DE112009000096T5 - Brennkraftmaschine mit Fremdzündung - Google Patents

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Abstract

Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, welche mit einem Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum Ändern eines mechanischen Verdichtungsverhältnis und einem Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung zum Steuern eines Schließzeitpunkts eines Einlassventils versehen ist, wobei die der Brennkammer zugeführte Ansaugluftmenge hauptsächlich durch Ändern des Schließzeitpunkts des Einlassventils gesteuert wird und das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs höher gemacht wird als zum Zeitpunkt eines hohen Motorlastbetriebs, wobei das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs vor Beendigung eines Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine auf ein Verdichtungsverhältnis gesetzt wird, welches niedriger als das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs nach Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung bekannt, welche mit einem Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum Ändern eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses und einem Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung zum Steuern eines Schließzeitpunktes eines Einlassventils versehen ist, eine Aufladung durch einen Lader zum Zeitpunkt eines mittleren und hohen Lastbereichs des Motors durchführt, das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht und den Schließzeitpunkt des Einlassventils verzögert, wenn die Motorlast in einem Zustand, in dem ein tatsächliches Verdichtungsverhältnis zu den Zeitpunkten des mittleren und hohen Lastbereichs des Motors konstant gehalten wird, geringer wird (siehe z. B. die veröffentlichte japanische Patentschrift JP 2004-218522 A ).
  • In dieser Hinsicht wurde durch den vorliegenden Anmelder eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung vorgeschlagen, welche eine Wärmeeffizienz zum Zeitpunkt des Fahrzeugbetriebs erhöht, um einen effizienteren Kraftstoffverbrauch zu erreichen, indem das mechanische Verdichtungsverhältnis maximiert wird, um bei niedriger Motorlast ein maximales Expansionsverhältnis zu erzielen, und indem das tatsächliche Verdichtungsverhältnis bei niedriger Motorlast im Wesentlichen dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis bei mittlerer und hoher Motorlast angeglichen wird. Im Allgemeinen gilt für eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, dass je höher das Expansionsverhältnis ist, umso länger ist der Zeitraum, während dem eine Druckkraft beim Expansionshub auf den Kolben nach unten wirkt. Deshalb steigt die Wärmeeffizienz an. Bei der durch den Anmelder vorgeschlagenen Brennkraftmaschine mit Fremdzündung wird das Expansionsverhältnis bei niedriger Motorlast maximiert, so dass eine hohe Wärmeeffizienz bei niedriger Motorlast erzielt werden kann.
  • Andererseits ist zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts die Temperatur eines bei der Brennkraftmaschine vorgesehenen Abgasreinigungskatalysators (z. B. eines Drei-Wege-Katalysators) niedriger als die Aktivierungstemperatur. Deshalb ist es zum Zeitpunkt eines Kaltstarts notwendig, die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators schnell zu erhöhen. Wie oben erklärt, ist der Zeitraum, während eine Druckkraft auf den Kolben während des Expansionshubs nach unten drückt, umso länger, je größer das Expansionsverhältnis ist. Dies bedeutet, dass die Temperatur des vom Motorblock ausgegebenen Abgases umso niedriger ist, je höher das Expansionsverhältnis ist. Wenn deshalb das Expansionsverhältnis bei einem Kaltstart erhöht wird, kann die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators nicht länger auf schnelle Weise erhöht werden.
  • Ferner sinkt zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts die Reinigungsrate von unverbrannten Kohlenwasserstoffen durch den Abgasreinigungskatalysator. Deshalb ist es zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts notwendig, den in dem vom Motorblock ausgegebenen Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoff so weit wie möglich zu reduzieren. Wenn sich das tatsächliche Verdichtungsverhältnis oder das Expansionsverhältnis erhöht, erhöht sich tendenziell der unverbrannte Kohlenwasserstoff in dem vom Motorblock abgegebenen Abgas.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts der oben genannten Probleme ist es deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung bereitzustellen, welche das Expansionsverhältnis erhöhen kann, um die Kraftstoffverbrauchseffizienz bei einem niedrigen Motorlastbetrieb zu erhöhen, und die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators schnell erhöhen und somit eine Verschlechterung der Abgasemission bei einem Kaltstart unterdrücken kann.
  • Die vorliegende Erfindung stellt zur Lösung der oben genannten Probleme die in den Ansprüchen beschriebene fremdgezündete Brennkraftmaschine bereit.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung vorgesehen, welche einen Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum Ändern eines mechanischen Verdichtungsverhältnis und einen Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung zum Steuern eines Schließzeitpunktes eines Einlassventils versehen ist, wobei eine einer Brennkammer zugeführte Ansaugluftmenge hauptsächlich gesteuert wird, indem der Schließzeitpunkt des Einlassventils verändert wird, und das mechanische Verdichtungsverhältnis bei einem niedrigen Motorlastbetrieb im Vergleich zu einem hohen Motorlastbetrieb erhöht wird, wobei das mechanische Verdichtungsverhältnis bei einem niedrigen Motorlastbetrieb vor dem Ende des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine so gemacht wird, dass es niedriger als das mechanische Verdichtungsverhältnis bei niedrigem Motorlastbetrieb nach dem Ende des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine ist.
  • Gemäß dem oben genannten Aspekt ist das mechanische Verdichtungsverhältnis vor dem Ende des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis als nach dem Ende des Aufwärmvorgangs. Deshalb wird das Expansionsverhältnis vor dem Ende des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine nicht maximiert und deshalb wird ein Abfall der Abgastemperatur unterdrückt.
  • Daher wird gemäß dem oben genannten Aspekt vor dem Ende des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine der Abfall der Abgastemperatur unterdrückt. Deshalb ist es bei einem Motorkaltstart möglich, die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators schnell zu erhöhen, während nach Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine das Expansionsverhältnis erhöht und die Kraftstoffverbrauchseffizienz bei niedrigem Motorlastbetrieb angehoben werden kann.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei niedrigem Motorlastbetrieb das mechanische Verdichtungsverhältnis auf das maximale mechanische Verdichtungsverhältnis gesetzt und vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine wird das mechanische Verdichtungsverhältnis auch bei niedrigem Motorlastbetrieb auf ein Verdichtungsverhältnis gesetzt, welches niedriger als das maximale Verdichtungsverhältnis ist.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei niedrigem Motorlastbetrieb das Expansionsverhältnis auf 20 festgesetzt und das mechanische Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine auch bei niedrigem Motorlastbetrieb so eingestellt, dass das Expansionsverhältnis weniger als 20 wird.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils in eine Richtung weg vom unteren Totpunkt des Ansaugtaktes bis hin zum Grenzschließzeitpunkt zum Steuern der der Brennkammer zugeführten Ansaugluftmenge verschoben, wenn die Motorlast abnimmt, und vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine der Schließzeitpunkt des Einlassventils auch bei niedrigem Motorlastbetrieb nur bis zu einem von dem oberen Grenzschließzeitpunkt aus auf der Seite des unteren Totpunkts des Ansaugtaktes befindlichen Schließzeitpunkts verschoben.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das mechanische Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine niedriger gemacht, wenn die Temperatur des in der Motorabgasleitung vorgesehenen Abgasreinigungskatalysators niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine so eingestellt, dass das tatsächliche Verdichtungsverhältnis ungeachtet der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators in einem vorbestimmten Bereich bleibt.
  • Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das mechanische Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine umso höher gemacht, je höher die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators ist.
  • Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das mechanische Verdichtungsverhältnis auf der Basis der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators zum Motorstartzeitpunkt so eingestellt, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis niedriger wird, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators niedrig ist, als wenn diese hoch ist, und das mechanische Verdichtungsverhältnis bei dem mechanischen Verdichtungsverhältnis, welches auf der Basis der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators zum Motorstartzeitpunkt festgelegt wurde, solange beibehalten wird, bis der Aufwärmvorgang der Brennkraftmaschine beendet ist.
  • Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine niedriger gemacht, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das mechanische Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine niedriger gemacht, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine niedriger gemacht, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine in einem Temperaturbereich, in welchem die Temperatur des Motorkühlwassers höher als eine Referenztemperatur ist, niedriger gemacht, wenn die Temperatur des Motorkühlwasser niedrig ist, im Vergleich zu wenn diese hoch ist, und in einem Temperaturbereich, in dem die Temperatur des Motorkühlwassers niedriger als die Referenztemperatur ist, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis höher gemacht, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis nach Verstreichen einer konstanten Zeitspanne nach dem Start der Brennkraftmaschine selbst in dem Temperaturbereich, in dem die Temperatur des Motorkühlwassers niedriger als eine Referenztemperatur ist, niedriger gemacht, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Gemäß einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die obige konstante Zeitspanne umso länger gemacht, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Motorstartzeitpunkt ist.
  • Gemäß einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine das tatsächliche Verdichtungsverhältnis höher gemacht, wenn die Verdampfungsrate des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffs niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend besser anhand der beigefügten Zeichnungen und der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verstanden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Gesamtansicht einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis.
  • 3A und 3B sind seitliche Querschnittsansichten einer schematisch dargestellten Brennkraftmaschine.
  • 4 ist eine Ansicht eines Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung.
  • 5 ist eine Ansicht, welche einen Hubbetrag eines Einlass- und Auslassventils zeigt.
  • 6A bis 6C sind Ansichten zur Erläuterung eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses, eines tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses und eines Expansionsverhältnisses.
  • 7 ist eine Ansicht, welche die Beziehung zwischen der theoretischen thermische Effizienz und dem Expansionsverhältnis zeigt.
  • 8A und 8B sind Ansichten zur Erläuterung eines gewöhnlichen Zyklus und eines Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis.
  • 9 ist eine Ansicht, welche Veränderungen im mechanischen Verdichtungsverhältnis etc. gemäß der Motorlast bei Durchführung einer Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis zeigt.
  • 10 ist eine Ansicht, welche Veränderungen des mechanischen Verdichtungsverhältnisses etc. gemäß der Motorlast bei Durchführung einer Kaltstartsteuerung zeigt.
  • 11 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Steuerroutine einer Betriebssteuerung einer Brennkraftmaschine zeigt.
  • 12A und 12B sind Ansichten, welche die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators und das mechanische Verdichtungsverhältnis bzw. tatsächliche Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine zeigen.
  • 13 ist eine Ansicht, welche Änderungen des mechanischen Verdichtungsverhältnisses etc. gemäß der Motorlast bei Durchführung der Kaltstartsteuerung einer zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 14 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Steuerroutine einer Betriebssteuerung einer Brennkraftmaschine der zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 15A und 15B sind Ansichten, welche die Beziehung zwischen der Temperatur des Motorkühlwassers und dem mechanischen bzw. tatsächlichen Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine zeigen.
  • 16A und 16B sind Ansichten, welche die Beziehung zwischen der Temperatur des Motorkühlwassers und dem mechanischen bzw. tatsächlichen Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine zeigen.
  • 17A und 17B sind Ansichten, welche die Beziehung zwischen der Temperatur des Motorkühlwassers und dem mechanischen bzw. tatsächlichen Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine zeigen.
  • 18 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Steuerroutine einer Betriebssteuerung einer Brennkraftmaschine einer vierten Ausführungsform zeigt.
  • 19A und 19B sind Ansichten, welche das Verhältnis der Temperatur des Motorkühlwassers und dem mechanischen bzw. tatsächlichen Verdichtungsverhältnis vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine zeigen.
  • Beste Art zur Ausführung der Erfindung
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt. Es ist zu beachten, dass dieselben oder ähnliche Bestandteile in den Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
  • 1 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
  • Bezug nehmend auf die 1 bezeichnet 1 ein Kurbelgehäuse, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Zylinderkopf, 4 einen Kolben, 5 eine Brennkammer, 6 eine oben mittig in der Brennkammer 5 angeordnete Zündkerze, 7 ein Einlassventil, 8 eine Einlassöffnung, 9 ein Auslassventil und 10 eine Auslassöffnung. Die Einlassöffnung 8 ist durch ein Einlasszweigrohr 11 mit einem Ausgleichstank 12 verbunden, während jedes Einlasszweigrohr 11 mit einer Einspritzdüse 13 zum Einspritzen von Kraftstoff hin zu einer entsprechenden Einlassöffnung 8 versehen ist. Es ist zu beachten, dass jede Einspritzdüse 13 statt an jedem Einlasszweigrohr 11 an jeder Brennkammer 5 angeordnet sein kann.
  • Der Ausgleichstank 12 ist durch eine Einlassleitung 14 mit einem Luftfilter 15 verbunden und die Einlassleitung 14 beinhaltet ein Drosselventil 17, das durch ein Stellglied 16 angetrieben wird, und einer Ansaugluftmengenerfassungsvorrichtung 18, welche z. B. einen Heißdraht verwendet. Andererseits ist die Auslassöffnung durch ein Abgasrohr 19 mit einem katalytischen Konverter 20 verbunden, in dem ein Abgasreinigungskatalysator (z. B. ein Drei-Wege-Katalysator) untergebracht ist. Das Abgasrohr 19 beinhaltet einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22.
  • Ferner ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform der Verbindungsabschnitt des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 mit einem Mechanismus A für ein variables Verdichtungsverhältnis versehen, welcher die Relativpositionen des Kurbelgehäuses 1 zum Zylinderblock 2 in axialer Richtung des Zylinders so ändern kann, dass sich das Volumen der Brennkammer 5 ändert, wenn sich der Kolben 4 am oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes befindet. Die Brennkraftmaschine ist ferner mit einem Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung versehen, welcher den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 steuern kann, um den Startzeitpunkt des tatsächlichen Verdichtungsvorgangs zu ändern.
  • Die elektronische Steuereinheit 30 besteht aus einem digitalen Computer, welcher über einen bidirektionalen Bus 31 miteinander verbundene Komponente, wie z. B. ein ROM (Festwertspeicher) 32, ein RAM (ein Schreib-/Lese-Speicher) 33, ein CPU (Mikroprozessor) 34 sowie eine Eingabeschnittstelle 35 und eine Ausgabeschnittstelle 36 aufweist. Das Ausgangssignal der Ansaugluftmengenerfassungsvorrichtung 18 und das Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 22 werden durch entsprechende A/D-Wandler 37 der Eingabeschnittstelle 35 eingegeben. Ferner ist das Gaspedal 40 mit einem Lastsensor 41 verbunden, welcher eine zum Druckbetrag des Bremspedals 40 proportionale Ausgangsspannung erzeugt. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird durch einen entsprechenden A/D-Wandler 37 der Eingabeschnittstelle 35 eingegeben. Ferner ist die Eingabeschnittstelle 35 mit einem Kurbelwinkelsensor 42 verbunden, der jedes Mal, wenn sich die Kurbelwelle z. B. um 30° dreht, einen Ausgangspuls erzeugt. Andererseits ist die Ausgabeschnittstelle 36 über entsprechende Steuerkreise 38 mit der Zündkerze 6, der Einspritzdüse 13, dem Drosselventilantriebsstellglied 16, dem Mechanismus A für ein variables Verdichtungsverhältnis und dem Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung verbunden.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht des in 1 gezeigten Mechanismus A für ein variables Verdichtungsverhältnis, während 3A und 3B seitliche Querschnittsansichten der schematisch dargestellten Brennkraftmaschine sind. Bezug nehmend auf 2 sind unten an den zwei Seitenwänden des Zylinderblocks 2 eine Vielzahl von Vorsprungsabschnitten 50 ausgebildet, welche um einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind. Jeder Vorsprungsabschnitt 50 ist mit einer Nockeneinführungsöffnung 51 kreisförmigen Querschnitts versehen. Andererseits ist die obere Oberfläche des Kurbelgehäuses 1 mit einer Vielzahl von Vorsprungsabschnitten 52 versehen, welche um einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind und zwischen die entsprechenden Vorsprungsabschnitte 50 passen. Diese Vorsprungsabschnitte 52 sind ebenfalls mit Nockeneinführungsöffnungen 53 kreisförmigen Querschnitts versehen.
  • Wie in 2 gezeigt, ist ein Paar von Nockenwellen 54, 55 vorgesehen. Jede der Nockenwellen 54, 55 hat daran angebrachte kreisförmige Nocken 56, welche an jeder zweiten Stelle in die Nockeneinführungsöffnungen 51 eingesetzt werden können. Diese kreisförmigen Nocken 56 sind koaxial zu den Drehachsen der Nockenwellen 54, 55.
  • Andererseits erstrecken sich zwischen den kreisförmigen Nocken 56, wie durch die Schraffur in 3A und 3B gezeigt, Exzenterwellen 57, welche bezüglich der Drehachsen der Nockenwellen 54, 55 exzentrisch angeordnet sind. Jede Exzenterwelle 57 hat weitere kreisförmige Nocken 58, welche drehbar und exzentrisch daran befestigt sind. Wie in 2 gezeigt, sind die kreisförmigen Nocken 58 zwischen den kreisförmigen Nocken 56 angeordnet. Die kreisförmigen Nocken 58 sind drehbar in die entsprechenden Nockeneinführungsöffnungen 53 eingesetzt.
  • Wenn die kreisförmigen Nocken 56, die an den Nockenwellen 54, 55 befestigt sind, von dem in 3A gezeigten Zustand in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden, wie durch die durchgezogenen Pfeile in 3A gezeigt, bewegen sich die Exzenterwellen 57 zum unteren Totpunkt hin, so dass sich die kreisförmigen Nocken 58 in entgegengesetzte Richtungen von den kreisförmigen Nocken 56 in den Nockeneinführungsöffnungen 53 drehen, wie in 3A durch die gestrichelte Linie gezeigt. Wie in 3B gezeigt, bewegen sich die Mittelpunkte der kreisförmigen Nocken 58 unter die Exzenterwellen 57, wenn sich die Exzenterwellen 57 zum unteren Mittelpunkt hin bewegen.
  • Wenn die 3A und 3B verglichen werden, versteht man, dass die Relativpositionen des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 durch den Abstand der Mittelpunkte der kreisförmigen Nocken 56 und der Mittelpunkte der kreisförmigen Nocken 58 bestimmt werden. Je größer der Abstand zwischen den Mittelpunkten der kreisförmigen Nocken 56 und der Mittelpunkte der kreisförmigen Nocken 58 ist, umso weiter ist der Zylinderblock 2 von dem Kurbelgehäuse 1 beabstandet. Wenn sich der Zylinderblock 2 von dem Kurbelgehäuse 1 weg bewegt, nimmt das Volumen der Brennkammer 5, wenn sich der Kolben 4 am oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes befindet, zu, weshalb durch Drehen der Nockenwellen 54, 55 das Volumen der Brennkammer 5, wenn sich der Kolben 4 am oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes befindet, geändert werden kann.
  • Wie in 2 gezeigt, ist zur Drehung der Nockenwellen 54, 55 in entgegengesetzten Richtungen die Welle eines Antriebsmotors 59 mit einem Paar von Schneckenrädern 61, 62 mit entgegengesetzten Gewinderichtungen versehen.
  • Zahnräder 63, 64, welche mit diesen Schneckenrädern 61, 62 in Eingriff sind, sind an entsprechenden Endender Nockenwellen 54, 55 befestigt. In dieser Ausführungsform kann der Antriebsmotor 59 angetrieben werden, um das Volumen der Brennkammer 5, wenn sich der Kolben 4 am oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes befindet, über einen breiten Bereich geändert werden. Es ist zu beachten, dass der Mechanismus A für ein variables Verdichtungsverhältnis, der in den 1 bis 3B gezeigt ist, lediglich ein Beispiel zeigt. Es kann jede Art von Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis verwendet werden.
  • 4 dagegen zeigt einen Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung, welcher an dem Ende der Nockenwelle 70 zum Antrieb des Einlassventils 7 in 1 befestigt ist. Wie in 4 gezeigt, ist der Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung mit einer Steuerriemenscheibe 71, welche von einer Motorkurbelwelle durch einen Steuerriemen in Pfeilrichtung gedreht wird, einem zylindrischen Gehäuse 72, welches sich zusammen mit dem Steuerriemen 71 dreht, einer Drehwelle 73, welche sich zusammen mit der Nockenwelle 70 und relativ zum zylindrischen Gehäuse 72 drehen kann, einer Vielzahl von Trennwänden 74, welche sich von einem Innenumfang des zylindrischen Gehäuses 72 zu einem Außenumfang der Drehwelle 73 hin erstrecken, und Flügeln 75 versehen, welche sich zwischen den Trennwänden 74 vom Außenumfang der Drehwelle 73 zum Innenumfang des zylindrischen Gehäuses 72 hin erstrecken, wobei die zwei Seiten der Flügel 75 mit Hydraulikkammern zum Vorstellen 76 und Hydraulikkammern zum Zurückstellen 77 ausgebildet sind.
  • Die Zuführung von Arbeitsöl zu den Hydraulikkammern 76, 77 wird durch ein Arbeitsölzuführsteuerventil 85 gesteuert. Dieses Arbeitsölzuführsteuerventil 85 ist mit Hydraulikanschlüssen 78, 79, welche mit den Hydraulikkammern 76, 77 verbunden sind, einem Zuführanschluss 81 zum Zuführen des von einer Hydraulikpumpe 80 ausgegebenen Arbeitsöls, einem Paar von Ablaufanschlüssen 82, 83 und einem Schieberventil 84 zum Steuern des Verbindens und Trennens der Anschlüsse 78, 79, 81, 82, 83 versehen.
  • Zum Vorstellen der Phase der Nocken der Nockenwelle 70 wird das Schieberventil 84 in der 4 nach rechts bewegt, von dem Zuführanschluss 81 zugeführtes Arbeitsöl durch den Hydraulikanschluss 78 den Hydraulikkammern zum Vorstellen 76 zugeführt und Arbeitsöl in den Hydraulikammern zum Zurückstellen 77 von dem Ablaufanschluss 83 abgelassen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehwelle 73 relativ zum zylindrischen Gehäuse 72 in Pfeilrichtung gedreht.
  • Dagegen wird zum Zurückstellen der Phase der Nocken der Nockenwelle 70 das Schieberventil 84 in 4 nach links bewegt, das von dem Zuführanschluss 81 zugeführte Arbeitsöl durch den Hydraulikanschluss 79 den Hydraulikkammern zum Zurückstellen 77 zugeführt und Arbeitsöl in den Hydraulikkammern zum Vorstellen 76 von dem Ablaufanschluss 82 abgelassen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehwelle 73 relativ zum zylindrischen Gehäuse 72 in die zum Pfeil entgegengesetzte Richtung gedreht.
  • Wenn die Drehwelle 73 relativ zum zylindrischen Gehäuse 72 gedreht wird und das Schieberventil 84 in die in 4 gezeigte neutrale Position zurückgeführt ist, wird der Betrieb für die Relativdrehung der Drehwelle 73 beendet und die Drehwelle 73 wird zu diesem Zeitpunkt an der relativen Drehposition gehalten. Deshalb ist es möglich, den Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung zu verwenden, um die Phase der Nocken der Nockenwelle 70 um exakt den gewünschten Betrag vor- oder zurückzustellen.
  • In 5 zeigt die durchgezogene Linie den Fall, bei welchem die Phase der Nocken der Nockenwelle 70 durch den Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung maximal vorgestellt ist, und die gestrichelte Linie den Fall, bei dem die Phase der Nocken der Nockenwelle 70 maximal zurückgestellt ist. Deshalb kann die Öffnungszeit des Einlassventils 70 frei zwischen dem in durchgezogener Linie dargestellten Zeitpunkt und dem in gestrichelter Linie dargestellten Zeitpunkt in der 5 eingestellt werden und somit kann der Schließzeitpunkt des Einlassventils auf einen vorgegebenen Kurbelwinkel innerhalb des in 5 durch den Pfeil C angedeuteten Bereichs eingestellt werden.
  • Es ist zu beachten, dass der in den 1 und 4 gezeigte Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung lediglich ein Beispiel zeigt. Es ist ferner möglich, verschiedenste Arten eines Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung zu verwenden, wie z. B. einen Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung, welcher den Schließzeitpunkt des Einlassventils ändern kann, während der Öffnungszeitpunkt konstant gehalten wird. Obwohl der Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung zum Ändern des Startzeitpunkts des tatsächlichen Verdichtungsvorgangs in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, so ist es auch möglich, verschiedene Arten von Mechanismen für das Ändern eines Startzeitpunkts des tatsächlichen Verdichtungsvorgangs zu verwenden, um den Startzeitpunkt des eigentlichen Verdichtungsvorgangs zu ändern, welcher nicht der Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung ist.
  • Als nächstes wird die Bedeutung der in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Ausdrücke mit Bezug auf die 6A bis 6C erläutert. Es ist zu beachten, dass die 6A, 6B und 6C beispielhaft einen Motor mit einem Brennkammervolumen 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 sich der Kolben am oberen Totpunkt des Verdichtungstaktes befindet.
  • 6A erläutert das mechanische Verdichtungsverhältnis. Das mechanische Verdichtungsverhältnis ist ein Wert, der mechanisch durch das Hubvolumen des Kolbens zum Zeitpunkt eines Verdichtungshubs und dem Brennkammervolumen bestimmt ist. Dieses mechanische Verdichtungsverhältnis wird ausgedrückt durch: (Brennkammervolumen + Hubvolumen)/Brennkammervolumen. In dem in 6A gezeigten Beispiel wird dieses mechanische Verdichtungsverhältnis: (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
  • 6B erläutert das tatsächliche Verdichtungsverhältnis. Dieses tatsächliche Verdichtungsverhältnis ist ein Wert, der aus dem Brennkammervolumen und dem tatsächlichen Hubvolumen des Kolbens von dem Zeitpunkt, zu dem der Verdichtungsvorgang tatsächlich begonnen wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, bestimmt wird. Dieses tatsächliche Verdichtungsverhältnis wird ausgedrückt durch (Brennkammervolumen + tatsächliches, Hubvolumen)/Brennkammervolumen. Das heißt, dass, wie in 6B gezeigt, kein Verdichtungsvorgang durchgeführt wird, während das Einlassventil geöffnet ist, selbst wenn der Kolben im Verdichtungstakt sich zu heben beginnt. Der tatsächliche Verdichtungsvorgang beginnt, nachdem das Einlassventil geschlossen ist. Daher wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis wie oben erwähnt anhand des tatsächlichen Hubvolumens ausgedrückt. In dem in 6B gezeigten Beispiel wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis (50 ml + 450 ml)/50 ml = 10.
  • 6C erläutert das Expansionsverhältnis. Das Expansionsverhältnis ist ein Wert, der aus dem Hubvolumen des Kolbens zum Zeitpunkt eines Expansionshubs und dem Brennkammervolumen bestimmt wird. Dieses Expansionsverhältnis wird ausgedrückt durch: (Brennkammervolumen + Hubvolumen)/Brennkammervolumen. In dem in 6C gezeigten Beispiel wird das Expansionsverhältnis: (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
  • Als nächstes werden die wesentlichsten Merkmale der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 7, 8A und 8B erläutert. Es ist zu beachten, dass die 7 das Verhältnis zwischen der theoretischen thermischen Effizienz und dem Expansionsverhältnis zeigt, während die 8A und 8B einen Vergleich zwischen einem gewöhnlichen Zyklus und einem Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis zeigen, welche in der vorliegenden Erfindung wahlweise gemäß der Last verwendet werden.
  • 8A zeigt den gewöhnlichen Zyklus, wobei das Einlassventil nahe dem unteren Totpunkt schließt und der Verdichtungsvorgang durch den Kolben von nahe dem unteren Totpunkt des Verdichtungstakts an gestartet wird. In dem in dieser 8A gezeigten Beispiel wird auf die gleiche Weise wie in den in den 6A, 6B und 6C gezeigten Beispielen das Brennkammervolumen 50 ml und das Hubvolumen des Kolbens 500 ml. Wie aus 8A zu verstehen ist, ist in einem gewöhnlichen Zyklus das mechanische Verdichtungsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis ebenfalls etwa 11 und das Expansionsverhältnis ebenfalls (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11. Das heißt, dass bei einer gewöhnlichen Brennkraftmaschine das mechanische Verdichtungsverhältnis, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis und das Expansionsverhältnis im Wesentlichen gleich sind.
  • Die durchgezogene Linie in 7 zeigt die Änderung bei der theoretischen thermischen Effizienz in dem Fall, in dem das tatsächliche Verdichtungsverhältnis und das Expansionsverhältnis im Wesentlichen gleich sind, d. h. in einem gewöhnlichen Zyklus. In diesem Fall erkennt man, dass mit Zunahme des Expansionsverhältnisses, d. h. mit Zunahme des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses, die theoretische thermische Effizienz zunimmt. Daher sollte bei einem gewöhnlichen Zyklus zur Erhöhung der theoretischen thermischen Effizienz das tatsächliche Verdichtungsverhältnis erhöht werden. Jedoch kann das tatsächliche Verdichtungsverhältnis aufgrund von Beschränkungen bei dem Auftreten von Klopfen bei einem hohen Motorlastbetrieb selbst maximal auf nur etwa 12 erhöht werden, so dass die theoretische thermische Effizienz in einem gewöhnlichen Zyklus nicht ausreichend hoch gesetzt werden kann.
  • Andererseits unterschieden die Erfinder genauestens zwischen dem mechanischen Verdichtungsverhältnis und dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis und untersuchten die theoretische thermische Effizienz und haben als Ergebnis herausgefunden, dass bei der theoretischen thermischen Effizienz das Expansionsverhältnis dominant ist und die theoretische thermische Effizienz durch das tatsächliche Verdichtungsverhältnis nicht wesentlich beeinflusst wird. Das heißt, dass sich bei einer Erhöhung des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses die Explosionskraft erhöht, die Verdichtung jedoch eine große Energie erfordert, so dass die theoretische thermische Effizienz nicht wesentlich ansteigt, selbst wenn das tatsächliche Verdichtungsverhältnis angehoben wird.
  • Wenn dagegen das Expansionsverhältnis erhöht wird, nimmt mit Zunahme der Zeitdauer, während der eine Kraft zum Niederdrücken des Kolbens beim Expansionshub drückt, die Zeit zu, bei der der Kolben eine Drehkraft auf die Kurbelwelle aufbringt. Daher wird die theoretische thermische Effizienz umso höher, je größer das Expansionsverhältnis gemacht wird. Die durchgezogene Linie von ε = 10 in 7 zeigt die theoretische thermische Effizienz in dem Fall des Festhaltens des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses bei 10 und beim Erhöhen des Expansionsverhältnisses in diesem Zustand. Man erkennt, dass der Betrag, um welchen die theoretische thermische Effizienz zunimmt, wenn das Expansionsverhältnis in dem Zustand, in dem das tatsächliche Verdichtungsverhältnis auf die obige Weise bei einem niedrigen Wert gehalten wird, erhöht wird, und der Betrag, um welchen die theoretische thermische Effizienz zunimmt, wenn das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zusammen mit dem Expansionsverhältnis, wie durch die durchgezogene Linie der 7 gezeigt, ansteigt, sich nicht sehr unterscheiden.
  • Wenn das tatsächliche Verdichtungsverhältnis auf diese Weise auf einem niedrigen Wert gehalten wird, tritt kein Klopfen auf, so dass das Auftreten von Klopfen verhindert werden kann und die theoretische thermische Effizienz stark erhöht werden kann, wenn das Expansionsverhältnis in dem Zustand, in dem das tatsächliche Verdichtungsverhältnis auf einem niedrigen Wert gehalten wird, erhöht wird. 8B zeigt ein Beispiel des Falls, in dem der Mechanismus A für ein variables Verdichtungsverhältnis und der Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung verwendet werden, um das tatsächliche Verdichtungsverhältnis auf einem niedrigen Wert zu halten und das Expansionsverhältnis zu erhöhen.
  • Bezug nehmend auf die 8B wird in diesem Beispiel der Mechanismus A für ein variables Verdichtungsverhältnis verwendet, um das Brennkammervolumen von 50 ml auf 20 ml zu verringern. Der Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung dagegen wird verwendet, um den Schließzeitpunkt des Einlassventils zu verzögern, bis sich das tatsächliche Hubvolumen des Kolbens von 500 ml auf 200 ml geändert hat. Infolge dessen wird in diesem Beispiel das tatsächliche Verdichtungsverhältnis (20 ml + 200 ml)/20 ml = 11 und das Verdichtungsverhältnis (20 ml + 500 ml)/20 ml = 26. In dem in 8A gezeigten gewöhnlichen Zyklus wird, wie oben erläutert, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis etwa 11 und das Expansionsverhältnis 11. Man erkennt, dass im Vergleich zu dem in 8B gezeigten Fall in diesem Fall nur das Expansionsverhältnis auf 26 erhöht wird. Aus diesem Grund wird dieser als ”Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis” bezeichnet.
  • Wie oben erläutert, verschlechtert sich allgemein gesagt bei einer Brennkraftmaschine mit Abnahme der Motorlast die thermische Effizienz, weshalb zur Verbesserung der thermischen Effizienz beim Fahrzeugbetrieb, d. h. zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs, es notwendig wird, die thermische Effizienz bei niedrigem Motorlastbetrieb zu verbessern. Jedoch wird bei dem in 8B gezeigten Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis das tatsächliche Hubvolumen des Kolbens beim Verdichtungshub verkleinert, so dass die Ansaugluftmenge, welche in die Brennkammer 5 gesaugt wird, kleiner wird, weshalb dieser Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis nur verwendet werden kann, wenn die Motorlast relativ niedrig ist. Deshalb wird bei der vorliegenden Erfindung bei einem niedrigen Motorlastbetrieb der in der 8B gezeigte Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis eingestellt, während bei einem hohen Motorlastbetrieb der in der 8A gezeigte gewöhnliche Zyklus eingestellt wird.
  • Als nächstes wird mit Bezug auf die 9 die Betriebssteuerung insgesamt erläutert.
  • 9 zeigt die Änderungen des mechanischen Verdichtungsverhältnisses, des Expansionsverhältnisses, des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7, des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses, der Ansaugluftmenge, des Öffnungsgrads des Drosselventils 17 und des Pumpverlusts gemäß der Motorlast. Es ist zu beachten, dass bei den Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 5 auf der Basis des Ausgangssignals des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 22 auf das stöchiometrische Luft-Kraft-Verhältnis geregelt wird, um zu ermöglichen, dass der Drei-Wege-Katalysator 21 in dem katalytischen Konverter 20 gleichzeitig unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxide und Stickoxide in dem Abgas reduziert.
  • Wie oben erläutert, wird zum Zeitpunkt eines hohen Motorlastbetriebs der in der 8A gezeigte gewöhnliche Zyklus ausgeführt. Wie in 9 gezeigt, wird zu diesem Zeitpunkt deshalb das mechanische Verdichtungsverhältnis klein gemacht, so dass das Expansionsverhältnis klein gemacht wird, und, wie durch die durchgezogene Linie in 5 gezeigt, der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 vorgestellt wird. Darüber hinaus ist zu diesem Zeitpunkt die Ansaugluftmenge groß und wird zu diesem Zeitpunkt der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 vollkommen offen oder im Wesentlichen vollkommen geöffnet gehalten, so dass der Pumpenverlust Null wird.
  • Andererseits wird, wie in 9 gezeigt, zusammen mit der Reduzierung der Motorlast der Schließzeitpunkt des Einlassventils, wie in 9 durch die durchgezogene Linie gezeigt, verzögert, um die Ansaugluftmenge zu reduzieren.. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt zusammen mit der Reduzierung der Motorlast das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht, so dass das tatsächliche Verdichtungsverhältnis im Wesentlichen konstant gehalten wird, weshalb sich das Expansionsverhältnis ebenfalls erhöht. Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt das Drosselventil 17 ebenfalls in einem vollkommen geöffneten oder im Wesentlichen vollkommen geöffneten Zustand gehalten wird, so dass die der Brennkammer 5 zugeführte Ansaugluftmenge nicht durch das Drosselventil 17, sondern durch Ändern des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7 gesteuert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der Pumpenverlust ebenfalls Null.
  • Wenn die Motorlast von dem hohen Motorlastbetriebszustand abnimmt, wird auf diese Weise das mechanische Verdichtungsverhältnis zusammen mit der Reduzierung der Ansaugluftmenge bei einem im Wesentlichen konstanten tatsächlichen Verdichtungsverhältnis erhöht. Das heißt, dass das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 den oberen Totpunkt des Verdichtungstakts erreicht, proportional zur Reduzierung der Ansaugluftmenge reduziert wird. Deshalb ändert sich das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 den oberen Totpunkt des Verdichtungstakts erreicht, im Verhältnis zur Ansaugluftmenge. Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 5 das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, so dass sich das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 den oberen Totpunkt des Verdichtungstakts erreicht, im Verhältnis zur Kraftstoffmenge ändert.
  • Wenn die Motorlast weiter abnimmt, wird das mechanische Verdichtungsverhältnis weiter erhöht. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis das mechanische Grenzverdichtungsverhältnis erreicht, welches eine strukturelle Obergrenze der Brennkammer 5 darstellt, wird in dem Bereich, in dem die Last niedriger als die Motorlast L1 ist, das mechanische Verdichtungsverhältnis, wenn es das mechanische Grenzverdichtungsverhältnis erreicht, bei dem mechanischen Grenzverdichtungsverhältnis gehalten. Deshalb wird bei niedrigem Motorlastbetrieb das mechanische Verdichtungsverhältnis maximal und das Expansionsverhältnis wird ebenfalls maximal. Anders gesagt wird bei der vorliegenden Erfindung bei einem niedrigen Motorlastbetrieb das mechanische Verdichtungsverhältnis maximiert, so dass das maximale Expansionsverhältnis erzielt wird. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt das tatsächliche Verdichtungsverhältnis im Wesentlichen auf demselben tatsächlichen Verdichtungsverhältnis gehalten wie bei mittlerem und hohem Motorlastbetrieb.
  • Andererseits wird, wie in 9 durch die durchgezogene Linie gezeigt, der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 bei Abfall der Motorlast bis zum Grenzschließzeitpunkt verzögert, bei welchem die der Brennkammer 5 zugeführte Ansaugluftmenge durch Ändern des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7 gesteuert werden kann. In dem Bereich, in dem die Last niedriger als die Motorlast 12 ist, wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 bei dem Grenzschließzeitpunkt gehalten, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den Grenzschließzeitpunkt erreicht. Wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 beim Grenzschließzeitpunkt gehalten wird, ist es notwendig, die Ansaugluftmenge durch eine andere Verfahrensart zu steuern, da der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 nicht länger zur Steuerung der Ansaugluftmenge verwendet werden kann.
  • Bei der in 9 gezeigten Ausführungsform wird zu diesem Zeitpunkt, d. h. in dem Bereich einer Last, welche niedriger als die Motorlast 12 ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den Grenzschließzeitpunkt erreicht, das Drosselventil 17 zur Steuerung der der Brennkammer 5 zugeführten Ansaugluftmenge verwendet. Wenn jedoch das Drosselventil 17 zur Steuerung der Ansaugluftmenge verwendet wird, nimmt, wie in 9 gezeigt, der Pumpenverlust zu.
  • Um zu verhindern, dass Pumpenverlust auftritt, ist zu beachten, dass in dem Bereich einer Last, welche niedriger als die Motorlast 12 ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den Grenzschließzeitpunkt erreicht, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Zustand, bei dem das Drosselventil 17 vollkommen geöffnet oder im Wesentlichen vollkommen geöffnet gehalten wird, mit Abnahme der Motorlast erhöht werden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist die Einspritzdüse 13 vorzugsweise in der Brennkammer 5 angeordnet, um eine geschichtete Verbrennung durchzuführen.
  • Wie in 9 gezeigt, wird bei niedriger Motordrehzahl das tatsächliche Verdichtungsverhältnis ungeachtet der Motorlast im Wesentlichen konstant gehalten. Das tatsächliche Verdichtungsverhältnis wird zu diesem Zeitpunkt innerhalb eines Bereichs von etwa ±10 Prozent bezüglich des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses bei mittlerem und hohem Motorlastbetrieb, vorzugsweise ±5 Prozent, eingestellt. Es ist zu beachten, dass bei der vorliegenden Ausführungsform das tatsächliche Verdichtungsverhältnis bei niedriger Motordrehzahl etwa 10 ± 1, d. h. zwischen 9 und 11, wird. Wenn die Motordrehzahl jedoch höher wird, treten Turbulenzen in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer 5 auf und infolge dessen kann es zu Klopfen kommen, weshalb bei der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso höher ist, je höher die Motordrehzahl ist.
  • Dagegen wird bei dem in 8B gezeigten Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis wie oben beschrieben das Expansionsverhältnis auf 26 gesetzt. Je höher dieses Expansionsverhältnis ist, desto besser, aber wie aus 7 zu erkennen ist, kann selbst für das praktisch verwendbare untere Grenzverdichtungsverhältnis ε = 5 eine wesentlich hohe theoretische thermische Effizienz erreicht werden, wenn dieses 20 oder mehr ist. Deshalb wird bei der vorliegenden Erfindung der Mechanismus A für ein variables Verdichtungsverhältnis so ausgebildet, dass das Expansionsverhältnis 20 oder größer wird.
  • Ferner wird in dem in 9 gezeigten Beispiel das mechanische Verdichtungsverhältnis kontinuierlich gemäß der Motorlast verändert. Jedoch kann das mechanische Verdichtungsverhältnis auch in Stufen gemäß der Motorlast verändert werden.
  • Andererseits kann, wie durch die gestrichelte Linie in 9 gezeigt, bei Abnahme der Motorlast die Ansaugluftmenge gesteuert werden, ohne den Öffnungsgrad des Drosselventils zu verändern, indem der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 vorgerückt wird. Um sowohl den in der 9 durch die durchgezogene Linie gezeigten Fall als auch den durch die gestrichelte Linie gezeigten Fall umfassend auszudrücken, wird deshalb bei der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 bei Abnahme der Motorlast in eine Richtung von dem unteren Totpunkt BDC der Verdichtung bis zum Grenzschließzeitpunkt 12, welcher die Steuerung der der Brennkammer zugeführten Ansaugluftmenge ermöglicht, hin verschoben.
  • Es ist zu beachten, dass bei der obigen Ausführungsform das mechanische Verdichtungsverhältnis und der Schließzeitpunkt des Einlassventils gesteuert werden, um das tatsächliche Verdichtungsverhältnis ungeachtet der Motorlast im Wesentlichen konstant zu halten. Jedoch ist es nicht notwendig, diese so zu steuern, dass das tatsächliche Verdichtungsverhältnis im Wesentlichen konstant gehalten wird. Auch wenn diese nicht gesteuert werden, um das tatsächliche Verdichtungsverhältnis im Wesentlichen konstant zu halten, ist es jedoch im Wesentlichen notwendig, das mechanische Verdichtungsverhältnis bei Abnahme der Motorlast zu erhöhen und den Schließzeitpunkt des Einlassventils vom unteren Totpunkt des Ansaugens zu verschieben.
  • Wenn das Expansionsverhältnis erhöht wird, verlängert sich wie oben beschrieben die Zeitdauer, während der eine Niederdrückkraft auf den Kolben während des Expansionshubs wirkt. Infolge dessen verlängert sich die Zeit, während der der Kolben eine Drehkraft an der Kurbelwelle anbringt. Das heißt, dass sich durch Erhöhen des Expansionsverhältnisses das Verhältnis der aufgrund der Verbrennung erzeugten Wärmeenergie in der Brennkammer 5 zur kinetischen Energie des Kolbens vergrößert. Wenn das Expansionsverhältnis groß ist, d. h., wenn ein Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird, ist die Wärmeenergie des von dem Motorblock abgegebenen Abgases klein und deshalb die Abgastemperatur niedrig.
  • Andererseits ist es bei dem in der Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeordneten Drei-Wege-Katalysator 21 notwendig, dass die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 eine bestimmte Temperatur (z. B. Aktivierungstemperatur) oder höher erreicht, um optimal unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxide und Stickoxide, welche in dem durch den Drei-Wege-Katalysator 21 passierenden Abgas enthalten sind, zu reinigen. Dabei ist zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 niedriger als die Aktivierungstemperatur.
  • Deshalb ist es bei einem Kaltstart notwendig, die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 schnell zu erhöhen, um das Abgas optimal zu reinigen.
  • Beim Startzeitpunkt einer Brennkraftmaschine wird üblicherweise ein Leerlaufbetrieb über eine bestimmte Zeitdauer durchgeführt und deshalb ist die Motorlast niedrig. Deshalb wird ein Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt, wenn eine Steuerung auf die oben genannte Weise zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts durchgeführt wird. Wie oben erläutert, ist dabei in dem Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis die Temperatur des von dem Motorblock abgegebenen Abgases niedrig. Wenn die oben genannte Steuerung zum Zeitpunkt es Motorkaltstarts durchgeführt wird, ist es deshalb nicht mehr länger möglich, die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 schnell anzuheben.
  • Ferner ist zum Zeitpunkt des Motorkaltstarts wie oben beschrieben die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 niedriger als die Aktivierungstemperatur und deshalb nimmt die Reinigungsrate der unverbrannten Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxide und Stickoxide durch den Drei-Wege-Katalysator 21 ab. Um zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen etc. in dem von dem Drei-Wege-Katalysator 21 abgegebenen Abgas niedrig zu halten, ist es deshalb notwendig, die Konzentration der unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgases abzusenken.
  • Bei dem Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis neigt die Konzentration der unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgas dazu, höher zu werden. Das heißt, wenn das Expansionsverhältnis (mechanisches Verdichtungsverhältnis) hoch ist, nähert sich die Position der oberen Oberfläche des Kolbens 4 beim oberen Totpunkt des Verdichtungstakts dem Eingang der Auslassöffnung 10 an. Deshalb werden an der Zylinderbohrung abgelagerte unverbrannte Kohlenwasserstoffe nahe dem Eingang der Auslassöffnung 10 durch den. sich anhebenden Kolben abgekratzt. Die nahe dem Eingang der Auslassöffnung 10 abgekratzten unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden leicht zusammen mit dem Abgas in die Auslassöffnung 10 ausgegeben. Deshalb kommt es dazu, dass die Konzentration des unverbrannten Kohlenwasserstoffes in dem von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgas zunimmt.
  • Deshalb wird in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts der Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis nicht durchgeführt, selbst bei einem oben genannten niedrigen Motorlastbetrieb.
  • 10 ist eine Ansicht, welche die Änderungen des mechanischen Verdichtungsverhältnisses, des Expansionsverhältnisses, des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7, der Ansaugluftmenge und des Öffnungsgrades des Drosselventils 17 gemäß der Motorlast zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts zeigt. 10 zeigt nur den Bereich, bei dem die Last relativ niedrig ist. Es ist zu beachten, dass die gestrichelte Linie in der Figur die Änderungen der Parameter zeigt, wenn eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird, welche zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs einen Zyklus mit superhohem Expansionsverhältnis durchführt. Ferner wird in der 10 der Fall erläutert, bei welchem die Ansaugluftmenge durch Verzögern des Schließzeitpunktes des Einlassventils 7 bei Abnahme der Motorlast steuert. Jedoch ist eine ähnliche Steuerung auch möglich, wenn die Ansaugluftmenge durch Vorrücken des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7 bei Abnahme der Motorlast gesteuert wird. Bei der folgenden Erklärung wird die in der 10 gezeigte Steuerung als ”Kaltstartsteuerung” im Gegensatz zu der in der 9 gezeigten Steuerung des superhohen Expansionsverhältnisses bezeichnet.
  • Wie in 10 gezeigt, werden in der Kaltstartsteuerung bei mittlerem und hohem Motorlastbetrieb das mechanische Verdichtungsverhältnis, der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 und der Drosselöffnungsgrad auf dieselbe Weise gesteuert, wie bei der in der 9 gezeigten Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis. Ferner werden das Expansionsverhältnis und die Ansaugluftmenge auf dieselbe Weise gesteuert wie bei der in der 9 gezeigten Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis. Dies ist deshalb, weil selbst bei der Durchführung der in der 9 gezeigten Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis bei einem mittleren und hohen Motorlastbetrieb das Expansionsverhältnis nicht allzu sehr erhöht wird und deshalb die Temperatur des von dem Motorblock abgegebenen Abgases hoch wird.
  • Wenn jedoch eine Kaltstartsteuerung bei einem niedrigen Motorlastbetrieb durchgeführt wird, insbesondere wenn die Motorlast niedriger als eine bestimmte konstante Last (nachfolgend als ”Referenzlast” bezeichnet) Lcri ist, wird das mechanische Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu dem Fall verkleinert, bei dem eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird. Wenn die Motorlast niedriger als die Referenzlast Lcri wird, wird insbesondere bei der vorliegenden Ausführungsform das mechanische Verdichtungsverhältnis auf ein im Wesentlichen konstantes mechanisches Verdichtungsverhältnis (nachfolgend als ”eingestelltes mechanisches Verdichtungsverhältnis” bezeichnet) MCset ungeachtet der Motorlast eingestellt und das Expansionsverhältnis auf ein diesem eingestellten mechanischen Verdichtungsverhältnis entsprechendes Expansionsverhältnis eingestellt.
  • Dabei wird das eingestellte mechanische Verdichtungsverhältnis MCset kleiner als das Grenzverhältnis, z. B. kleiner 20, gemacht. Wenn deshalb eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis bei niedrigem Motorlastbetrieb durchgeführt wird, erreicht das mechanische Verdichtungsverhältnis das Grenzverdichtungsverhältnis und wird maximal, während bei Durchführung einer Kaltstartsteuerung bei einem niedrigen Motorlastbetrieb das mechanische Verdichtungsverhältnis nicht das Grenzverdichtungsverhältnis erreicht und deshalb nicht maximal wird. Das heißt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn sich die Brennkraftmaschine noch nicht aufgewärmt hat und deshalb eine Kaltstartsteuerung durchgeführt wird, das mechanische Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu dem Fall, wenn die Brennkraftmaschine den Aufwärmvorgang beendet hat und keine Kaltstartsteuerung durchgeführt wird (d. h. wenn eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird), abgesenkt wird.
  • Ferner ändert sich das Expansionsverhältnis zusammen mit einer Änderung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses. Wenn deshalb eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird, wird das Expansionsverhältnis bei einem niedrigen Motorlastbetrieb maximal, während bei Durchführung einer Kaltstartsteuerung das Expansionsverhältnis bei einem niedrigen Motorlastbetrieb nicht maximal wird. Das heißt, dass bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Brennkraftmaschine den Aufwärmvorgang noch nicht beendet hat und deshalb eine Kaltstartsteuerung durchgeführt wird, das Expansionsverhältnis kleiner gemacht wird, als wenn die Brennkraftmaschine den Aufwärmvorgang beendet hat und keine Kaltstartsteuerung durchgeführt wird.
  • Wie oben erläutert, wird bei einem Motorkaltstart in den meisten Fällen ein niedriger Motorlastbetrieb durchgeführt. Wenn jedoch eine Kaltstartsteuerung durchgeführt wird, wird das Expansionsverhältnis selbst bei einem niedrigen Motorlastbetrieb nicht maximiert und das Expansionsverhältnis kleiner gemacht als bei der Durchführung einer Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis, so dass die Temperatur des Abgases ebenfalls nicht so gering wird. Deshalb ist es möglich, selbst bei einem Motorkaltstart die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 schnell zu erhöhen.
  • Ferner wird bei Durchführung einer Kaltstartsteuerung selbst bei einem niedrigen Motorlastbetrieb das mechanische Verdichtungsverhältnis nicht maximiert und das mechanische Verdichtungsverhältnis kleiner gemacht als bei der Durchführung einer Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis, so dass die Position der oberen Oberfläche des Kolbens 4 am oberen Totpunkt des Verdichtungstakts um ein bestimmtes Maß von dem Eingang der Auslassöffnung 10 entfernt ist, so dass die Konzentration der unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem von der Brennkammer 5 ausgegebenen Abgas niedrig gehalten werden kann.
  • Wenn eine Kaltstartsteuerung bei niedrigem Motorlastbetrieb durchgeführt wird, insbesondere wenn die Motorlast niedriger als die obengenannte Referenzlast Lcri ist, wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 im Vergleich zum Fall, bei dem eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird, vorgerückt (d. h. der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 wird so eingestellt, dass er sich dem unteren Totpunkt des Ansaugtakts annähert). Insbesondere wenn bei der vorliegenden Ausführungsform eine Kaltstartsteuerung durchgeführt wird die Motorlast niedriger als die Referenzlast Lcri ist, wird das Änderungsverhältnis des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7 bezüglich der Änderung der Motorlast kleiner gemacht als bei der Durchführung einer Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis. Dies ist deshalb, weil bei der Durchführung einer Kaltstartsteuerung es notwendig ist, die Menge des Luft-Kraftstoff-Gemisches, welches der Brennkammer 5 zugeführt wird, um exakt den Betrag zum Erhöhen der Temperatur des Abgases zu erhöhen. Daher ist es notwendig, im Vergleich zur Durchführung einer Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis die Ansaugluftmenge zu erhöhen.
  • Wenn eine Kaltstartsteuerung selbst bei niedrigem Motorlastbetrieb durchgeführt wird, ist es notwendig, die Ansaugluftmenge relativ groß zu machen, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen. Deshalb wird die Ansaugluftmenge, welche der Brennkammer 5 zugeführt werden muss, nicht so klein, dass die Ansaugluftmenge nicht länger durch den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 gesteuert werden kann. Deshalb kann die Ansaugluftmenge auch in dem Bereich, in dem die Motorlast extrem niedrig ist, durch Ändern des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7 gesteuert werden. Deshalb erreicht der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 bei der Durchführung einer Kaltstartsteuerung nie den Grenzschließzeitpunkt, sondern ist immer einen Zeitpunkt früher als den Schließzeitpunkt.
  • Wenn bei der Durchführung einer Kaltstartsteuerung selbst in dem Bereich, in dem die Motorlast extrem niedrig ist, es möglich ist, die Ansaugluftmenge durch den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 zu steuern, so ist es nicht notwendig, die Ansaugluftmenge durch das Drosselventil 17 zu steuern. Deshalb wird das Drosselventil 17 bei der Durchführung einer Kaltstartsteuerung vollkommen geöffnet oder im Wesentlichen vollkommen geöffnet gehalten.
  • Es ist jedoch nicht unbedingt notwendig, die Ansaugluftmenge nur durch den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 zu steuern. Zum Beispiel ist es auch möglich, wenn die Motorlast niedriger als die Referenzlast Lcri ist, den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 konstant zu halten und das Drosselventil 17 zur Steuerung der Ansaugluftmenge zu verwenden. Was auch immer der Fall ist, bei der Durchführung einer Kaltstartsteuerung wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 nicht der Grenzschließzeitpunkt.
  • Es ist zu beachten, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis als das festgelegte mechanische Verdichtungsverhältnis gemacht wird, wenn die Motorlast bei einer Kaltstartsteuerung niedriger als die Referenzlast Lcri ist. Dabei kann die Referenzlast Lcri z. B. als eine Motorlast eingestellt werden, wobei bei Durchführung einer Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis die Temperatur des Abgases nicht länger ausreichend angehoben werden kann, um die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 anzuheben, wenn die Motorlast niedriger als diese Referenzlast ist, oder als eine Motorlast eingestellt werden, die höher als diese Motorlast ist. Das heißt, die Referenzlast L wird als eine Last festgelegt, bei welcher es möglich ist, die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 schnell zu erhöhen, selbst wenn eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird, wenn die Motorlast gleich oder größer als die Referenzlast Lcri ist, aber es nicht möglich ist, die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 schnell zu erhöhen, wenn die Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird, wenn die Motorlast niedriger als die Referenzlast Lcri ist.
  • 11 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Steuerroutine einer Betriebssteuerung einer Brennkraftmaschine zeigt. Die dargestellte Steuerroutine wird mit Unterbrechung zu jedem vorbestimmten Zeitintervall durchgeführt.
  • Wie in der 11 gezeigt, wird zunächst in Schritt S10 der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfasst. Der erfasste Parameter kann z. B. die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21, die Motorkühlwassertemperatur, die verstrichene Zeit seit dem Start der Brennkraftmaschine, die Temperatur des Abgases stromaufwärts oder stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 21 etc. sein. Diese Parameter werden z. B. durch den am Drei-Wege-Katalysator 21 vorgesehenen Temperatursensor, den Wassertemperatursensor, welcher die Motorkühlwassertemperatur erfasst, den Temperatursensor, der in der Abgasleitung stromaufwärts oder stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 21 angeordnet ist, etc. erfasst.
  • Als nächstes wird in Schritt S11 beurteilt, ob die Brennkraftmaschine, insbesondere der Drei-Wege-Katalysator 21, den Aufwärmvorgang beendet hat. Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21, welche durch den Temperatursensor in Schritt S10 erfasst wurde, die erfasste Aktivierungstemperatur oder höher ist, wenn die Motorkühlwassertemperatur, welche durch den Wassertemperatursensor erfasst wurde, eine vorbestimmte Temperatur oder höher ist, wenn eine vorbestimmte Zeit oder länger seit dem Start der Brennkraftmaschine verstrichen ist oder wenn die Temperatur des Abgases stromaufwärts oder stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 21, welche durch den Temperatursensor erfasst wurde, eine vorbestimmte Temperatur oder höher ist, wird beurteilt, dass der Drei-Wege-Katalysator 21 seinen Aufwärmvorgang beendet hat.
  • Wenn in Schritt S11 beurteilt wird, dass der Drei-Wege-Katalysator 21 noch nicht aufgewärmt ist, geht die Routine zu Schritt S12 über, bei welchem die Kaltstartsteuerung, wie in 10 gezeigt, durchgeführt wird. Wenn dagegen in Schritt S11 beurteilt wird, dass der Drei-Wege-Katalysator 21 aufgewärmt ist, geht die Routine zu Schritt S13 über, bei welchem eine wie in 9 gezeigte Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis ausgeführt wird.
  • Es ist zu beachten, dass bei der obigen Ausführungsform die Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine z. B. auf der Basis beurteilt wird, ob die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 die Aktivierungstemperatur oder höher erreicht hat. Es ist aber z. B. auch möglich, die Zeit zu berechnen, welche notwendig ist, dass der Drei-Wege-Katalysator 21 die Aktivierungstemperatur oder mehr erreicht, und zwar auf der Basis der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts, oder die kumulierte Ansaugluftmenge, welche notwendig ist, dass der Drei-Wege-Katalysator 21 die Aktivierungstemperatur oder höher erreicht, und die Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine auf der Basis zu beurteilen, ob diese Zeit seit dem Motorstart verstrichen ist oder ob dieser kumulierte Wert der Ansaugluftmenge seit dem Motorstart die kumulierte Ansaugluftmenge erreicht hat.
  • Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Aufbau der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der zweiten Ausführungsform ist im Wesentlichen ähnlich zum Aufbau der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der ersten Ausführungsform. Jedoch werden bei der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der obigen ersten Ausführungsform bei einer Kaltstartsteuerung das tatsächliche Verdichtungsverhältnis und das mechanische Verdichtungsverhältnis (Expansionsverhältnis) ohne Berücksichtigung der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts gesteuert, während bei der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der zweiten Ausführungsform das tatsächliche Verdichtungsverhältnis und das mechanische Verdichtungsverhältnis (Expansionsverhältnis) gemäß der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts eingestellt werden.
  • 12A und 12B sind Ansichten, welche die Beziehung zwischen der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts und dem mechanischen Verdichtungsverhältnis bzw. zwischen der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts und dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis zeigen. Je niedriger die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts ist, desto niedriger wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 12A gezeigt, das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts eingestellt. Das heißt, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts niedriger gemacht wird, wenn die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Je niedriger die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts ist, desto niedriger wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wie in 12B gezeigt, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts eingestellt. Das heißt, dass das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts niedriger gemacht wird, wenn die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Auf diese Weise werden bei der vorliegenden Ausführungsform das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts auf der Basis der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts bestimmt und die Schließzeit des Einlassventils 7 auf der Basis der so bestimmten mechanischen und tatsächlichen Verdichtungsverhältnisse bestimmt. In diesem Fall wird die Schließzeit des Einlassventils automatisch aus dem mechanischen Verdichtungsverhältnis und dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis bestimmt, so dass es schwierig ist, die der Brennkammer 5 zugeführte Luftmenge lediglich durch die Schließzeit des Einlassventils 7 zu steuern. Deshalb wird bei der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zu der Schließzeit des Einlassventils 7 das Drosselventil 17 oder ein anderes in der Motoransaugleitung vorgesehenes Ventil zur Steuerung der der Brennkammer 5 zugeführten Luftmenge verwendet.
  • Ferner ist bei der vorliegenden Ausführungsform für jede Motorlast ein Kennfeld, wie es z. B. in 12A und 12B gezeigt ist, vorgesehen. Je niedriger die Motorlast ist, desto größer ist die Differenz im mechanischen Verdichtungsverhältnis und dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis zwischen wenn die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts hoch ist und wenn die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts niedrig ist.
  • 13 zeigt die Änderungen des mechanischen Verdichtungsverhältnisses, des Expansionsverhältnisses, der Schließzeit des Einlassventils 7 und der Ansaugluftmenge gemäß der Motorlast zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts und ist eine zur 10 ähnliche Ansicht. Es ist zu beachten, dass die durchgezogene Linie in den Figuren die Änderungen der Parameter zeigt, wenn bei der vorliegenden Ausführungsform eine Kaltstartsteuerung durchgeführt wird und die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts niedrig ist, während die strichpunktierte Linie in der Figur die Änderungen zeigt, wenn bei der vorliegenden Ausführungsform eine Kaltstartsteuerung durchgeführt wird und die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators zum Zeitpunkt des Motorstarts relativ hoch ist (jedoch kleiner oder gleich der Aktivierungstemperatur des Drei-Wege-Katalysators 21). Ferner zeigt die gestrichelte Linie in der Figur die Änderungen der Parameter, wenn eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird, welche einen Zyklus mit einem superhohen Expansionsverhältnis bei niedrigem Motorlastbetrieb durchführt.
  • Aus der 13 ist zu erkennen, dass in dem Bereich niedriger Motorlast das mechanische Verdichtungsverhältnis kleiner gemacht wird, wenn die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts niedrig ist (durchgezogene Linie), als wenn die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 hoch ist (strichpunktierte Linie). Ferner wird im Vergleich zum Fall einer durchgeführten Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis das mechanische Verdichtungsverhältnis umso stärker abgesenkt, je niedriger die Motorlast ist.
  • Auf dieselbe Weise wird im Bereich niedriger Motorlast das tatsächliche Verdichtungsverhältnis niedriger gemacht, wenn die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts niedrig ist (durchgezogene Linie), im Vergleich zu dem Fall, wenn die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 hoch ist (strichpunktierte Linie). Ferner wird im Vergleich zur Durchführung einer Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso stärker abgesenkt, je niedriger die Motorlast ist.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform werden wie oben beschrieben ein mechanisches Verdichtungsverhältnis und ein tatsächliches Verdichtungsverhältnis gemäß der Motorlast und der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts eingestellt und das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis solange wie eingestellt gesteuert, bis die Brennkraftmaschine den Aufwärmvorgang beendet (z. B. bis die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 die Aktivierungstemperatur oder höher erreicht). Wenn deshalb z. B. die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts niedrig ist (durchgezogene Linie), werden das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis etc. gemäß der Motorlast, wie durch die durchgezogene Linie in der Figur gezeigt, gesteuert, bis die Brennkraftmaschine aufgewärmt ist, und das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis etc. werden, wie durch die gestrichelte Linie in der Figur gezeigt, gesteuert, indem die Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine den Aufwärmvorgang beendet.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird auf dieselbe Weise, wie es bei der obigen ersten Ausführungsform der Fall ist, in dem Fall, in dem eine Kaltstartsteuerung durchgeführt wird, das mechanische Verdichtungsverhältnis (Expansionsverhältnis) selbst bei niedrigem Motorlastbetrieb nicht maximiert. Das mechanische Verdichtungsverhältnis wird niedriger als bei der Durchführung einer Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis eingestellt. Deshalb wird die Temperatur des Abgases nicht niedrig, kann der Drei-Wege-Katalysator 21 schnell erwärmt werden und wird die Position der oberen Oberfläche des Kolbens 4 am oberen Totpunkt des Verdichtungstakts um ein bestimmtes Ausmaß vom Eingang der Auslassöffnung 10 getrennt, so dass es möglich ist, die Konzentration von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgas niedrig zu halten.
  • Andererseits nimmt die Wärmeeffizienz ab, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis (Expansionsverhältnis) abgesenkt wird, so dass eine Verschlechterung der Kraftstoffverbrauchseffizienz auftritt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das mechanische Verdichtungsverhältnis gemäß der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts eingestellt. Deshalb ist das Ausmaß des Absenkens des mechanischen Verdichtungsverhältnisses gering, wenn z. B. die verstrichene Zeit vom Abstellen der Brennkraftmaschine bis zum Neustart kurz ist und in anderen Fällen, in denen die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts nicht allzu niedrig ist. Daher ist es möglich, die Verschlechterung der Kraftstoffverbrauchseffizienz zu unterdrücken.
  • Ferner nimmt die Brenneffizienz zu, wenn das tatsächliche Verdichtungsverhältnis angehoben wird, so dass die Temperatur des von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgases fällt. Wenn das tatsächliche Verdichtungsverhältnis angehoben wird, nimmt die Dichte des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer 5 zu, wenn der Kolben 4 am oberen Totpunkt des Verdichtungstakts ist, so dass die Kraftstoffmenge in dem Quench-Bereich (Quench-Zone) zunimmt und sich infolge dessen die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem Abgas erhöht. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in dem Fall, in dem eine Kaltstartsteuerung durchgeführt wird, im Vergleich zu dem Fall, in dem eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt wird, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis niedrig gemacht, so dass es möglich ist, die Temperatur des von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgases zu erhöhen und die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem Abgas niedrig zu halten. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird insbesondere das tatsächliche Verdichtungsverhältnis gemäß der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts eingestellt, so dass, wenn die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts nicht allzu niedrig ist, es möglich ist, das Ausmaß der Reduzierung des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses zu verringern. Deshalb ist es möglich, eine Verschlechterung der Kraftstoffverbrauchseffizienz zu unterdrücken.
  • Deshalb ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 schnell anzuheben und die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgas niedrig zu halten, während eine Verschlechterung der Kraftstoffverbrauchseffizienz unterdrückt wird.
  • Es ist zu beachten, dass bei der obigen Ausführungsform sowohl das mechanische Verdichtungsverhältnis als auch das tatsächliche Verdichtungsverhältnis mit Abnahme der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts niedriger gemacht werden. Es ist jedoch auch möglich, nur das mechanische Verdichtungsverhältnis abzusenken und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis bei einem relativ hohen konstanten Bereich (z. B. den Bereich X in 12B) zu halten, ohne dieses allzu sehr zu ändern, wenn die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 niedriger wird. Deshalb wird im Vergleich zu der obigen Ausführungsform der Anstieg der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 etwas verzögert und die Konzentration der unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem Abgas etwas höher. Jedoch ist es möglich, die Kraftstoffverbrauchseffizienz hoch zu machen.
  • Ferner werden bei der obigen Ausführungsform das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis gemäß der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts eingestellt und das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis solange wie eingestellt gesteuert, bis die Brennkraftmaschine aufgewärmt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Einstellungen des mechanischen Verdichtungsverhältnisses und des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses zusammen mit dem Anstieg der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 nach dem Motorstart zu verändern. Wenn z. B. die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts niedrig ist, werden in diesem Fall das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis etc., wie durch die durchgezogene Linie in 13 angedeutet, gesteuert, und anschließend werden das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis etc. z. B., wie durch die strichpunktierte Linie in 13 angedeutet, zusammen mit dem Anstieg der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 gesteuert und, nachdem die Brennkraftmaschine den Aufwärmvorgang beendet hat, eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis durchgeführt und das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis etc., wie durch die gestrichelte Linie in der Figur angedeutet, gesteuert.
  • Ferner wird bei der vorliegenden Ausführungsform für jede Motorlast ein Kennfeld, wie es z. B. in der 12A und 12B gezeigt ist, vorbereitet. Jedoch ist es z. B. auch möglich, die Beziehungen zwischen der Katalysatorstarttemperatur und dem Korrekturbetrag des mechanischen Verdichtungsverhältnisses und zwischen der Katalysatorstarttemperatur und dem Korrekturbetrag des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses vorab in einem Kennfeld zu finden und das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis gemäß der gefundenen Motorlast ohne Berücksichtigung der Katalysatorstarttemperatur um den Korrekturbetrag des mechanischen Verdichtungsverhältnisses bzw. den Korrekturbetrag des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses, welche anhand dieses Kennfelds berechnet worden sind, zu korrigieren. Alternativ ist es möglich, die Beziehung zwischen der Katalysatorstarttemperatur und dem Korrekturkoeffizienten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses bzw. des Korrekturkoeffizienten des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses vorab als ein Kennfeld zu finden und das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis gemäß der gefundenen Motorlast ohne Berücksichtigung der Katalysatorstarttemperatur mit dem Korrekturkoeffizienten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses bzw. dem Korrekturkoeffizienten des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses, welche anhand dieses Kennfelds berechnet worden sind, zu multiplizieren.
  • 14 ist ein Ablaufdiagramm, welches eine Steuerroutine einer Betriebssteuerung der Brennkraftmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
  • Die dargestellte Steuerroutine wird mit Unterbrechung zu jedem konstanten Zeitintervall durchgeführt.
  • Wie in 14 gezeigt, wird zunächst in Schritt S20 auf dieselbe Weise wie in dem in 11 gezeigten Schritt S11 der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfasst. Als nächstes wird in Schritt S21 beurteilt, ob die Brennkraftmaschine, insbesondere der Drei-Wege-Katalysator 21, aufgewärmt ist. Bei einem Motorkaltstart wird beurteilt, dass die Brennkraftmaschine den Aufwärmvorgang noch nicht beendet hat, so dass die Routine zu Schritt S22 übergeht. In Schritt S22 wird beurteilt, dass die Brennkraftmaschine bereits gestartet worden ist. Bevor die Brennkraftmaschine gestartet wird, geht die Routine zu Schritt S23 über, wo die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 erfasst wird. Die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 wird unmittelbar vor Motorstart erfasst, so dass die Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts erfasst wird.
  • Wenn anschließend die Brennkraftmaschine gestartet wird, wird bei der nächsten Steuerroutine in Schritt S22 beurteilt, dass die Brennkraftmaschine bereits gestartet worden ist, und die Routine geht anschließend zu Schritt S24 über. In Schritt S24 wird die Motorlast erfasst. Als nächstes wird in Schritt S25 ein mechanisches Sollverdichtungsverhältnis und ein tatsächliches Sollverdichtungsverhältnis auf der Basis der in Schritt S23 erfassten Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 zum Zeitpunkt des Motorstarts und der in Schritt S24 erfassten Motorlast unter Verwendung der in den 12A und 12B gezeigten Kennfeldern berechnet. In Schritt S26 wird die Sollschließzeit des Einlassventils 7 auf der Basis des mechanischen Sollverdichtungsverhältnisses und des tatsächlichen Sollverdichtungsverhältnisses, welche in Schritt S25 berechnet wurden, berechnet. Als nächstes wird in Schritt S27 der Mechanismus A für ein variables Verdichtungsverhältnis so gesteuert, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis das in Schritt S25 berechnete mechanische Sollverdichtungsverhältnis wird, und der Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung so gesteuert, dass die Schließzeit des Einlassventils die in Schritt S26 berechnete Sollschließzeit wird.
  • Wenn die Brennkraftmaschine anschließend den Aufwärmvorgang beendet, wird bei der nächsten Steuerroutine in Schritt S21 beurteilt, dass die Brennkraftmaschine aufgewärmt ist, und die Routine geht anschließend zu Schritt S28 über, bei dem eine wie z. B. in 9 gezeigte Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis ausgeführt wird.
  • Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Aufbau der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der dritten Ausführungsform ist im Wesentlichen ähnlich zu dem Aufbau der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der zweiten Ausführungsform. Jedoch werden bei der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der obigen zweiten Ausführungsform bei der Kaltstartsteuerung das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis gemäß der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators zum Zeitpunkt des Motorstarts eingestellt, während bei der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der dritten Ausführungsform das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis gemäß der Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts eingestellt werden.
  • 15A und 15B sind Ansichten, welche die Beziehungen zwischen der Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts und dem mechanischen Verdichtungsverhältnis bzw. zwischen der Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts und dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis zeigen. Wie in 15A gezeigt, wird das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts umso niedriger eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist. Das heißt, das mechanische Verdichtungsverhältnis wird zum Zeitpunkt des Motorstarts niedriger gemacht, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Ferner wird, wie in 15B gezeigt, bei der vorliegenden Ausführungsform das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts umso geringer eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist. Das heißt das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts wird geringer gemacht, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Ferner wird bei der vorliegenden Ausführungsform auf dieselbe Weise wie bei der obigen zweiten Ausführungsform zusätzlich zur Schließzeit des Einlassventils 7 ein Drosselventil 17 oder ein anderes in der Motoransaugleitung vorgesehenes Ventil zur Steuerung der der Brennkammer 5 zugeführten Luftmenge verwendet. Ferner weist die vorliegende Ausführungsform für jede Motorlast ein Kennfeld, wie es z. B. in den 15A und 15B gezeigt ist, auf. Je niedriger die Motorlast ist, umso größer ist die Differenz in dem mechanischen Verdichtungsverhältnis und dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis zwischen wenn die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts hoch ist und wenn die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts niedrig ist. Dabei verschlechtert sich im Allgemeinen zum Zeitpunkt des Motorkaltstarts die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer 5, so dass unverbrannte Kohlenwasserstoffe in dem von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgas zunehmen. Insbesondere wird die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgas umso höher, je höher die Wandtemperatur des Zylinderkopfs 2 um die Brennkammer 5 oder die Wandtemperatur der Einlassöffnung 8 ist, und deshalb je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers ist.
  • Wenn dagegen wie oben beschrieben das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis niedrig eingestellt werden, ist es möglich, die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgas abzusenken. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso niedriger eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers ist. Deshalb kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ungeachtet der Temperatur des Motorkühlwassers, die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem von der Brennkammer 5 abgegebenen Abgas niedrig gehalten werden. Ferner ändert sich bei der vorliegenden Ausführungsform das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis gemäß der Temperatur des Motorkühlwassers, so dass es auf dieselbe Weise wie bei der obigen Ausführungsform es möglich ist, eine Verschlechterung der Kraftstoffverbrauchseffizienz zu unterdrücken.
  • Es ist zu beachten, dass es auch möglich ist, die obige zweite Ausführungsform und die dritte Ausführungsform zu kombinieren und das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis auf das geringere von dem auf der Basis der Temperatur des Drei-Wege-Katalysators 21 berechneten mechanischen Verdichtungsverhältnis und tatsächlichen Verdichtungsverhältnis und dem auf der Basis der Temperatur des Motorkühlwassers berechneten mechanischen Verdichtungsverhältnis und tatsächlichen Verdichtungsverhältnis zu steuern.
  • Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Aufbau der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der vierten Ausführungsform ist im Wesentlichen ähnlich zu dem Aufbau der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der dritten Ausführungsform. Jedoch wird bei der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der obigen dritten Ausführungsform bei der Kaltstartsteuerung das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso niedriger eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist, während bei der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der vierten Ausführungsform in dem Bereich, in dem die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts niedriger als eine bestimmte konstante Temperatur ist (nachfolgend als ”Referenztemperatur” bezeichnet), das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso höher eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers ist.
  • 16A und 16B sind Ansichten, die die Beziehungen zwischen der Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts und dem mechanischen Verdichtungsverhältnis bzw. zwischen der Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts und dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis zeigen. Wie in 16A gezeigt, wird bei der vorliegenden Ausführungsform auf dieselbe Weise wie bei der dritten Ausführungsform das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts umso niedriger eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist. Das heißt das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts wird niedriger gemacht, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Ferner wird, wie durch die durchgezogene Linie in 16B gezeigt, bei der vorliegenden Ausführungsform in dem Temperaturbereich, in dem die Temperatur des Motorkühlwassers höher als eine Referenztemperatur ist (nachfolgend als ”hochtemperaturseitiger Bereich” bezeichnet), das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts umso niedriger eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist. Das heißt in dem hochtemperaturseitigen Bereich wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts niedriger gemacht, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Andererseits wird in dem Temperaturbereich, in dem die Temperatur des Motorkühlwassers niedriger oder gleich der Referenztemperatur ist (nachfolgend als ”niedertemperaturseitiger Bereich” bezeichnet), das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts umso höher eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist. Das heißt in dem niedertemperaturseitigen Bereich wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts größer gemacht, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  • Im Allgemeinen sinkt die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches, welches durch den Kolben 4 bis nahe dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts verdichtet worden ist (Verdichtungsendtemperatur), wenn das tatsächliche Verdichtungsverhältnis abgesenkt wird. Nach Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine wird die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches nicht wesentlich beeinflusst, selbst wenn das tatsächliche Verdichtungsverhältnis und die Verdichtungsendtemperatur abgesenkt werden. Wenn jedoch vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine, d. h. zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts die Verdichtungsendtemperatur abfällt, fällt die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches und infolge dessen verschlechtert sich der Zustand der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer 5. Diese Tendenz ist spürbar, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers bei einer bestimmten konstanten Temperatur (z. B. einer gewöhnlichen Temperatur von 20°C ± 10°C) oder niedriger ist.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird in dem niedertemperaturseitigen Bereich das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts umso höher eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist. Deshalb wird, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist, die Verdichtungsendtemperatur umso höher und wird die Verschlechterung des Verbrennungszustands des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer 5 umso mehr unterdrückt.
  • Es ist zu beachten, dass die Referenztemperatur, welche den niedertemperaturseitigen Bereich und den hochtemperaturseitigen Bereich voneinander trennt, auf eine bestimmte konstante Temperatur eingestellt wird, bei welcher eine Verschlechterung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer 5 bemerkbar würde, wenn die Temperatur darunter fällt (z. B. gewöhnliche Temperatur: 20°C ± 10°C).
  • Ferner wird bei der vorliegenden Ausführungsform nach Verstreichen einer konstanten Zeitspanne nach dem Motorstart, wie durch die gestrichelte Linie in 16B gezeigt, selbst im niedertemperaturseitigen Bereich das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso niedriger eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers ist. Deshalb wird nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeitspanne nach dem Motorstart in allen Temperaturbereichen das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso niedriger eingestellt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers ist.
  • In diesem Zusammenhang ist zum Zeitpunkt des Motorkaltstarts die Verringerung der Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches befristet. Nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeitspanne nach dem Motorstart ist es möglich, eine ausreichende Zündfähigkeit zu erzielen. Deshalb ist es zum Zeitpunkt des Motorstarts notwendig, zur Verbesserung der Zündfähigkeit die Verdichtungsendtemperatur nur solange anzuheben, bis eine bestimmte Zeitspanne nach dem Motorstart verstrichen ist. Wenn umgekehrt zum Anheben der Verdichtungsendtemperatur das tatsächliche Verdichtungsverhältnis über eine längere Zeitspanne als diese hoch gehalten wird, verzögert sich das Aufwärmen des Drei-Wege-Katalysators 21 und nimmt die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem von der Brennkammer 5 ausgegebenen Abgas zu.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nach dem Verstreichen einer konstanten Zeitspanne nach dem Motorstart die Erhöhung des tatsächlichen Verdichtungsverhältnisses in dem niedertemperaturseitigen Bereich beendet und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis gemäß der Temperatur des Motorkühlwassers, wie in 15B gezeigt, gesteuert. Deshalb ist es möglich, die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts hoch zu halten und ein schnelleres Aufwärmen des Drei-Wege-Katalysators 21 und somit eine Verringerung der Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas zu realisieren.
  • Es ist zu beachten, dass die obige konstante Zeitspanne der Zeitraum vom Motorstart bis zum Erzielen einer ausreichenden Zündfähigkeit ist. Je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist, desto länger wird die Zeitspanne eingestellt. Alternativ kann die obige konstante Zeitspanne ein Zeitraum bis zur ersten Explosion in der Brennkammer 5 nach dem Motorstart oder bis zum Erreichen einer konstanten Motordrehzahl (z. B. 400 Umdrehungen/Minute) oder höher nach dem Motorstart eingestellt werden.
  • Es ist zu beachten, dass bei der obigen Ausführungsform im niedertemperaturseitigen Bereich das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts umso niedriger gesetzt wird, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist. Jedoch ist es auch möglich, z. B. wie durch die durchgezogene Linie in 17A gezeigt, im niedertemperaturseitigen Bereich das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts umso höher zu setzen, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist.
  • Ferner ist in diesem Fall ebenfalls möglich, dass nach Verstreichen einer konstanten Zeitdauer nach dem Motorstart, wie z. B. durch die gestrichelte Linie in 17A gezeigt, selbst im niedertemperaturseitigen Bereich das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso niedriger gesetzt wird, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers ist.
  • 18 zeigt ein Ablaufdiagramm, welches die Steuerroutine in der Betriebssteuerung einer Brennkraftmaschine gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. Die dargestellte Steuerroutine wird mit Unterbrechung zu jedem vorbestimmten Zeitintervall durchgeführt. Die Schritte S30 bis S33 sind ähnlich zu den in der 14 gezeigten Schritte S20 bis S23, so dass deren Erläuterungen weggelassen werden. Wenn in Schritt S32 beurteilt wird, dass die Brennkraftmaschine bereits gestartet ist, geht die Routine zu Schritt S34 über. In Schritt S34 wird beurteilt, ob eine konstante Zeitspanne seit Motorstart verstrichen ist. Unmittelbar nach dem Motorstart wird beurteilt, dass eine konstante Zeitspanne nicht verstrichen ist und die Routine geht zu Schritt S35 über. In Schritt S35 wird die Motorlast erfasst. Als nächstes werden auf der Basis der in Schritt S33 erfassten Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts und der in Schritt S35 erfassten Motorlast das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis unter Verwendung des durch die durchgezogene Linie in 17A und 17B gezeigten Kennfelds berechnet (Kennfeld für unmittelbar nach dem Start). In Schritt S37 wird auf der Basis des in Schritt S36 berechneten mechanischen Sollverdichtungsverhältnisses und dem tatsächlichen Sollverdichtungsverhältnis die Sollschließzeit des Einlassventils 7 berechnet. Als nächstes wird in Schritt S38 der Mechanismus A für ein variables Verdichtungsverhältnis so gesteuert, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis das in Schritt S36 berechnete mechanische Sollverdichtungsverhältnis wird, und der Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung so gesteuert, dass der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 die in Schritt S37 berechnete Sollschließzeit wird.
  • Wenn danach eine konstante Zeitspanne seit dem Motorstart verstrichen ist, wird bei der nächsten Steuerroutine in Schritt S34 beurteilt, dass eine konstante Zeitdauer nach dem Motorstart verstrichen ist und die Routine geht zu Schritt S39 über. In Schritt S39 wird die Motorlast erfasst Als nächstes wird in Schritt S40 unter Verwendung des durch die gestrichelte Linie in 17A und 17B gezeigten Kennfelds (Kennfeld nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit) das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis auf der Basis der Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts, welche in Schritt S33 erfasst worden ist, und der in Schritt S39 erfassten Motorlast berechnet. Als nächstes wird in Schritt S41 auf dieselbe Weise wie in Schritt S37 die Sollschließzeit des Einlassventils berechnet, während in Schritt S42 auf dieselbe Weise wie in Schritt S38 der Mechanismus A für ein variables Verdichtungsverhältnis und der Mechanismus B für eine variable Ventilsteuerung gesteuert werden.
  • Wenn die Brennkraftmaschine aufgewärmt ist, wird bei der nächsten Steuerroutine in Schritt S31 beurteilt, dass die Brennkraftmaschine den Aufwärmvorgang beendet hat, und die Routine geht zu Schritt S43 über, wo eine Steuerung mit superhohem Expansionsverhältnis, wie z. B. in 9 gezeigt, durchgeführt wird.
  • Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Aufbau der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der fünften Ausführungsform ist im Wesentlichen ähnlich zu dem Aufbau der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der dritten Ausführungsform und vierten Ausführungsform. Jedoch wird bei der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der obigen dritten und vierten Ausführungsform das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis ohne Berücksichtigung der Kraftstoffeigenschaften eingestellt, während bei der fremdgezündeten Brennkraftmaschine der fünften Ausführungsform das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis unter Berücksichtigung der Kraftstoffeigenschaften eingestellt werden.
  • 19A und 19B sind Ansichten ähnlich zu der 17A und 17B, welche die Beziehungen zwischen der Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts und dem mechanischen Verdichtungsverhältnis bzw. zwischen der Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts und dem tatsächlichen Verdichtungsverhältnis zeigen. Die breiten Linien in den Figuren zeigen die Beziehungen in dem Fall, wenn die Konzentration von schwerem Kraftstoff in dem Kraftstoff niedrig ist (d. h., wenn die Konzentration von leichtem Kraftstoff in dem Kraftstoff hoch ist), während die dünnen Linien in den Figuren die Beziehung in dem Fall zeigen, wenn die Konzentration des schweren Kraftstoffs in dem Kraftstoff hoch ist. Wie durch die durchgezogenen Linien in 19A und 19B gezeigt, werden bei der vorliegenden Ausführungsform auf dieselbe Weise wie in dem in 17A und 17B gezeigten Fall im hochtemperaturseitigen Bereich das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts umso niedriger gesetzt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist. Andererseits werden im niedertemperaturseitigen Bereich das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorstarts und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso höher gesetzt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist. Ferner werden, wie durch die gestrichelten Linien in 19A und 19B gezeigt, nach dem Verstreichen einer konstanten Zeitdauer nach dem Motorstart selbst im niedertemperaturseitigen Bereich das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso niedriger gesetzt, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers ist.
  • Darüber hinaus werden bei der vorliegenden Ausführungsform insbesondere im niedertemperaturseitigen Bereich, wenn die Konzentration an schwerem Kraftstoff in dem Kraftstoff hoch ist (dünne Linien in der Figur), im Vergleich zu wenn die Konzentration an schwerem Kraftstoff in dem Kraftstoff niedrig ist (breite Linien in der Figur), das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis höher gemacht. Genauer gesagt werden bei der vorliegenden Ausführungsform das mechanische Verdichtungsverhältnis und das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso höher gemacht, je höher die Konzentration an schwerem Kraftstoff in dem Kraftstoff ist.
  • Dabei hat der schwere Kraftstoff eine niedrigere Verdampfungsrate im Vergleich zum leichten Kraftstoff, wenn die Brennkraftmaschine kalt ist. Je höher die Konzentration an schwerem Kraftstoff in dem Kraftstoff ist, desto schwieriger ist die Verdampfung des Kraftstoffs, wenn die Brennkraftmaschine kalt ist, und infolge dessen umso schlechter ist die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer 5.
  • Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform die Brennkraftmaschine kalt ist, wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis umso höher gesetzt, je höher die Konzentration des schweren Kraftstoffs in dem Kraftstoff ist. Wenn wie oben beschrieben das tatsächliche Verdichtungsverhältnis hoch gemacht wird, nimmt die Verdichtungsendtemperatur zu und infolge dessen verdampft der Kraftstoff sehr leicht in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch. Deshalb kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform selbst bei Verwendung eines Kraftstoffs mit einer hohen Konzentration an schwerem Kraftstoff zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts ein Luft-Kraftstoff-Gemisch relativ gut verbrannt werden.
  • Andererseits verdampft im hochtemperaturseitigen Bereich der Kraftstoff relativ einfach, selbst wenn ein Kraftstoff mit einer hohen Konzentration an schwerem Kraftstoff verwendet wird, wie in 19B zu sehen ist. Deshalb wird bei der vorliegenden Ausführungsform im hochtemperaturseitigen Bereich selbst dann, wenn die Konzentration an schwerem Kraftstoff hoch ist (dünne Linien in der Figur), das tatsächliche Verdichtungsverhältnis auf dieselbe Weise eingestellt, wie wenn die Konzentration an schwerem Kraftstoff niedrig ist (breite Linien in der Figur). Deshalb ist es selbst bei Verwendung eines schweren Kraftstoffs in dem hochtemperaturseitigen Bereich, in dem der Kraftstoff einfach verdampft, möglich, einen Abfall der Konzentration von unverbranntem Kohlenwasserstoff in dem Abgas zu realisieren. Deshalb ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Verdampfung des Kraftstoffs zu erleichtern und die Konzentration an unverbranntem Kohlenwasserstoff in dem Abgas abzusenken.
  • Es ist zu beachten, dass Änderungen in der Verdampfungsrate des Kraftstoffs im Ganzen gemäß den Eigenschaften des Kraftstoffs nicht nur auftreten können, wenn der Kraftstoff Ethanol oder Methanol enthält. Wenn zum Beispiel der Kraftstoff Ethanol enthält, ist die Verdampfungsrate des Kraftstoffs insgesamt umso schlechter, je höher die Konzentration des Ethanols in dem Kraftstoff ist. Deshalb wird in diesem Fall bei einem Motorkaltstart das tatsächliche Verdichtungsverhältnis insbesondere im niedertemperaturseitigen Bereich umso höher gemacht, je höher die Konzentration an Ethanol in dem Kraftstoff ist.
  • Zusammengefasst ist deshalb gemäß der vorliegenden Ausführungsform, je niedriger die Verdampfungsrate des von der Einspritzdüse 13 zum Zeitpunkt eines Motorkaltstarts eingespritzte Kraftstoff ist (z. B. je niedriger die Konzentration an schwerem Kraftstoff, Ethanol, Methanol, etc. in dem Kraftstoff ist), umso höher wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt des Motorkaltstarts gemacht, insbesondere in dem niedertemperaturseitigen Bereich.
  • Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung im Detail basierend auf spezifische Ausführungsformen erklärt worden ist. Jedoch kann ein Fachmann verschiedene Änderungen, Modifikationen etc. durchführen, ohne von den Ansprüchen und der Idee der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Offenbart ist eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, welche einen Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis (A) zum Ändern eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses und einen Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung (B) zum Steuern eines Schließzeitpunkts eines Einlassventils (7) aufweist. Die dem Inneren einer Brennkammer zuzuführende Ansaugluftmenge wird hauptsächlich durch Ändern des Schließzeitpunkts eines Einlassventils (7) so gesteuert, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis bei einem niedrigen Motorlastbetrieb höher gesetzt wird als bei einem hohen Motorlastbetrieb. Das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine wird niedriger gesetzt als das zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs nach Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine. Obwohl das Expansionsverhältnis zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs angehoben wird, ist es möglich, bei einem Motorkaltstart einen Abgasreinigungskatalysator unverzüglich aufzuwärmen und eine Verschlechterung einer Abgasemission zu unterdrücken.
    • 1
    Kurbelgehäuse
    2
    Zylinderblock
    3
    Zylinderkopf
    4
    Kolben
    5
    Brennkammer
    7
    Einlassventil
    70
    Nockenwelle zum Antrieb der Einlassventile
    A
    Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis
    B
    Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2004-218522 A [0002]

Claims (15)

  1. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, welche mit einem Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis zum Ändern eines mechanischen Verdichtungsverhältnis und einem Mechanismus für eine variable Ventilsteuerung zum Steuern eines Schließzeitpunkts eines Einlassventils versehen ist, wobei die der Brennkammer zugeführte Ansaugluftmenge hauptsächlich durch Ändern des Schließzeitpunkts des Einlassventils gesteuert wird und das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs höher gemacht wird als zum Zeitpunkt eines hohen Motorlastbetriebs, wobei das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs vor Beendigung eines Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine auf ein Verdichtungsverhältnis gesetzt wird, welches niedriger als das mechanische Verdichtungsverhältnis zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs nach Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine ist.
  2. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 1, wobei zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs das mechanische Verdichtungsverhältnis auf das maximale mechanische Verdichtungsverhältnis gesetzt wird und vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine das mechanische Verdichtungsverhältnis auf ein Verdichtungsverhältnis gesetzt, welches niedriger als das maximale Verdichtungsverhältnis ist, selbst zum Zeitpunkt eines niedrigen. Motorlastbetriebs.
  3. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 1, wobei zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs die Expansionsrate auf 20 gesetzt wird und vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine das mechanische Verdichtungsverhältnis so gesetzt wird, dass das Expansionsverhältnis niedriger als 20 wird, selbst zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs.
  4. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 1, wobei der Schließzeitpunkt des Einlassventils in eine Richtung von dem unteren Totpunkt des Ansaugtakts bis hin zu einem Grenzschließzeitpunkt zum Steuern der der Brennkammer zugeführten Ansaugluftmenge verschoben wird, wenn die Motorlast niedriger wird, und vor der Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine selbst zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs der Schließzeitpunkt des Einlassventils nur bis zu einem Schließzeitpunkt bewegt wird, welcher sich von dem oben genannten Grenzschließzeitpunkt aus auf der Seite des unteren Totpunkts des Ansaugtakts befindet.
  5. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 1, wobei vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine das mechanische Verdichtungsverhältnis niedriger gemacht wird, wenn die Temperatur eines in einer Motorabgasleitung vorgesehen Abgasreinigungskatalysators niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  6. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 5, wobei vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine der Schließzeitpunkt des Einlassventils so eingestellt wird, dass das tatsächliche Verdichtungsverhältnis ungeachtet der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird.
  7. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 5, wobei vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine das mechanische Verdichtungsverhältnis umso höher gemacht wird, je höher die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators ist.
  8. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 5, wobei das mechanische Verdichtungsverhältnis auf der Basis der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators zum Zeitpunkt des Motorstarts so eingestellt wird, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis niedriger wird, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators niedrig ist, als wenn diese hoch ist, und das mechanische Verdichtungsverhältnis solange bei dem auf der Basis der Temperatur des Abgasreinigungskatalysators zum Zeitpunkt des Motorstarts eingestellten mechanischen Verdichtungsverhältnisses gehalten wird, bis die Brennkraftmaschine den Aufwärmvorgang beendet.
  9. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine das tatsächliche Verdichtungsverhältnis niedriger gemacht wird, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  10. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 1, wobei vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine das mechanische Verdichtungsverhältnis niedriger gemacht wird, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  11. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 1, wobei vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine das tatsächliche Verdichtungsverhältnis niedriger gemacht wird, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  12. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 10, wobei vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine in einem Temperaturbereich, in dem die Temperatur des Motorkühlwassers höher als eine Referenztemperatur ist, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis niedriger gemacht wird, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist, und in einem Temperaturbereich, in dem die Temperatur des Motorkühlwassers niedriger ist als die Referenztemperatur, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis höher gemacht wird, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  13. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 12, wobei nach Verstreichen einer konstanten Zeitspanne nach dem Starten der Brennkraftmaschine selbst in dem Temperaturbereich, in dem die Temperatur des Motorkühlwassers niedriger als die Referenztemperatur ist, das tatsächliche Verdichtungsverhältnis niedriger gemacht wird, wenn die Temperatur des Motorkühlwassers niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
  14. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 13, wobei die konstante Zeitspanne umso länger gemacht wird, je niedriger die Temperatur des Motorkühlwassers zum Zeitpunkt des Motorstarts ist.
  15. Brennkraftmaschine mit Fremdzündung gemäß Anspruch 1, wobei vor Beendigung des Aufwärmvorgangs der Brennkraftmaschine das tatsächliche Verdichtungsverhältnis höher gemacht wird, wenn die Verdampfungsrate des Kraftstoffs, welcher der Brennkraftmaschine zugeführt wird, niedrig ist, als wenn diese hoch ist.
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