilöffnungszeitspannen angetrieben werden, möglich, eine Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils in Verbindung mit einem Betrieb mit einem angehaltenen Ventil auszuführen, ohne dass sich die Emissionseigenschaft in einer Umgebung mit niedriger Temperatur verschlechtert. Wenn ein derartiger Betrieb ausgeführt wird, ist es möglich, das Voranschreiten des Aufwärmens zu erleichtern, während der Verbrennungsmotor 10 während seines Aufwärmprozesses stetig betrieben wird.
Einzelheiten von einem Prozess gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
Die vorstehend beschriebenen Funktionen können dann ausgeführt werden, wenn die ECU 40 die in 9 gezeigte Routine und die in 10 gezeigte Routine ausführt. 9 zeigt ein Flussdiagramm von einer Routine, die die ECU 40 ausführt, um die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC einzustellen. Die in 9 gezeigte Routine ist der in 7 gezeigten Routine ähnlich mit der Ausnahme, dass die Schritte 110 und 112 zusätzlich nach dem Schritt 108 ausgeführt werden.
Bei der in 9 gezeigten Routine wird, nachdem die Schritte 106 und 108 gemäß dem Voranschreiten des Aufwärmens des Verbrennungsmotors ausgeführt werden, der Schritt 110 ausgeführt, um zu beurteilen, ob die Einlassventilöffnungszeit IVO und die Auslassventilschließzeit EVC jeweils ihre Konvergenzwerte IVOLM bzw. EVCLM erreicht haben. Wenn die Antwort bei dem Schritt 110 „JA“ lautet, wird der Schritt 112 ausgeführt, um eine Konvergenzmarke XFS zu setzen.
Daher kann die ECU 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Status der Konvergenzmarke XFS überwachen, um zu beurteilen, ob die Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils bei unterdrückter Geschwindigkeit der Gaseinströmung in den Zylinder ausgeführt werden muss, oder um zu beurteilen, ob eine derartige Strömungsgeschwindigkeitsunterdrückung nicht länger benötigt wird. Anders ausgedrückt kann die ECU 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Status von der Konvergenzmarke XFS überwachen, um zu beurteilen, ob es erforderlich ist, ein Anhaften des Kraftstoffs an dem Auslassventil 26 und seiner Umgebung zu verhindern, oder um zu beurteilen, ob es nicht länger erforderlich ist, ein derartiges Anhaften des Kraftstoffs zu vermeiden.
10 zeigt ein Flussdiagramm von einer Routine, die die ECU 40 ausführt, um das Verfahren zum Betreiben des Auslassventils 26 zu ändern. Bei dieser Routine wird der Schritt 120 zuerst ausgeführt, um zu beurteilen, ob die Ausführbedingung für einen Betrieb mit einem angehaltenen Ventil besteht. Die Beurteilung wird gemäß beispielsweise der Temperatur Teng des Verbrennungsmotors formuliert.
Wenn das erzielte Beurteilungsergebnis anzeigt, dass die Ausführungsbedingung für einen Betrieb mit einem angehaltenen Ventil nicht gegeben ist, wird der Schritt 122 ausgeführt, um die Standardsteuerung über die beiden Auslassventile 26 auszuführen. Bei der „Standardsteuerung“ werden die Auslassventile 26 so angetrieben, dass sie während der Ventilschließzeit EVC geschlossen sind, die durch die in 9 gezeigte Routine bestimmt wird, nachdem sie eine vorbestimmte Standardzeitspanne lang (beispielsweise 225°CA) geöffnet sind. Nach der Vollendung des Schrittes 122 arbeitet der Verbrennungsmotor 10 in der gleichen Weise, wie dies in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Das bei dem Schritt 120 erzielte Beurteilungsergebnis zeigt an, dass die Ausführbedingung für einen Betrieb mit einem angehaltenen Ventil gegeben ist, wobei der Schritt 124 ausgeführt wird, um zu beurteilen, ob die Konvergenzmarke XFS noch ausgeschaltet ist. Wenn das erzielte Beurteilungsergebnis anzeigt, dass die Konvergenzmarke XFS ausgeschaltet ist, kann geschlussfolgert werden, dass es noch erforderlich ist, ein Anhaften des Kraftstoffs an Auslassventilen 26 zu vermeiden. In diesem Fall wird der Schritt 126 ausgeführt, um die Standardsteuerung bei dem einen Auslassventil 26 und die Ventilöffnungsverzögerungssteuerung bei dem anderen Auslassventil 26 auszuführen.
Die „Ventilöffnungsverzögerungssteuerung“ wird ausgeführt, um das Auslassventil 26 ein Zeitintervall zwischen einem vorbestimmten Kurbelwinkel unmittelbar vor dem Auslass-TDC und der Ventilschließzeit EVC, die durch die in 9 gezeigte Routine bestimmt wird, offen zu halten. Wenn beispielsweise die Ventilschließzeit EVC 45°CA nach TDC (nach dem oberen Totpunkt) beträgt, wird die Ventilöffnungsverzögerungssteuerung so ausgeführt, dass das Auslassventil 26 in Übereinstimmung mit der in den 8A und 8B gezeigten zweiten Ventilöffnungszeitspanne 62 arbeitet.
Wenn der Schritt 126 in der vorstehend beschriebenen Weise ausgeführt wird, kann ein Betrieb, der ähnlich dem Betrieb mit einem angehaltenen Ventil ist, anschließend bei einer Umgebung mit niedriger Temperatur ausgeführt werden, während das Anhaften des Kraftstoffs an den beiden Auslassventilen 26 vermieden wird. Als ein Ergebnis kann der Verbrennungsmotor 10 effizient aufgewärmt werden, während ein stabiler Kaltbetrieb ausgeführt wird.
Wenn das bei dem Schritt 124 erzielte Beurteilungsergebnis nicht anzeigt, dass die Konvergenzmarke XFS ausgeschaltet ist, kann geschlussfolgert werden, dass es nicht länger erforderlich ist, das Anhaften des Kraftstoffs an den Auslassventilen 26 zu vermeiden. In diesem Fall wird der Schritt 128 ausgeführt, um eine Standardsteuerung über ein Auslassventil 26 und eine Anhaltesteuerung über das andere Auslassventil 26 auszuführen. Die „Anhaltesteuerung“ wird ausgeführt, um sicherzustellen, dass das Auslassventil 26 stets angehalten ist. Daher wird, wenn der Schritt 128 ausgeführt wird, ein normaler Betrieb mit einem angehaltenen Ventil anschließend ausgeführt. In diesem Fall verschlechtert das Anhaften des Kraftstoffs an dem Auslassventil 26 überhaupt nicht die Emissionseigenschaft. Daher kann der Betrieb mit einem angehaltenen Ventil kontinuierlich ausgeführt werden, ohne an irgendeinem Nachteil zu leiden.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ermöglichen die in den 9 und 10 gezeigten Routinen ein wahlweises Ausführen von dem Betrieb, der in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, dem Betrieb, bei dem die Ventilöffnungszeit für ein Auslassventil 26 verzögert wird, oder dem normalen Betrieb mit einem angehaltenen Ventil. Des weiteren kann das System gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine ausgezeichnete Emissionseigenschaft stets beibehalten, einen stabilen Kaltbetrieb ausführen und in effizienter Weise den Aufwärmprozess des Verbrennungsmotors 10 voranschreiten lassen, indem die vorstehend beschriebenen Betriebsarten wahlweise ausgeführt werden.
Das zweite Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, beurteilt separat die Ausführbedingung für den Betrieb mit einem angehaltenen Ventil und die Einstellbedingung für die Konvergenzmarke XFS. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung eines derartigen Beurteilungsverfahrens beschränkt. Die vorstehend dargelegten Bedingungen sind beide dann gegeben, wenn der Verbrennungsmotor 10 in einem gewissen Maße aufgewärmt ist. Daher können die vorstehend dargelegten Bedingungen als zueinander identisch erachtet werden. Genauer gesagt ist es eine Alternative, den Schritt 120 bei der in 10 gezeigten Routine auszuführen, um zu beurteilen, ob die Konvergenzmarke XFS ausgeschaltet ist, und die Schritte 124 und 128 wegzulassen.
Das zweite Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, stellt den Anfangswert der Verzögerungsventilöffnungszeit für das Einlassventil 24 und den Anfangswert der Verzögerungsventilschließzeit für das Auslassventil 26 in einer derartigen Weise ein, dass eine Ventilüberlappung erzeugt wird. Jedoch muss eine derartige Anfangswerteinstellung nicht stets so ausgeführt werden, dass eine Ventilüberlappung wie in dem Fall bei dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt wird.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, werden Solenoidaktuatoren angewendet, um den Einlasseinstellmechanismus 30 und den Auslasseinstellmechanismus 32 auszuführen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung eines derartigen Aufbaus beschränkt. Genauer gesagt kann der Einlasseinstellmechanismus 30 eine beliebige mechanische Vorrichtung sein, solange sie dazu in der Lage ist, die Ventilzeit (die Ventilöffnungszeit) für das Einlassventil 24 zu variieren. Der Auslasseinstellmechanismus 32 kann eine beliebige mechanische Vorrichtung sein, solange sie dazu in der Lage ist, die Ventilzeiten von den Auslassventilen 26 auf einer individuellen Basis zu variieren.
Wenn ein Betrieb mit einem angehaltenen Ventil und ein Einlassventilverzögerungsöffnungssteuerbetrieb gleichzeitig angefordert werden, öffnet das zweite Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, ein Auslassventil 26, nachdem es mit einer Verzögerung geschlossen worden ist. Jedoch muss eine derartige Auslassventilsteuerung nicht stets in Verbindung mit einer Verzögerungsöffnungssteuerung des Einlassventils ausgeführt werden. Wenn der Kraftstoff an der Umgebung des angehaltenen Auslassventils 26 während eines Betriebs mit einem angehaltenen Ventil anhaftet, kann das Auslassventil 26 mit einer Verzögerung selbst dann geöffnet werden, wenn die Einlassventilverzögerungsöffnungssteuerung nicht ausgeführt wird.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, wird die „Beurteilungseinrichtung für Teilanhalteanforderung“ gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung dann ausgeführt, wenn die ECU 40 den Schritt 120 ausführt; und die „Steuereinrichtung für das Auslassventil“ gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dann ausgeführt, wenn die ECU 40 den Schritt 126 ausführt.

Claims

Ventilzeitsteuervorrichtung mit: einem Kraftstoffeinspritzventil (22) für ein Einspritzen von Kraftstoff in eine Einlassöffnung (12) in einem Verbrennungsmotor (10); einem Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus (30) zum Variieren der Geschwindigkeit von einer Einlassströmung von der Einlassöffnung (12) in einen Zylinder; einem Auslasseinstellmechanismus (32) zum Variieren der Ventilzeit von einem Auslassventil; einer Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung (40, 106) zum Ausführen einer Steuerung in derartiger Weise, dass der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus (30) in einen Hochgeschwindigkeitszustand versetzt wird, um die Geschwindigkeit einer Einlasseinströmung zu erhöhen; und einer Auslassventilschließzeitverzögerungssteuereinrichtung (40, 108) zum Ausführen einer derartigen Steuerung, dass die Auslassventilschließzeit mit einer Verzögerungsventilschließzeit, die gegenüber einer normalen Ventilschließzeit verzögert ist, in einer Situation übereinstimmt, bei der der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus (30) in dem Hochgeschwindigkeitszustand gehalten wird.
Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung (40, 106) eine derartige Steuerung ausführt, dass der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus (30) in den Hochgeschwindigkeitszustand in einer Situation versetzt wird, bei der der Verbrennungsmotor nicht vollständig aufgewärmt ist; wobei die normale Ventilschließzeit eine Auslassventilschließzeit ist, die normalerweise nach dem Aufwärmen des Verbrennungsmotors angewendet wird; und wobei die Auslassventilschließzeitverzögerungssteuereinrichtung (40, 108) eine derartige Steuerung ausführt, bei der die Auslassventilschließzeit mit der Verzögerungsventilschließzeit in einer Situation übereinstimmt, bei der der Verbrennungsmotor (10) nicht vollständig aufgewärmt ist und der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus (30) in dem Hochgeschwindigkeitszustand gehalten wird.
Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus (30) einen Einlasseinstellmechanismus (30) zum Variieren der Ventilzeit von einem Einlassventil (24) hat; und wobei die Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung (40, 106) eine Einlassventilöffnungszeitverzögerungssteuereinrichtung (40, 106) aufweist, die die Geschwindigkeit von einer Einlasseinströmung erhöht, indem eine derartige Steuerung ausgeführt wird, bei der eine Einlassventilöffnungszeit mit einer Verzögerungsventilöffnungszeit nach einem oberen Totpunkt des Auslasses übereinstimmt.
Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus (30) einen Einlasseinstellmechanismus (30) zum Variieren des Anhebebetrags für das Einlassventil aufweist; und wobei die Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung (40, 106) eine Einlassanhebebetragsteuereinrichtung aufweist, die die Geschwindigkeit von einer Einlasseinströmung erhöht, indem der Anhebebetrag für das Einlassventil verringert wird.
Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einlassgeschwindigkeitserhöhungseinrichtung (40, 106) eine Hochgeschwindigkeitszustandseinstelleinrichtung (40, 106) aufweist, die den Hochgeschwindigkeitszustand so variiert, dass die Geschwindigkeit von einer Einlasseinströmung dann erhöht wird, wenn ein Aufwärmprozess für den Verbrennungsmotor voranschreitet.
Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die des Weiteren folgendes aufweist: eine Verzögerungsventilschließzeiteinstelleinrichtung (40, 108), die die Verzögerungsventilschließzeit in einer voreilenden Richtung dann variiert, wenn der Aufwärmprozess für den Verbrennungsmotor voranschreitet.
Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verzögerungsventilöffnungszeit und die Verzögerungsventilschließzeit derart sind, dass ein Überlappen zwischen einer Einlassventilöffnungszeitspanne und einer Auslassventilöffnungszeitspanne erzeugt wird.
Ventilzeitsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Verbrennungsmotor (10) eine Vielzahl an Auslassventilen (26) für jeden Zylinder aufweist; und wobei der Auslasseinstellmechanismus (32) eine Funktion zum Einstellen der Ventilzeiten von der Vielzahl an Auslassventilen (26) für jeden Zylinder auf einer individuellen Basis hat, wobei die Ventilzeitsteuervorrichtung folgendes aufweist: eine Teilanhalteanforderungsbeurteilungseinrichtung (40, 120) zum Beurteilen, ob eine Anforderung zum Anhalten von einigen der Vielzahl an Auslassventilen erzeugt wird, und eine Auslassventilsteuereinrichtung (40, 126), die dann, wenn die Anhalteanforderung in einer Situation erkannt wird, bei der der Einlassgeschwindigkeitseinstellmechanismus in dem Hochgeschwindigkeitszustand gehalten wird, sämtliche Auslassventile (26) betätigt, während sichergestellt wird, dass die Ventilöffnungszeiten für einige Auslassventile gegenüber den Ventilöffnungszeiten für die anderen Auslassventile verzögert sind.