DE112008003248B4

DE112008003248B4 - Fremdgezündete Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112008003248B4
Application number: DE112008003248T
Authority: DE
Inventors: Naoto Hisaminato; Daisuke Akihisa; Eiichi Kamiyama; Yukihiro Nakasaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: CN101796280B; BRPI0815984A2; RU2434157C1; US8161940B2; JP4816618B2; US20100282216A1; BRPI0815984B1; CN101796280A; WO2009061004A1; JP2009114947A; RU2010107274A; DE112008003248T5

Abstract

Fremdgezündete Brennkraftmaschine, die mit einem variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus, der die Schließzeitabstimmung des Einlassventils steuern kann, und einem Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis versehen ist, der das mechanische Kompressionsverhältnis ändern kann, wobei wenn ein Unterdruck in einem Kraftmaschineneinlassdurchgang geringer als ein angeforderter Unterdruck ist, ein Öffnungsgrad eines Drosselventils kleiner gemacht wird, so dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr wird, und die Schließzeitabstimmung des Einlassventils in einer Richtung bewegt wird, in der sie sich einem unteren Einlasstotpunkt annähert, so dass eine Menge Einlassluft entsprechend der Kraftmaschinenlast in die Brennkammer gemäß dem Öffnungsgrad des Drosselventils zugeführt wird und ebenso das mechanische Kompressionsverhältnis geringer ausgeführt wird, um den Kompressionsenddruck zu verringern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine.
Nach dem Stand der Technik ist eine fremdgezündete Brennkraftmaschine bekannt, die mit einem Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis, der ein mechanisches Kompressionsverhältnis ändern kann, und einen variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus versehen ist, der die Schießzeitabstimmung des Einlassventils steuern kann, die eine Ladefunktion durch eine Ladevorrichtung in dem Mittellastbetrieb der Kraftmaschine und in dem Hochlastbetrieb der Kraftmaschine durchführt und das mechanische Kompressionsverhältnis erhöht und die Schließzeitabstimmung des Einlassventils nachstellt, wenn die Kraftmaschinenlast in dem Zustand niedriger wird, in dem das Ist-Kompressionsverhältnis bei dem Mittellastbetrieb und Hochlastbetrieb der Kraftmaschine konstant ist (siehe beispielsweise japanische Patentveröffentlichung JP 2004-218 522 A ).
In dieser Hinsicht wird bei der Brennkraftmaschine, die in der japanischen Patentveröffentlichung JP 2004-218 522 A offenbart ist, in dem Niedriglastbetrieb der Kraftmaschine das mechanische Kompressionsverhältnis größer gemacht, wird die Schließzeitabstimmung des Einlassventils nachgestellt und wird ferner keine Aufladung durchgeführt. Wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils in der Niedriglastbetriebsregion der Kraftmaschine auf diesem Weg nachgestellt wird, um die Einlassluftmenge, die in die Brennkammer zugeführt wird, als Solleinlassluftmenge auszuführen, ist es notwendig, den Betätigungsgrad des Drosselventils bis zu einem gewissen Ausmaß größer zu machen. Wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils in dem Niedriglastbetrieb der Kraftmaschine groß ist, ist auf diesem Weg der Unterdruck, der in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang an einer stromabwärtigen Seite des Drosselventils erzeugt wird (beispielsweise einem Ausgleichstank), nicht derartig groß.
Andererseits werden beispielsweise Bremskraftverstärker, ein Behälter für eine Abführsteuerung und andere Vorrichtungen, die einen Unterdruck einsetzen (im Folgenden als „Unterdruck nutzende Vorrichtungen” bezeichnet) üblicherweise unter Einsatz des Unterdrucks angetrieben, der in einem Kraftmaschineneinlassdurchgang erzeugt wird. Wenn ein ausreichender Unterdruck innerhalb des Kraftmaschineneinlassdurchgangs bei dem Niedriglastbetrieb der Kraftmaschine nicht erzeugt wird, wie vorstehend erklärt ist, ist es aus diesem Grund nicht mehr möglich, diese Unterdruck nutzenden Vorrichtungen geeignet zu betreiben. Insbesondere erfordert ein Bremskraftverstärker einen relativ großen Unterdruck, um eine ausreichende Bremskraft zu erzeugen, so dass eine Erzeugung eines großen Unterdrucks in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang notwendig ist.
In dieser Hinsicht ist es, wie vorstehend erklärt ist, bei der Brennkraftmaschine, die in der japanischen Patentveröffentlichung JP 2004-218 522 A offenbart ist, nicht möglich, einen großen Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang zumindest zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine zu erzeugen, und es ist daher nicht möglich, die Unterdruck nutzenden Vorrichtungen geeignet zu betreiben.
Des Weiteren sind DE 699 34 045 T2 und JP 2003-035 178 A bekannt. In JP 2003-035 178 A werden eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Steuerung der Einlassluftquantität in einen Verbrennungsmotor beschrieben. Die fremdgezündete Brennkraftmaschine weist ein Einlassventil mit variabler Ventilzeitabstimmung sowie eine Drosselklappe auf. Ziel ist die Sicherstellung eines ausreichenden Unterdrucks im Luftansaugbereich in allen Betriebspunkten um einen Betrieb der Unterdruck nutzenden Vorrichtungen zu gewährleisten. Hierzu wird der Unterdruck im Ansaugrohr konstant gehalten, indem bei niedriger Motorlast der Schließzeitpunkt des Einlassventils und die Öffnung der Drosselklappe aufeinander abgestimmt werden.
In JP 2003-035 178 A wird eine Steuerung für ein variables Einlassventil der Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs beschreiben. Der Schließzeitpunkt des Einlassventils wird dabei so gesteuert, dass während des Fahrzeugbremsvorgangs ein ausreichender Unterdruck im Ansaugbereich der Brennkraftmaschine vorliegt.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtung des vorstehend genannten Problems gemacht und hat als Aufgabe, eine Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, die das mechanische Kompressionsverhältnis erhöht und die Schießzeitabstimmung des Einlassventils zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine nachstellt, die Unterdruck nutzende Vorrichtungen ohne Ändern des Kraftmaschinenbetriebszustands geeignet betreiben kann.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus, der die Schließzeitabstimmung des Einlassventils steuern kann, und einem Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis versehen, der das mechanische Kompressionsverhältnis ändern kann, wobei dann, wenn ein Unterdruck in einem Kraftmaschineneinlassdurchgang geringer als ein angeforderter Unterdruck ist, ein Öffnungsgrad eines Drosselventils kleiner gemacht wird, so dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr wird, und die Schließzeitabstimmung des Einlassventils in eine Richtung bewegt wird, in der sie sich einem unteren Einlasstotpunkt annähert, so dass eine Menge Einlassluft entsprechend der Kraftmaschinenlast in die Brennkammer gemäß dem Öffnungsgrad des Drosselventils zugeführt wird und ebenso das mechanische Kompressionsverhältnis geringer gemacht wird, um den Kompressionsenddruck zu verringern.
In dieser Hinsicht wird, wenn eine Unterdruckanforderung vorliegt, der Öffnungsgrad des Drosselventils kleiner gemacht und wird demgemäß die Schließzeitabstimmung des Einlassventils gesteuert. Wenn der Öffnungsgrad des Drosselventils kleiner gemacht wird, wird der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang erhöht. Wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils gemäß dem Öffnungsgrad des Drosselventils gesteuert wird, kann die Menge Einlassluft entsprechend der Kraftmaschinenlast zu der Brennkammer auch dann zugeführt werden, wenn der Grad des Drosselventils kleiner gemacht wird.
In dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird das mechanische Kompressionsverhältnis in dem Fall, dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr aufgrund der Verringerung des Öffnungsgrads der vorstehend genannten Drosselventils wird, kleiner als in dem Fall gemacht, dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang kleiner als der angeforderte Unterdruck ist.
In dem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird das mechanische Kompressionsverhältnis in dem Fall, dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr aufgrund der Verringerung des Öffnungsgrads des vorstehend genannten Drosselventils wird, so eingerichtet, dass die Kompressionsendtemperatur im Wesentlichen dieselbe wie die Kompressionsendtemperatur in dem Fall wird, dass der Unerdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang kleiner als der angeforderte Unterdruck ist.
In dem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beträgt dann, wenn der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr ist, die Expansionsrate 20 oder mehr in dem Niedriglastbetrieb der Kraftmaschine.
In dem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird das Ist-Kompressionsverhältnis zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine im Wesentlichen als dasselbe Kompressionsverhältnis wie in dem Mittel- und Hochlastbetrieb der Kraftmaschine ausgeführt.
In dem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn der Unterdruck in dem Einlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr ist, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils veranlasst, sich in einer Richtung von dem unteren Einlasstotpunkt bis zu der Grenzschließzeitabstimmung weg zu bewegen, die die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer zugeführt wird, gemeinsam mit einer Verringerung der Kraftmaschinenlast steuern kann.
In dem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird in der Region, in der die Last höher als die Kraftmaschinenlast ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils die vorstehend genannte Grenzschließzeitabstimmung erreicht, die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer hinzugeführt wird, nicht durch das Drosselventil, sondern durch Ändern der Schließzeitabstimmung des Einlassventils gesteuert.
In dem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird in der Region, in der die Last höher als die Kraftmaschinenlast ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils die vorstehend genannte Grenzschließzeitabstimmung erreicht, das vorstehend genannte Drosselventil in dem vollständig geöffneten Zustand gehalten.
In dem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird in der Region, in der die Last niedriger als die Kraftmaschinenlast ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils die vorstehend genannte Grenzschließzeitabstimmung erreicht, die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer zugeführt wird, durch das vorstehend genannte Drosselventil gesteuert.
In dem zehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr ist, das mechanische Kompressionsverhältnis als maximales mechanisches Kompressionsverhältnis zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine ausgeführt.
Nachstehend wird die Erfindung klarer aus den beigefügten Zeichnungen und der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ersichtlich.
1 ist eine Gesamtansicht einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis.
3A und 3B sind Querschnittsseitenansichten einer Brennkraftmaschine, die schematisch dargestellt ist.
4 ist eine Ansicht, die einen variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus zeigt.
5 ist eine Ansicht, die einen Betrag eines Hubs eines Einlassventils und eines Auslassventils zeigt.
6A bis 6C sind Ansichten zum Erklären eines mechanischen Kompressionsverhältnisses, eines Ist-Kompressionsverhältnisses und eines Expansionsverhältnisses.
7 ist eine Ansicht, die die Beziehung des theoretischen thermischen Wirkungsgrads und des Expansionsverhältnisses zeigt.
8A und 8B sind Ansichten zum Erklären eines gewöhnlichen Zyklus und eines Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis.
9 ist eine Ansicht, die Änderungen des mechanischen Kompressionsverhältnisses usw. gemäß der Kraftmaschinenlast zeigt.
10A und 10B sind Ansichten zum Erklären der Beziehung zwischen einem Drosselöffnungsgrad und einer Schließzeitabstimmung eines Einlassventils und einer Kompressionsendtemperatur.
11 ist eine Ansicht, die Änderungen eines Drosselöffnungsgrads usw. zeigt, wenn eine Unterdruckanforderung vorliegt.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine für eine Unterdruckerzeugungssteuerung zeigt.
13A bis 13C sind Ansichten, die einen Soll-Drosselöffnungsgrad usw. zeigen.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt. Es ist anzumerken, dass dieselben oder ähnliche Bauteile in den Zeichnungen mit denselben Bezeichnungen bezeichnet sind. 1 ist eine Querschnittsseitenansicht einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
Unter Bezugnahme auf 1 zeigt 1 ein Kurbelgehäuse, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Zylinderkopf, 4 einen Kolben, 5 eine Brennkammer, 6 eine Zündkerze, die an einer oberen Mitte der Brennkammer 5 angeordnet ist, 7 ein Einlassventil, 8 einen Einlassanschluss, 9 ein Auslassventil und 10 einen Auslassanschluss. Der Einlassanschluss 8 ist über ein Einlassabzweigrohr 11 mit einem Ausgleichstank 12 verbunden, während jedes Einlassabzweigrohr 11 mit einem Kraftstoffinjektor 13 zum Einspritzen von Kraftstoff in Richtung auf einen entsprechenden Einlassanschluss 8 versehen ist. Es ist anzumerken, dass jeder Kraftstoffinjektor 13 an jeder Brennkammer 5 anstelle der Anbringung an jedem Einlassabzweigrohr 11 angeordnet werden kann.
Der Ausgleichstank 12 ist über eine Einlassleitung 14 mit einem Luftreiniger 15 verbunden und die Einlassleitung 14 ist innen mit einem Drosselventil 17 versehen, dass durch ein Stellglied 16 angetrieben wird, und einen Einlassluftmengendetektor 18 versehen, der beispielsweise einen Heißdraht verwendet. Der Ausgleichstank 12 ist mit einem Unterdruckleitungsrohr 19 verbunden, das mit einem Bremskraftverstärker 20 verbunden ist. Der Bremskraftverstärker 20 ist mit einem Bremsventil 21 versehen und innen mit einem Unterdrucksensor 22 zum Erfassen eines Unterdrucks in dem Bremskraftverstärker versehen. Ferner ist innerhalb des Ausgleichstanks 12 ein Drucksensor 23 zum Erfassen des Drucks innerhalb des Ausgleichstanks 12 vorgesehen. Andererseits ist der Auslassanschluss 10 durch einen Auslasskrümmer 24 mit einem katalytischen Wandler 25 verbunden, der beispielsweise einen Dreiwegekatalysator aufnimmt. Der Auslasskrümmer 24 ist innen mit einem Luftkraftstoffverhältnissensor 26 versehen.
Ferner ist in dem in 1 gezeigten Auswirkungsbeispiel der Verbindungsabschnitt des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 mit einem Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis versehen, der die relativen Positionen des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 in der zum Zylinder axialen Richtung ändern kann, um das Volumen der Brennkammer 5 zu ändern, wenn der Kolben 5 an dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist. Die Brennkraftmaschine ist ferner mit einem variablen Ventilmechanismus B versehen, der die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 ändern kann, um die Startzeitabstimmung der tatsächlichen Kompressionsfunktion zu ändern.
Die elektronische Steuereinheit 30 besteht aus einem digitalen Computer, der mit Bauteilen versehen ist, die miteinander durch einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind, wie zum Beispiel einem ROM (nur Leerespeicher) 32, einem RAM (freier Zugriffsspeicher) 33, einer CPU (Mikroprozessor) 34, einem Eingabeanschluss 35 und einem Ausgabeanschluss 36. Das Ausgangssignal des Einlassluftmengendetektors 18 und das Ausgangssignal des Luftkraftstoffverhältnissensors 26 werden durch entsprechende AD-Wandler 37 in den Eingabeanschluss 35 eingegeben. Ferner ist das Beschleunigerpedal 14 mit einem Lastsensor 42 verbunden, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zu dem Betrag einer Auslenkung des Beschleunigerpedals 40 ist. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird durch einen entsprechenden AD-Wandler 37 in den Eingabeanschluss 35 eingegeben. Ferner ist der Eingabeanschluss 35 mit einem Kurbelwinkelsensor 42 verbunden, der einen Ausgangsimpuls jedes Mal dann erzeugt, wenn die Kurbelwelle sich beispielsweise um 30 Grad dreht. Andererseits ist der Ausgabeanschluss 36 durch die entsprechenden Antriebsschaltkreise 38 mit einer Zündkerze 6, einem Kraftstoffinjektor 13, dem Drosselventilantriebsstellglied 16, dem Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis und dem variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus B verbunden.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis, der in 1 gezeigt ist, während in 3A und 3B Querschnittsseitenansichten der Brennkraftmaschine sind, wie schematisch dargestellt ist. Unter Bezugnahme auf 2 sind an dem Boden der zwei Seitenwände des Zylinderblocks 2 eine Vielzahl von vorstehenden Teilen 50 ausgebildet, die um einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind. Jedes vorstehende Teil 50 ist mit einem Nockeneinsetzloch 51 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Auf der anderen Seite ist die obere Fläche des Kurbelgehäuses 1 mit einer Vielzahl von vorstehenden Teilen 52 ausgebildet, die voneinander um einen bestimmten Abstand getrennt sind und zwischen die entsprechenden vorstehenden Teile 50 passen. Diese vorstehenden Teile 52 sind ebenso mit Nockeneinsetzlöchern 53 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet.
Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Paar Nockenwellen 54, 55 vorgesehen. Jede der Nockenwellen 54, 55 hat kreisförmige Nocken 56, die daran fixiert sind, so dass sie drehbar in die Nockeneinsetzlöcher 51 an jeder zweiten Position eingesetzt werden können. Diese kreisförmigen Nocken 56 sind koaxial zu den Achsen der Drehung der Nockenwellen 54, 55. Andererseits erstrecken sich zwischen den kreisförmigen Nocken 56, wie durch die Schraffur in 3A und 3B gezeigt ist, exzentrische Nockenwellen 57, die exzentrisch mit Bezug auf die Achsen der Drehung der Nockenwellen 54, 55 angeordnet sind. Jede exzentrische Welle 57 hat weitere kreisförmige Nocken 58, die drehbar daran exzentrisch angebracht sind. Wie in 2 gezeigt ist, sind diese kreisförmigen Nocken 58 zwischen den kreisförmigen Nocken 56 angeordnet. Diese kreisförmigen Nocken 58 sind drehbar in die entsprechenden Nockeneinsetzlöcher 53 eingesetzt.
Wenn die kreisförmigen Nocken 56, die an den Nockenwellen 54, 55 befestigt sind, in entgegengesetzte Richtungen, wie durch die Zeile mit der durchgezogenen Linie in 3A gezeigt ist, ausgehend von dem Zustand in 3A gedreht werden, bewegen sich die exzentrischen Wellen 57 in Richtung auf den unteren Totpunkt, so dass die kreisförmigen Nocken 58 in den entgegengesetzten Richtungen von den kreisförmigen Nocken 56 in den Nockeneinsatzlöchern 53 drehen, wie durch die Pfeile aus der gestrichelten Linie in 3A gezeigt ist. Wie in 3B gezeigt ist, bewegen sich dann, wenn die exzentrischen Wellen 57 sich zu dem unteren Totpunkt bewegen, die Mitten der kreisförmigen Nocken 58 unter die exzentrischen Wellen 57.
Wie aus einem Vergleich von 3A und 3B ersichtlich ist, werden die relativen Positionen des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 durch den Abstand zwischen den Mitten der kreisförmigen Nocken 56 und den Mitten der kreisförmigen Nocken 58 bestimmt. Je größer der Abstand zwischen den Mitten der kreisförmigen Nocken 56 und den Mitten der kreisförmigen Nocken 58 ist, umso weiter ist der Zylinderblock 2 von dem Kurbelgehäuse 1 entfernt. Wenn der Zylinderblock 2 sich von dem Kurbelgehäuse 1 weg bewegt, vergrößert sich das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 an dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist, wobei durch Veranlassen, dass die Nockenwellen 54, 55 sich drehen, das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 an dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist, geändert werden kann.
Wie in 2 gezeigt ist, ist zum Veranlassen, dass die Nockenwellen 54, 55 sich in entgegengesetzte Richtungen drehen, die Welle eines Antriebsmotors 59 mit einem Paar Schneckenrädern 61, 62 mit entgegengesetzten Gewinderichtungen versehen. Zahnräder 63, 64, die mit diesen Schneckenrädern 61, 62 eingreifen, sind an Enden der Nockenwellen 54, 55 entsprechend befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Antriebsmotor 59 angetrieben werden, um das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 an dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist, über einen weiten Bereich zu ändern. Es ist anzumerken, dass der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis, der von 1 bis 3B gezeigt ist, ein Beispiel zeigt. Jede Bauart des Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis kann verwendet werden.
Ferner zeigt 4 andererseits einen variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus B, der an dem Ende der Nockenwelle 70 zum Antreiben des Einlassventils 7 in 1 angebracht ist. Wie in 4 gezeigt ist, ist der variable Ventilzeitabstimmungsmechanismus B mit einer Riemenscheibe 71, die veranlasst wird, sich durch eine Kraftmaschinenkurbelwelle durch einen Riemen in der Pfeilrichtung zu drehen, einem zylindrischen Gehäuse 72, das sich gemeinsam mit der Riemenscheibe 71 dreht, einer Drehwelle 73, die sich gemeinsam mit der Nockenwelle 70 drehen kann und sich relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 drehen kann, einer Vielzahl von Unterteilungen 74, die sich von einem inneren Umfang des zylindrischen Gehäuses 72 zu einem äußeren Umfang der Drehwelle 73 erstrecken, und Flügel 75 versehen, die sich zwischen den Unterteilungen 74 von dem äußeren Umfang der Drehwelle 73 zu dem inneren Umfang des zylindrischen Gehäuses 72 erstrecken, wobei die zwei Seiten der Flügel 75 mit hydraulischen Kammern 76, die zum Vorstellen verwendet werden, und hydraulischen Kammern 77, die zum Nachstellen verwendet werden, ausgebildet sind.
Die Förderung des Arbeitsöls zu den hydraulischen Kammern 76, 77 wird durch ein Arbeitsölfördersteuerventil 85 gesteuert. Dieses Arbeitsölfördersteuerventil 85 ist mit hydraulischen Anschlüssen 78, 79, die mit den hydraulischen Kammern 76, 77 verbunden sind, einen Förderanschluss 81 zum Fördern des Arbeitsöls, das aus einer Hydraulikpumpe 80 ausgestoßen wird, einem Paar Ablaufanschlüsse 82, 83 und einem Schieberventil 84 zum Steuern der Verbindung und der Trennung der Anschlüsse 78, 79, 81, 82, 83 versehen.
Zum Vorstellen der Phase der Nocken der Nockenwelle 70 wird das Schieberventil 84 veranlasst, sich nach rechts in 4 zu bewegen, wird das Arbeitsöl, das aus dem Förderanschluss 81 gefördert wird, durch den hydraulischen Anschluss 78 zu den hydraulischen Kammern 76, die zum Vorstellen verwendet werden, gefördert, und wird das Arbeitsöl in den hydraulischen Kammern 77, die zum Nachstellen verwendet werden, aus dem Ablaufanschluss 83 abgelassen. Dabei wird die Drehwelle 73 veranlasst, sich relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 in der Pfeilrichtung zu drehen.
Dagegen wird zum Nachstellen der Phase der Nocken der Nockenwelle 70 das Schieberventil 84 veranlasst, sich nach links in 4 zu bewegen, wird das Arbeitsöl, das aus dem Förderanschluss 81 gefördert wird, durch den hydraulischen Anschluss 79 zu den hydraulischen Kammern 77, die zum Nachstellen verwendet werden, gefördert und wird das Arbeitsöl in den hydraulischen Kammern 76, die zum Vorstellen verwendet werden, aus dem Ablaufanschluss 82 abgelassen. Dabei wird die Drehwelle 73 veranlasst, sich relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 in der Richtung zu drehen, die entgegengesetzt zu der Pfeilrichtung ist.
Wenn die Drehwelle 73 veranlasst wird, sich relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 zu drehen, wird dann, wenn das Schieberventil 84 auf die neutrale Position zurückgestellt wird, die in 4 gezeigt ist, der Betrieb zur relativen Drehung der Drehwelle 73 beendet und wird die Drehwelle 73 an der relativen Drehposition zu diesem Zeitpunkt gehalten. Daher ist es möglich, den variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus B zu verwenden, um die Phase des Nockens der Nockenwelle 70 um exakt den gewünschten Betrag vorzustellen oder nachzustellen.
In 5 zeigt die durchgezogene Linie den Fall, in welchem die Phase der Nocken der Nockenwelle 70 maximal durch den variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus B vorgestellt ist, und zeigt die gestrichelte Linie den Fall, in welchem die Phase der Nocken der Nockenwelle 70 maximal nachgestellt ist. Daher kann die Öffnungsdauer des Einlassventils 70 zwischen der Dauer, die durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, und die Dauer, die durch die gestrichelte Linie in 5 gezeigt ist, frei eingerichtet werden, und kann somit die Schließzeitabstimmung des Einlassventils auf einen vorgegebenen Kurbelwinkel innerhalb des Bereichs eingestellt werden, der durch den Pfeil C in 5 angegeben ist.
Es ist anzumerken, dass der variable Ventilzeitabstimmungsmechanismus B, der in den 1 und 4 gezeigt ist, ein Beispiel darstellt. Es ist ebenso möglich, verschiedenartige Bauarten eines variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus zu verwenden, wie zum Beispiel einen variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus, der die Schließzeitabstimmung des Einlassventils ändern kann, während die Öffnungszeitabstimmung von diesem konstant gehalten wird. Obwohl der variable Ventilzeitbestimmungsmechanismus B verwendet wird, um die Startzeitabstimmung des tatsächlichen Kompressionsvorgangs bei der vorliegenden Erfindung zu ändern, ist es des Weiteren ebenso möglich, verschiedenartige Bauarten von Startzeitabstimmungsänderungsmechanismen für die tatsächliche Kompressionsfunktion zu verwenden, die die Startzeitabstimmung der tatsächlichen Kompressionsfunktion ändern können, die anders als der variable Ventilzeitabstimmungsmechanismus sind.
Als nächstes wird die Bedeutung der Ausdrücke, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, unter Bezugnahme auf 6A bis 6C erklärt. Es ist anzumerken, dass 6A, 6B und 6C zum Zweck der Erklärung eine Kraftmaschine mit einem Volumen der Brennkammern von 50 ml und einem Hubvolumen des Kolbens von 500 ml zeigen. In diesen 6A, 6B und 6C zeigt das Brennkammervolumen das Volumen der Brennkammer, wenn der Kolben sich an dem oberen Kompressionstotpunkt befindet. 6A erklärt das mechanische Kompressionsverhältnis. Das mechanische Kompressionsverhältnis ist ein Wert, der mechanisch aus dem Hubvolumen des Kolbens zum Zeitpunkt des Kompressionstakts und dem Brennkammervolumen bestimmt wird. Das mechanische Kompressionsverhältnis wird durch (Brennkammervolumen + Hubvolumen)/Brennkammervolumen ausgedrückt. In dem in 6A gezeigten Beispiel wird dieses mechanische Kompressionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
6B erklärt das Ist-Kompressionsverhältnis. Diese Ist-Kompressionsverhältnis ist ein Wert, der aus dem Brennkammervolumen und dem Ist-Hubvolumen des Kolbens von dem Zeitpunkt, bis die Kompressionsfunktion tatsächlich gestartet wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, bestimmt wird. Dieses Ist-Kompressionsverhältnis wird durch (Brennkammervolumen + Ist-Hubvolumen)/Brennkammervolumen ausgedrückt. Auch wenn, wie in 6B gezeigt ist, der Kolben beginnt sich in dem Kompressionstakt anzuheben, wird nämlich keine Kompressionsfunktion durchgeführt, bis das Einlassventil geöffnet wird. Die tatsächliche Kompressionsfunktion wird gestartet, nachdem das Einlassventil sich schließt. Daher wird das Ist-Kompressionsverhältnis wie vorstehend unter Verwendung des Ist-Hubvolumens ausgedrückt. In dem in 6B gezeigten Beispiel wird das Ist-Kompressionsverhältnis (50 ml + 450 ml)/50 ml = 10.
6C erklärt das Expansionsverhältnis. Das Expansionsverhältnis ist ein Wert, der aus dem Hubvolumen des Kolbens zum Zeitpunkt eines Expansionstakts und dem Brennkammervolumen bestimmt wird. Dieses Expansionsverhältnis wird durch (Brennkammervolumen + Hubvolumen)/Brennkammervolumen ausgedrückt. In dem in 6C gezeigten Beispiel wird das Expansionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
Als nächstes werden die grundlegenden Merkmale der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7, 8A und 8B erklärt. Es ist anzumerken, dass 7 die Beziehung zwischen dem theoretischen thermischen Wirkungsgrad und dem Expansionsverhältnis zeigt, während 8A und 8B einen Vergleich zwischen dem gewöhnlichem Zyklus und dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis zeigen, die selektiv gemäß der Last in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
8A zeigt den gewöhnlichen Zyklus, wobei das Einlassventil sich in der Nähe des unteren Totpunkts schließt und die Expansionsfunktion durch den Kolben von im Wesentlichen in der Nähe des unteren Kompressionstotpunkts gestartet wird. In dem in dieser 8A gezeigten Beispiel wird auf demselben Weg wie in den in 6A, 6B und 6C gezeigten Beispielen das Brennkammervolumen 50 ml und das Hubvolumen des Kolbens 500 ml. Wie aus 8A ersichtlich ist, ist in einem gewöhnlichem Zyklus das mechanische Kompressionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11, das Ist-Kompressionsverhältnis ebenso ungefähr 11 und das Expansionsverhältnis wird ebenso (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11. Bei einer gewöhnlichen Brennkraftmaschine werden nämlich das mechanische Kompressionsverhältnis und das Ist-Kompressionsverhältnis sowie das Expansionsverhältnis im Wesentlichen gleich.
Die durchgezogene Linie in 7 zeigt die Änderung des theoretischen thermischen Wirkungsgrads in dem Fall, dass das Ist-Kompressionsverhältnis und das Expansionsverhältnis im Wesentlichen gleich sind, nämlich in dem gewöhnlichen Zyklus. In diesem Fall wird erkennbar, dass der theoretische thermische Wirkungsgrad umso höher ist, je größer das Expansionsverhältnis ist, je höher nämlich das Ist-Kompressionsverhältnisses ist. Daher sollte in einem gewöhnlichen Zyklus zum Anheben des theoretischen thermischen Wirkungsgrads das Ist-Kompressionsverhältnis höher ausgeführt werden. Jedoch kann aufgrund der Beschränkungen bezüglich des Auftretens von Klopfen zum Zeitpunkt des Hochlastbetriebs der Kraftmaschine das Ist-Kompressionsverhältnis nur auf ein Maximum von ungefähr 12 angehoben werden, wobei demgemäß in einem gewöhnlichen Zyklus der theoretisch thermische Wirkungsgrad nicht ausreichend hoch ausgeführt werden kann.
Andererseits haben in dieser Situation die Erfinder streng zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Ist-Kompressionsverhältnis unterschieden und den theoretischen thermischen Wirkungsgrad untersucht und als Ergebnis entdeckt, dass in dem theoretischen thermischen Wirkungsgrad das Expansionsverhältnis dominiert und der theoretische thermische Wirkungsgrad nicht sehr durch das Ist-Kompressionsverhältnis beeinflusst wird. Wenn nämlich das Ist-Kompressionsverhältnis angehoben wird, steigt die Expansionskraft an, aber erfordert die Kompression eine große Energie, wobei demgemäß auch dann, wenn das Ist-Kompressionsverhältnis angehoben wird, der theoretische thermische Wirkungsgrad nicht zu sehr ansteigen wird.
Wenn dagegen das Expansionsverhältnis erhöht wird, wird die Zeit, über die der Kolben eine Rotationskraft auf die Kurbelwelle aufbringt, umso länger, je länger die Zeitdauer ist, während der eine Kraft zum Herunterdrücken des Kolbens zum Zeitpunkt des Expansionstakts wirkt. Daher wird der theoretische thermische Wirkungsgrad umso höher, je größer das Expansionsverhältnis ist. Die gestrichelte Linie von ε = 10 in 7 zeigt den theoretischen thermischen Wirkungsgrad in dem Fall der Festlegung des Ist-Proportionsverhältnisses auf 10 und des Anhebens des Expansionsverhältnisses in diesem Zustand. Es wird ersichtlich, dass der Betrag des Anstiegs des theoretischen thermischen Wirkungsgrads, wenn das Expansionsverhältnis in dem Zustand angehoben wird, in welchem das Ist-Kompressionsverhältnis auf einem niedrigen Wert auf dem vorstehend angegebenen Weg gehalten wird, und der Betrag des Anstiegs des theoretischen thermischen Wirkungsgrads in dem Fall, dass das Ist-Kompressionsverhältnis gemeinsam mit dem Expansionsverhältnis erhöht wird, wie durch die durchgezogene Linie in 7 gezeigt ist, sich nicht sehr unterscheiden.
Wenn das Ist-Kompressionsverhältnis auf einem niedrigen Wert auf diesem Weg gehalten wird, wird Klopfen nicht auftreten, wobei daher, wenn das Expansionsverhältnis in dem Zustand angehoben wird, dass das Ist-Kompressionsverhältnis auf einem niedrigen Wert gehalten wird, das Auftreten von Klopfen verhindert werden kann und der theoretische thermische Wirkungsgrad in hohem Maße angehoben werden kann. 8B zeigt ein Beispiel des Falls, wenn der Mechanismus A mit variablem Konversionsverhältnis und der variable Ventilzeitabstimmungsmechanismus B zum Aufrechterhalten des Ist-Kompressionsverhältnisses auf einem niedrigen Wert und zum Anheben des Expansionsverhältnisses verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 8B wird in diesem Beispiel der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis verwendet, um das Brennkammervolumen von 50 ml auf 20 ml zu verringern. Andererseits wird der variable Ventilzeitabstimmungsmechanismus B verwendet, um die Schließzeitabstimmung des Einlassventils nachzustellen, bis das Ist-Hubvolumen des Kolbens sich von 500 ml auf 200 ml ändert. Als Folge wird in diesem Beispiel das Ist-Kompressionsverhältnis (20 ml + 200 ml)/20 ml = 11 und wird das Expansionsverhältnis (20 ml + 500 ml)/20 ml = 26. In dem gewöhnlichen Zyklus, der in 8A gezeigt ist, wie vorstehend erklärt ist, beträgt das Ist-Kompressionsverhältnis ungefähr 11 und beträgt das Expansionsverhältnis ungefähr 11. Im Vergleich mit diesem Fall wird in dem Fall, der in 8B gezeigt ist, ersichtlich, dass nur das Expansionsverhältnis auf 26 angehoben wird. Das ist der Grund, dass dieser als ”Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis” bezeichnet wird.
Wie vorstehend erklärt ist, wird allgemein ausgedrückt bei einer Brennkraftmaschine der thermische Wirkungsgrad umso schlechter, je niedriger die Kraftmaschinenlast ist, wobei daher zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads zum Zeitpunkt des Fahrzeugbetriebs, nämlich zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs es notwendig wird, den thermischen Wirkungsgrad zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine zu verbessern. Andererseits wird in dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis, wie in 8B gezeigt ist, das Ist-Hubvolumen des Kolbens zum Zeitpunkt des Kompressionstakts kleiner ausgeführt, so dass die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 eingesaugt werden kann, kleiner wird, wobei daher dieser Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis nur eingesetzt werden kann, wenn die Kraftmaschinenlast relativ niedrig ist. Daher wird in der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine der Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis, der in 8B gezeigt ist, eingerichtet, während zum Zeitpunkt des Hochlastbetriebs der Kraftmaschine der gewöhnliche Zyklus, der in 8A gezeigt ist, eingerichtet wird. Das ist das grundlegende Merkmal der vorliegenden Erfindung.
Als nächstes wird die Betriebssteuerung im Ganzen unter Bezugnahme auf 9 erklärt.
9 zeigt die Änderung des mechanischen Kompressionsverhältnisses, des Expansionsverhältnisses, der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7, des Ist-Kompressionsverhältnisses, der Menge der Einlassluft, des Öffnungsgrads des Drosselventils 17 und des Pumpverlusts gemäß der Kraftmaschinenlast. Es ist anzumerken, dass in den Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung, zur Ermöglichung, dass der Dreiwegekatalysator in dem katalytischen Wandler 25 gleichzeitig unverbranntes HC, CO und NOX in dem Abgas verringert, üblicherweise das durchschnittliche Luftkraftstoffverhältnis in der Brennkammer 5 auf das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis auf der Grundlage des Ausgangssignals des Luftkraftstoffverhältnissensors 26 wie rückgeführt geregelt wird.
Wie vorstehend erklärt ist, wird zum Zeitpunkt des Hochlastbetriebs der Kraftmaschine der in 8A gezeigte gewöhnliche Zyklus ausgeführt. Daher wird, wie in 9 gezeigt ist, zu diesem Zeitpunkt das mechanische Kompressionsverhältnis niedrig ausgeführt und wird, wie durch die durchgezogene Linie in 9 gezeigt ist, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 vollständig geöffnet oder im Wesentlichen vollständig geöffnet gehalten, so dass der Pumpverlust null wird.
Andererseits wird, wie in 9 gezeigt ist, gemeinsam mit der Verringerung der Kraftmaschinenlast das mechanische Kompressionsverhältnis erhöht, wobei daher das Expansionsverhältnis ebenso erhöht wird. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt das Ist-Kompressionsverhältnis im Wesentlichen konstant gehalten, indem, wie durch die durchgezogene Linie in 9 gezeigt ist, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 nachgestellt wird, wenn die Kraftmaschinenlast niedriger wird. Es ist anzumerken, dass zu diesem Zeitpunkt ebenso das Drosselventil 17 auf dem vollständig geöffneten oder im Wesentlichen vollständig geöffneten Zustand gehalten wird, wobei daher die Menge der Einlassluft, die in der Brennkammer 5 gefördert wird, nicht durch das Drosselventil 17 sondern durch Ändern der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 gesteuert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ebenso der Pumpverlust null.
Wenn auf diesem Weg die Kraftmaschinenlast ausgehend von dem Hochlastbetriebszustand der Kraftmaschine niedriger wird, wird das mechanische Kompressionsverhältnis gemeinsam mit der Verringerung der Einlassluftmenge in einem im Wesentlichen konstanten Ist-Kompressionsverhältnis erhöht. Das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 den oberen Kompressionstotpunkt erreicht, wird nämlich proportional zu der Verringerung der Einlassluftmenge verringert. Daher ändert sich das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 den oberen Kompressionstotpunkt erreicht, proportional zu der Einlassluftmenge. Es ist anzumerken, dass zu diesem Zeitpunkt das Luftkraftstoffverhältnis in der Brennkammer 5 das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis wird, so dass das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 den oberen Kompressionstotpunkt erreicht, sich proportional zu der Menge des Kraftstoffs ändert.
Wenn die Kraftmaschinenlast weitergehend niedriger wird, wird das mechanische Kompressionsverhältnis weitergehend erhöht. Wenn das mechanische Kompressionsverhältnis das mechanische Grenzkompressionsverhältnis erreicht, das als strukturelle obere Grenze der Brennkammer 5 dient, nämlich in der Region, in der die Last niedriger als die Kraftmaschinenlast L1 ist, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis das mechanische Grenzkompressionsverhältnis erreicht, wird das mechanische Kompressionsverhältnis auf dem mechanischen Grenzkompressionsverhältnis gehalten. Daher wird zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine das mechanische Kompressionsverhältnis maximal und wird das Expansionsverhältnis ebenso maximal. Anders gesagt wird in der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine das mechanische Kompressionsverhältnis maximal gemacht, so dass das maximale Expansionsverhältnis erhalten wird. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt das Ist-Kompressionsverhältnis auf im Wesentlichen demselben Ist-Kompressionsverhältnis wie zum Zeitpunkt des Mittel- und Hochlastbetriebs der Kraftmaschine gehalten.
Andererseits wird, wie durch die durchgezogenen Linien in 9 gezeigt ist, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 gemeinsam mit dem Abfall der Kraftmaschinenlast bis zu der Grenzschließzeitabstimmung nachgestellt, bei der die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 zugeführt wird, nicht durch Ändern der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 gesteuert werden kann. In der Region, in der die Last niedriger als die Kraftmaschinenlast L2 ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Grenzschließzeitabstimmung erreicht, wird die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf der Grenzschließzeitabstimmung gehalten. Wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf der Grenzschließzeitabstimmung gehalten wird, ist es notwendig, die Einlassluftmenge durch ein anderes Verfahren zu steuern, da die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 nicht mehr zum Steuern der Einlassluftmenge verwendet werden kann.
In dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel wird zu diesem Zeitpunkt, nämlich in der Region einer Last, die niedriger als die Kraftmaschinenlast N2 ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Grenzschließzeitabstimmung erreicht, das Drosselventil 17 verwendet, um die Menge der Einlassluft zu steuern, die zu der Brennkammer 5 gefördert wird. Wenn jedoch das Drosselventil 17 zum Steuern der Menge der Einlassluft verwendet wird, wie in 9 gezeigt ist, vergrößert sich der Pumpverlust.
Es ist anzumerken, dass zum Verhindern, dass ein solcher Pumpverlust auftritt, in der Region einer Last, die niedriger als die Kraftmaschinenlast L2 ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Grenzschließzeitabstimmung erreicht, das Luftkraftstoffverhältnis größer gemacht werden kann, je niedriger die Kraftmaschinenlast ist, nämlich in dem Zustand, in dem das Drosselventil 17 vollständig geöffnet oder im Wesentlichen vollständig geöffnet gehalten wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kraftstoffinjektor 13 vorzugsweise in der Brennkammer 5 angeordnet, um eine geschichtete Verbrennung durchzuführen.
Wie in 9 gezeigt ist, wird zum Zeitpunkt der niedrigen Drehzahl der Kraftmaschine ungeachtet der Kraftmaschinenlast das Ist-Kompressionsverhältnis im Wesentlichen konstant gehalten. Das Ist-Kompressionsverhältnis zu diesem Zeitpunkt wird innerhalb des Bereichs von ungefähr ±10% mit Bezug auf das Ist-Kompressionsverhältnis zum Zeitpunkt des Mittel- und Hochlastbetriebs der Kraftmaschine, vorzugsweise ±5% eingerichtet. Es ist anzumerken, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Ist-Kompressionsverhältnis zum Zeitpunkt der niedrigen Drehzahl der Kraftmaschine ungefähr 10 ± 1 nämlich von 9–11 ausgeführt wird. Wenn jedoch die Kraftmaschinendrehzahl höher wird, tritt eine Turbulenz in dem Luftkraftstoffgemisch in der Brennkammer 5 auf und besteht als Folge keine Tendenz, dass Klopfen auftritt. Daher ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das Ist-Kompressionsverhältnis umso höher, je höher die Kraftmaschinendrehzahl ist.
Andererseits wird, wie vorstehend erklärt ist, in dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis, wie in 8B gezeigt ist, das Expansionsverhältnis 26. Je höher dieses Expansionsverhältnis ist, umso besser, aber auch für das praktisch verwendbare untere Grenzkompressionsverhältnis ε = 5, wie aus 7 ersichtlich ist, kann ein beträchtlich hoher theoretischer thermischer Wirkungsgrad erhalten werden, wenn 20 oder mehr vorliegt. Daher ist in der vorliegenden Erfindung der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis so ausgebildet, dass das Expansionsverhältnis 20 oder mehr wird.
Ferner wird in dem in 9 gezeigten Beispiel das mechanische Kompressionsverhältnis kontinuierlich gemäß der Kraftmaschinenlast geändert. Jedoch kann das mechanische Kompressionsverhältnis ebenso in Stufen gemäß der Kraftmaschinenlast geändert werden.
Andererseits ist es, wie durch die gestrichelte Linie in 9 gezeigt ist, durch Vorstellen der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 ebenso möglich, wenn die Kraftmaschinenlast niedriger wird, die Menge der Einlassluft ohne Ändern des Öffnungsgrads des Drosselventils zu steuern. Daher wird unter genauer Ausdrucksweise von sowohl dem Fall, der durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, als auch dem Fall, der durch die gestrichelte Linie in 9 gezeigt ist, in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7, wenn die Kraftmaschinenlast niedriger wird, in einer Richtung von dem unteren Kompressionstotpunkt UT bis zu der Grenzschließzeitabstimmung L2 weggeschoben, was die Steuerung der Menge der Einlassluft ermöglicht, die in die Brennkammer gefördert wird. Es ist anzumerken, dass in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel das mechanische Kompressionsverhältnis und die Schließzeitabstimmung des Einlassventils gesteuert werden, um das Ist-Kompressionsverhältnis im Wesentlichen konstant zu halten, nämlich ungeachtet der Kraftmaschinenlast. Jedoch ist es nicht notwendigerweise erforderlich, diese so zu steuern, dass das Ist-Kompressionsverhältnis im Wesentlichen konstant gehalten wird. Auch wenn der Betrieb zum Aufrechterhalten des Ist-Kompressionsverhältnisses auf einem im Wesentlichen konstanten Wert nicht gesteuert wird, ist es auch grundlegend notwendig, das mechanische Kompressionsverhältnis zu erhöhen und die Schließzeitabstimmung des Einlassventils von dem unteren Einlasstotpunkt wegzuschieben, wenn die Kraftmaschinenlast niedriger wird.
In dieser Hinsicht sind die meisten mit einer Brennkraftmaschine ausgestatteten Fahrzeuge mit einem Bremskraftverstärker 20 oder einem Behälter (nicht gezeigt) zur Abfuhrsteuerung versehen. Dieser Bremskraftverstärker 20 und Behälter setzen einen Unterdruck für ihren Betrieb ein. Beispielsweise setzt der Bremskraftverstärker 20 den Differenzialdruck zwischen dem Unterdruck in dem Bremskraftverstärker 20 und dem atmosphärischen Druck ein, um die Niederdrückkraft zu vergrößern, die auf das Bremspedal 21 aufgebracht wird. Der Unterdruck in dem Bremskraftverstärker 20 wird jedes Mal dann verringert, wenn das Bremspedal 21 niedergedrückt wird. Wenn der Unterdruck in dem Bremskraftverstärker 20 verringert wird, wird der Unterdruck aus der Unterdruckerzeugungsquelle üblicherweise nachgefüllt. Es ist anzumerken, dass nachstehend die Erklärung unter Verwendung eines Bremskraftverstärkers 20 als Unterdruck einsetzende Vorrichtung angegeben wird.
Normalerweise setzt ein Bremskraftverstärker 20 oder eine andere Vorrichtung, die einen Unterdruck einsetzt, als solche Unterdruckerzeugungsquelle den Unterdruck ein, der in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang an einer stromabwärtigen Seite des Drosselventils 17 erzeugt wird, beispielsweise den Unterdruck, der in dem Ausgleichstank 12 erzeugt wird. In einer gewöhnlichen Brennkraftmaschine wird nämlich auch zum Zeitpunkt des Niedrig- oder Mittellastbetriebs der Kraftmaschine die Kraftmaschine nicht durch den Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis, sondern durch einen normalen Zyklus betrieben. Auf diesem Weg wird, wenn der Betrieb mit einem normalen Zyklus vorliegt, die Menge der Einlassluft zu der Brennkammer 5 grundlegend durch das Drosselventil 17 gesteuert. Daher wird zum Zeitpunkt des Niedrig- und Mittellastbetriebs der Kraftmaschine der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 kleiner gemacht. Aus diesem Grund wird auch zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine ein großer Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 erzeugt.
In dieser Hinsicht wird, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7, der Drosselöffnungsgrad usw., wie in 9 gezeigt ist, zum Zeitpunkt des Niedrig- und Mittellastbetriebs der Kraftmaschine gesteuert wird, die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 zugeführt wird, durch die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 gesteuert und wird nicht durch das Drosselventil 17 gesteuert. Aus diesem Grund wird das Drosselventil 17 grundsätzlich vollständig geöffnet. Daher wird in dem Ausgleichstank 12 kein großer Unterdruck erzeugt. In der Region, in der die Last niedriger als die Kraftmaschinenlast L2 ist, wird dann, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Grenzschließzeitabstimmung erreicht, wie vorstehend erklärt ist, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 des Weiteren auf der Grenzschließzeitabstimmung gehalten und wird die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 zugeführt wird, durch das Drosselventil 17 gesteuert. Jedoch wird auch in dieser Region der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 beispielsweise in dem Ausgleichstank 12 nicht klein genug zum Erzeugen des Unterdrucks gemacht, der von dem Bremskraftverstärker 20 angefordert wird, und wird daher ein ausreichender Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 nicht erzeugt.
Wenn daher, wie in 9 gezeigt ist, das mechanische Kompressionsverhältnis, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7, der Drosselöffnungsgrad usw. gesteuert wird, ist es nicht möglich, einen ausreichenden Unterdruck zum geeigneten Betreiben des Bremskraftverstärkers 20 usw. in dem Ausgleichstank 12 zum Zeitpunkt des Niedrig- und Mittellastbetriebs der Kraftmaschine zu erzeugen. Daher wird es zum geeigneten Betreiben des Bremskraftverstärkers 20 usw., insbesondere zum Zeitpunkt des Niedrig- und Mittellastbetriebs der Kraftmaschine notwendig, den Betrieb zu steuern, um einen Unterdruck zu erzeugen. Daher werden in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie nachstehend erklärt wird, der Drosselöffnungsgrad usw. gesteuert, um einen Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 zu erzeugen, um einen geeigneten Betrieb des Bremskraftverstärkers 20 auch zum Zeitpunkt des Niedrig- und Mittellastbetriebs der Kraftmaschine zu ermöglichen.
Hier erfordern der Bremskraftverstärker 20 und andere Vorrichtungen, die den Unterdruck einsetzen, nicht ständig einen konstanten oder höheren Unterdruck. Wenn beispielsweise als Beispiel der Bremskraftverstärker 20 herangezogen wird, wird es nur dann, wenn der Druck in dem Bremskraftverstärker 20 auf einen gewissen Wert oder darüber aufgrund der Unterstützung des Niederdruckbetriebs des Bremspedals 21 ansteigt, wenn nämlich der Unterdruck in dem Bremskraftverstärker 20 auf einen gewissen Wert oder darunter fällt, notwendig, einen Unterdruck in dem Bremskraftverstärker 20 zuzuführen, um den Unterdruck in dem Bremskraftverstärker 20 zurückzustellen. In dem Bremskraftverstärker 20 und anderen Vorrichtungen, die den Unterdruck einsetzen, ist nämlich der Unterdruck nicht konstant erforderlich. Der Unterdruck wird intermittierend angefordert.
Daher wird in einem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung der Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 nur dann erzeugt, wenn eine Anforderung nach einem Unterdruck von dem Bremskraftverstärker 20 vorliegt. Wenn insbesondere eine Unterdruckanforderung durch den Bremskraftverstärker 20 usw. vorliegt, wird der Drosselöffnungsgrad kleiner gemacht, so dass ein Referenzunterdruck (angeforderter Unterdruck) oder ein höherer Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 erzeugt wird, der Druck in dem Ausgleichstank 12 nämlich der Referenzdruck (Druck, der dem Referenzunterdruck entspricht oder weniger wird). Aufgrund dessen erhöht sich der Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 und wird als Folge der Unterdruck zu dem Bremskraftverstärker 20 zugeführt.
Wenn jedoch nur der Drosselöffnungsgrad auf diesem Weg verringert wird, ergibt sich, dass die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 zugeführt wird, verringert wird, und wird es unmöglich, eine ausreichende Kraftmaschinenausgangsleistung zur Bewältigung der Kraftmaschinenlast zu erhalten. Daher wird in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Drosselöffnungsgrad verringert und gleichzeitig die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt, wird nämlich so bewegt, dass sie sich an den unteren Einlasstotpunkt annähert. Durch Vorstellen der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf diesem Weg wird die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 zugeführt wird, vergrößert. Daher ist es möglich, die Einlassluft, die sich aufgrund der Verringerung des Drosselöffnungsgrads verringert hat, auszugleichen. Anders gesagt wird in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn die Kraftmaschinenlast konstant ist, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt, so dass die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 zugeführt wird, sich nicht zwischen dem Zeitpunkt vor und dem Zeitpunkt nach der Verringerung des Drosselöffnungsgrads ändert.
Durch Steuern des Drosselöffnungsgrads und der Schließzeit des Einlassventils 7 auf diesem Weg ist es, wenn eine Unterdruckanforderung von dem Bremskraftverstärker 20 usw. vorliegt, möglich, die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 zugeführt wird, auf einen geeigneten Wert entsprechend der Kraftmaschinenlast usw. auszuführen und einen Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 geeignet zu erzeugen.
Wenn in dieser Hinsicht der Drosselöffnungsgrad und die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf diesem Weg gesteuert werden, wird die Temperatur des Luftkraftstoffgemischs in der Brennkammer 5, wenn der Kolben den oberen Kompressionstotpunkt erreicht, nämlich die Kompressionsendtemperatur höher. Das wird insbesondere unter Bezugnahme auf die 10A und 10B erklärt.
10A ist eine PV-Grafik, die die Tendenzen des Volumens und des Drucks der Luft (oder des Luftkraftstoffgemischs) in der Brennkammer 5 während des Kompressionstakts zeigt, während 10B eine Ansicht ist, die die Tendenzen des Volumens und der Temperatur der Luft in der Brennkammer 5 während des Kompressionstakts zeigt. Die durchgezogenen Linien in der Figur zeigen die Beziehungen, wenn die Brennkraftmaschine mit dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis während des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine betrieben wird. Andererseits zeigen die gestrichelten Linien in der Figur die Beziehungen für den Fall, dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang während des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine durch Verringern des Drosselöffnungsgrads und Vorstellen der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 erhöht wird (im Folgenden als ”Unterdruckanforderungserfüllungszyklus” bezeichnet), im Vergleich mit dem Fall des Betriebs der Brennkraftmaschine mit dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis.
Im Vergleich mit dem Fall während des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis, der durch die durchgezogene Linie in 10A gezeigt ist, ist während des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus, der durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, der Druck der Luft in der Brennkammer 5 beim Startpunkt A der Kompressionsfunktion niedrig und ist das Volumen der Luft in der Brennkammer 5 gering. Auf diesem Weg ist der Druck der Luft in der Brennkammer 5 beim Startpunkt der Kompressionsfunktion gering, da während des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus der geringe Drosselöffnungsgrad einen großen Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 und in dem Einlassabzweigrohr 11 zur Folge hat. Andererseits ist das Volumen der Luft in der Brennkammer 5 beim Startpunkt der Kompressionsfunktion groß, da während des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt ist.
Wenn jedoch das mechanische Kompressionsverhältnis dasselbe ist, wird das Volumen der Luft in der Brennkammer 5 am Endpunkt B der Kompressionsfunktion während des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis und während des Lastanforderungserfüllungszyklus derselbe, wie in 10A gezeigt ist. Ferner wird, wie vorstehend erklärt ist, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 so gesteuert, dass die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 zugeführt wird, sich zwischen dem Zeitpunkt vor und dem Zeitpunkt nach der Verringerung des Drosselöffnungsgrads nicht verändert, so dass auch während des Lastanforderungserfüllungszyklus die Brennkammer 5 mit derselben Menge Luft die während des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis gefüllt wird, so dass der Druck der Luft in der Brennkammer 5 beim Endpunkt B der Kompressionsfunktion im Wesentlichen derselbe während des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis und während des Lastanforderungserfüllungszyklus wird, wie in 10A gezeigt ist.
Andererseits ist, wie in 10B gezeigt ist, die Temperatur der Luft in der Brennkammer 5 beim Startpunkt A der Kompressionsfunktion im Wesentlichen gleich bei dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis und dem Unterdruckanforderungserfüllungszyklus. Jedoch ist in dem Unterdruckanforderungserfüllungszyklus die Zeitdauer, während der die Kompressionsfunktion durchgeführt wird, länger als in dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis, wie in 10B gezeigt ist, wobei die Temperatur der Luft in der Brennkammer 5 beim Endpunkt B der Kompressionsfunktion, nämlich die Kompressionsendtemperatur während des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus höher als die Kompressionsendtemperatur während des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis wird. Dabei wird in dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis der Betrieb so gesteuert, dass der Kompressionsenddruck oder die Kompressionsendtemperatur so hoch wie möglich innerhalb des Bereichs wird, in welchem kein Klopfen auftritt, so dass die Kompressionsendtemperatur höher als während des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis wird, wobei Klopfen schließlich in manchen Fällen auftreten wird.
Daher wird in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das mechanische Kompressionsverhältnis während des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus verringert, so dass die Kompressionsendtemperatur dasselbe Ausmaß wie während des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis auch während des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus erreicht. Beispielsweise wird in dem in 10A und 10B gezeigten Beispiel das Volumen, wenn der Kolben 4 sich an dem oberen Kompressionstotpunkt befindet (in dem dargestellten Beispiel V0), so bestimmt, dass die Kompressionsendtemperatur während des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus im Wesentlichen dieselbe Temperatur wie die Kompressionsendtemperatur T0 während des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis wird. Das mechanische Kompressionsverhältnis wird gemeinsam damit bestimmt.
Aufgrund des vorstehend angegebenen Sachverhalts wird in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn eine Unterdruckanforderung von dem Bremskraftverstärker usw. vorliegt, der Drosselöffnungsgrad kleiner gemacht, so dass der Unterdruck in dem Ausgleichstank der Referenzunterdruck oder mehr wird, wird die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 so gesteuert, dass eine Menge der Einlassluft entsprechend der Kraftmaschinenlast in die Brennkammer 5 gemäß dem Drosselöffnungsgrad zugeführt wird, und wird ferner das mechanische Kompressionsverhältnis so gesteuert, dass die Kompressionsendtemperatur im Wesentlichen gleich vor und nach der Änderung des Drosselöffnungsgrads und der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 wird.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 11 die Steuerung erklärt, wenn eine Unterdruckanforderung vorliegt. 11 zeigt die Änderung des Drosselöffnungsgrads, des Unterdrucks in dem Ausgleichstank 12 der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7, der Einlassluftmenge und des mechanischen Kompressionsverhältnisses, wenn eine Unterdruckanforderung vorliegt.
In dem in 11 gezeigten Beispiel liegt beispielsweise zum Zeitpunkt t1 eine Unterdruckanforderung von dem Bremskraftverstärker 20 vor. Wenn auf diesem Weg eine Unterdruckanforderung vorliegt, wird der Drosselöffnungsgrad abgesenkt und wird der Unterdruck innerhalb des Ausgleichstanks 12 gemeinsam mit einem Abfall des Drosselöffnungsgrads erhöht. Ferner wird gemeinsam mit dem Abfall des Drosselöffnungsgrads die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt. Aufgrund dessen wird die Einlassluftmenge konstant gehalten. Ferner wird gemeinsam mit dem Abfall des Drosselöffnungsgrads und dem Vorstellen der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 das mechanische Kompressionsverhältnis verringert. Aufgrund dessen wird die Kompressionsendtemperatur ebenso konstant gehalten.
Wenn darauf der Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 den Referenzunterdruck erreicht (Zeitpunkt t2), werden der Drosselöffnungsgrad, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 und das mechanische Kompressionsverhältnis unverändert beibehalten. Aufgrund dessen werden die Einlassluftmenge und die Kompressionsendtemperatur in dem Zustand konstant gehalten, während nur der Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 hoch ist. Während dieser Zeit wird der Unterdruck in dem Bremskraftverstärker 12 erhöht.
Wenn ferner der Unterdruck in dem Bremskraftverstärker 12 ausreichend hoch wird, wird es keine Unterdruckanforderung von dem Bremskraftverstärker 12 mehr geben (Zeitpunkt t3). Wenn keine Unterdruckanforderung auf diesem Weg mehr vorliegt, wird der Drosselöffnungsgrad erhöht, wird die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 nachbestellt und wird das mechanische Kompressionsverhältnis erhöht, so dass dieser Drosselöffnungsgrad diese Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 und dieses mechanische Kompressionsverhältnis auf den Zustand vor der Unterdruckanforderung zurückgestellt werden (Zeitpunkt t4).
Es ist anzumerken, dass in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel der Drosselöffnungsgrad usw. so gesteuert werden, dass dann, wenn eine Unterdruckanforderung vorliegt, der Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 immer auf einen gewissen Referenzunterdruck ansteigt. Jedoch unterscheidet sich das Ausmaß des Unterdrucks, der beispielsweise für jede den Unterdruck einsetzende Vorrichtung erforderlich ist. Daher ist es ebenso möglich, den Sollunterdruck in dem Ausgleichstank 12 für jede den Unterdruck verwendende Vorrichtung zu ändern, die eine Unterdruckanforderung abgibt. Auch mit derselben den Unterdruck verwendenden Vorrichtung wird ferner manchmal das Ausmaß des Unterdrucks, der angefordert wird, sich in Abhängigkeit von dem Kraftmaschinenbetriebszustand unterscheiden, wobei es daher ebenso möglich ist, den Sollunterdruck in dem Ausgleichstank 12 gemäß dem Ausmaß des von der Vorrichtung angeforderten Unterdrucks zu ändern.
Ferner wird in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel das mechanische Kompressionsverhältnis so geändert, dass die Kompressionsendtemperatur konstant wird, wenn eine Anforderung nach einem Unterdruck vorliegt. Wenn jedoch das mechanische Kompressionsverhältnis so gesteuert wird, dass die Kompressionsendtemperatur konstant wird, wie aus 10A und 10B ersichtlich ist, fällt dann, wenn von dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis zu dem Unterdruckanforderungserfüllungszyklus übergegangen wird, der Druck in der Brennkammer 5, wenn der Kolben sich an dem oberen Kompressionstotpunkt befindet (der Kompressionsenddruck) (der Druck, wenn das Volumen in der Brennkammer 5 V0 beträgt, ist nämlich kleiner als der Druck am Kompressionsendpunkt B). Auch wenn daher das mechanische Kompressionsverhältnis so gesteuert wird, dass die Kompressionsendtemperatur zum Zeitpunkt des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus geringfügig höher als diejenige zum Zeitpunkt des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis wird, tritt Klopfen während des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus nicht auf. Wenn daher das mechanische Kompressionsverhältnis so gesteuert wird, dass Klopfen während des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus nicht auftritt, ist es ebenso möglich, das mechanische Kompressionsverhältnis so zu steuern, dass die Kompressionsendtemperatur während des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis und während des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus konstant wird, aber die Kompressionsendtemperatur zum Zeitpunkt des Unterdruckanforderungserfüllungszyklus auf einen Wert anzuheben, der größer als derjenige zum Zeitpunkt des Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis ist (es ist anzumerken, dass es zu diesem Zeitpunkt notwendig ist, den Kompressionsenddruck kleiner als den Druck an dem vorstehend genannten Kompressionsendpunkt B zu machen).
Ferner zeigt das vorstehend genannte Ausführungsbeispiel den Fall einer Brennkraftmaschine, die einen Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis hat, wobei sowohl die Steuerung der Schließzeitabstimmung des Einlassventils hat auch die Steuerung des mechanischen Kompressionsverhältnisses durchgeführt werden. Jedoch muss die Steuerung der Schließzeitabstimmung des Einlassventils nicht notwendigerweise gemeinsam mit der Steuerung des mechanischen Kompressionsverhältnisses durchgeführt werden. Wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils so gesteuert wird, dass dann, wenn eine Unterdruckanforderung vorliegt, der Drosselöffnungsgrad kleiner gemacht wird, so dass der Unterdruck in dem Ausgleichstank der Referenzunterdruck oder mehr wird, und so dass eine Menge der Einlassluft gemäß der Kraftmaschinenlast in die Brennkammer gemäß dem Drosselöffnungsgrad zugeführt wird, ist es ebenso möglich, die Erfindung auf eine Brennkraftmaschine ohne Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis anzuwenden.
12 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine der Unterdruckerzeugungsteuerung zeigt. Zuerst werden bei Schritt S10 der Verstärkerunterdruck in dem Bremskraftverstärker 20, der Einlassunterdruck in dem Ausgleichstank 12 und die Kraftmaschinenlast durch den Unterdrucksensor 22, der an dem Bremskraftverstärker 20 vorgesehen ist, den Drucksensor 23, der an dem Ausgleichstank 12 vorgesehen ist, bzw. den Lastsensor 41 erfasst. Als nächstes wird bei Schritt S11 beurteilt, ob der Verstärkerunterdruck, der durch den Unterdrucksensor 22 erfasst wird, kleiner als der Grenzunterdruck ist. Dabei ist der „Grenzunterdruck” der Unterdruck, bei dem dann, wenn der Unterdruck innerhalb des Bremskraftverstärkers 20 weiter fällt, die Verstärkungsfunktion des Bremskraftverstärkers 20 nicht mehr ausreichend sein wird. Wenn der Schritt S11 beurteilt wird, dass der Verstärkerunterdruck der Grenzunterdruck oder mehr ist, wird die Steuerroutine beendet.
Wenn andererseits bei Schritt S11 beurteilt wird, dass der Verstärkerunterdruck kleiner als der Grenzunterdruck ist, schreitet die Routine zu Schritt S12 weiter. Bei Schritt S12 wird beurteilt, ob der Einlassunterdruck, der durch den Drucksensor 23 erfasst wird, niedriger als der vorstehend genannte Referenzunterdruck ist. Wenn beurteilt wird, dass der erfasste Einlassunterdruck der Referenzunterdruck oder mehr ist, wird die Steuerroutine beendet. Wenn andererseits beurteilt wird, dass der erfasste Einlassunterdruck niedriger als der vorstehend genannte Referenzunterdruck ist, wenn nämlich eine Unterdruckanforderung vorliegt, schreitet die Routine zu Schritt S13 weiter.
Bei Schritt S13 wird der Soll-Drosselöffnungsgrad TO beispielsweise unter Verwendung des in 13A gezeigten Kennfelds berechnet. Der Drosselöffnungsgrad, der notwendig ist, um den Unterdruck in dem Ausgleichstank 12 zum Referenzunterdruck oder mehr zu machen, wird nämlich als Funktion der Kraftmaschinenlast L und der Kraftmaschinendrehzahl N in der Form des in 13A gezeigten Kennfelds im Voraus in dem ROM 32 gespeichert. Aus diesem Kennfeld wird der Soll-Drosselöffnungsgrad TO berechnet.
Als nächstes wird bei Schritt S14 die Soll-Schließzeitabstimmung IC des Einlassventils 7 und beispielsweise unter Verwendung des in 13B gezeigten Kennfelds berechnet. Die Soll-Schließzeitabstimmung IC des Einlassventils 7, die erforderlich ist, um die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 zugeführt wird, zu der Menge gemäß der Kraftmaschinenlast zu machen, wird nämlich als Funktion der Kraftmaschinenlast L und des Soll-Drosselöffnungsgrads TO in der Form des in 13B gezeigten Kennfelds im Voraus in dem ROM 32 gespeichert. Aus diesem Kennfeld wird die Soll-Schließzeitabstimmung IC des Einlassventils 7 berechnet. Bei Schritt S15 wird das mechanische Soll-Kompressionsverhältnis CR beispielsweise unter Verwendung des in 13C gezeigten Kennfelds berechnet. Das mechanische Kompressionsverhältnis CR, das erforderlich ist, um die Kompressionsendtemperatur konstant auszuführen, wird nämlich als Funktion der Kraftmaschinenlast L und der Schließzeitabstimmung IC des Einlassventils 7 in der Form eines Kennfelds, das in 13C gezeigt ist, im Voraus in den ROM 32 gespeichert. Aus diesem Kennfeld wird das mechanische Soll-Kompressionsverhältnis CR berechnet.
Als nächstes wird bei Schritt S16 der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis so gesteuert, dass das mechanische Kompressionsverhältnis das mechanische Soll-Kompressionsverhältnis CR wird, wird der variable Ventilzeitabstimmungsmechanismus B so gesteuert, dass die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Soll-Schließzeitabstimmung IC wird, und wird das Drosselventil 17 so gesteuert, dass der Drosselöffnungsgrad der Soll-Drosselöffnungsgrad TO wird.

Claims

Fremdgezündete Brennkraftmaschine, die mit einem variablen Ventilzeitabstimmungsmechanismus, der die Schließzeitabstimmung des Einlassventils steuern kann, und einem Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis versehen ist, der das mechanische Kompressionsverhältnis ändern kann, wobei wenn ein Unterdruck in einem Kraftmaschineneinlassdurchgang geringer als ein angeforderter Unterdruck ist, ein Öffnungsgrad eines Drosselventils kleiner gemacht wird, so dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr wird, und die Schließzeitabstimmung des Einlassventils in einer Richtung bewegt wird, in der sie sich einem unteren Einlasstotpunkt annähert, so dass eine Menge Einlassluft entsprechend der Kraftmaschinenlast in die Brennkammer gemäß dem Öffnungsgrad des Drosselventils zugeführt wird und ebenso das mechanische Kompressionsverhältnis geringer ausgeführt wird, um den Kompressionsenddruck zu verringern.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei das mechanische Kompressionsverhältnis in dem Fall, dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr aufgrund der Verringerung des Öffnungsgrads des vorstehend genannten Drosselventils wird, kleiner als in dem Fall ausgeführt wird, dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang geringer als der angeforderte Unterdruck ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2, wobei das mechanische Kompressionsverhältnis in dem Fall, dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr aufgrund der Verringerung des Öffnungsgrads des vorstehend genannten Drosselventils wird, so eingerichtet wird, dass die Kompressionsendtemperatur im Wesentlichen dieselbe wie die Kompressionsendtemperatur in dem Fall wird, dass der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang geringer als der angeforderte Unterdruck ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei dann, wenn der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr ist, das Expansionsverhältnis zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine 20 oder mehr beträgt.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei das Ist-Kompressionsverhältnis zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine im Wesentlichen als dasselbe Kompressionsverhältnis wie zum Zeitpunkt des Mittel- und Hochlastbetriebs der Kraftmaschine ausgeführt wird.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei dann, wenn der Unterdruck in dem Einlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr ist, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils veranlasst wird, sich in einer Richtung von dem unteren Einlasstotpunkt bis zu der Grenzschließzeitabstimmung, die die Menge der Einlassluft steuern kann, die in die Brennkammer zugeführt wird, gemeinsam mit einer Verringerung der Kraftmaschinenlast wegzubewegen.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 6, wobei in der Region, in der die Last höher als die Kraftmaschinenlast ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils die vorstehend genannte Grenzschließzeitabstimmung erreicht, die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer zugeführt wird, nicht durch das Drosselventil sondern durch Ändern der Schließzeitabstimmung des Einlassventils gesteuert wird.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7, wobei in der Region, in der die Last höher als die Kraftmaschinenlast ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils die vorstehend genannte Grenzschließzeitabstimmung erreicht, das vorstehend genannte Drosselventil in dem vollständig geöffneten Zustand gehalten wird.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7, wobei in der Region, in der die Last geringer als die Kraftmaschinenlast ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils die vorstehend genannte Grenzschließzeitabstimmung erreicht, die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer zugeführt wird, durch das vorstehend genannte Drosselventil gesteuert wird.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei dann, wenn der Unterdruck in dem Kraftmaschineneinlassdurchgang der angeforderte Unterdruck oder mehr ist, das mechanische Kompressionsverhältnis als das maximale mechanische Kompressionsverhältnis zum Zeitpunkt des Niedriglastbetriebs der Kraftmaschine ausgeführt wird.