DE112009004735B4 - Verbrennungsmotor mit Fremdzündung - Google Patents

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Abstract

Ein Verbrennungsmotor mit Fremdzündung gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis (A) ändern kann, einem variablen Ventilsteuerungsmechanismus (B), der einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils steuern kann, und einem AGR-Mechanismus (23, 24, 25) versehen, der einen Teil des Abgases durch die AGR-Leitung als AGR-Gas in einen Verbrennungsraum einführen kann. In dem Verbrennungsmotor mit Fremdzündung wird während des Niedriglastbetriebs des Motors gegenüber dem Hochlastbetrieb des Motors das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht. Je höher die AGR-Rate ist, desto höher wird das Ist-Verdichtungsverhältnis eingestellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung.
  • In der Technik ist ein Verbrennungsmotor mit Fremdzündung bekannt, der mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis verändern kann, und mit einem variablen Ventilsteuerungsmechanismus ausgestattet ist, der einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils steuern kann, wobei die Ansaugluftmenge, die in einen Verbrennungsraum eingeführt wird, hauptsächlich durch Verändern des Schließzeitpunkts des Einlassventils gesteuert wird, und das mechanische Verdichtungsverhältnis während eines Niedriglastbetriebs des Motors im Vergleich zu einem Hochlastbetrieb des Motors ansteigt (z. B. JP 2007-303 423 A ).
  • Insbesondere da das Expansionsverhältnis eine größere Auswirkung auf den theoretischen Wärmewirkungsgrad hat als das Ist-Verdichtungsverhältnis, wird in dem in JP 2007-303 423 A beschriebenen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung während des Niedriglastbetriebs des Motors das Ist-Verdichtungsverhältnis niedrig gehalten, während das mechanische Verdichtungsverhältnis auf einen hohen Wert, z. B. einem Wert von 20 oder mehr, eingestellt wird. Aufgrund dessen ist bei dem in JP 2007-303 423 A beschriebenen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung der theoretische Wärmewirkungsgrad äußerst hoch. Daneben wird eine deutliche Verbesserung der Kraftstoffersparnis erreicht.
  • Der in JP 2007-303 423 A beschriebene Verbrennungsmotor mit Fremdzündung ist nicht mit einem AGR-Mechanismus versehen, der einen Teil des Abgases als AGR-Gas durch eine AGR-Leitung wieder in das Innere eines Verbrennungsraums einführen soll. Somit geht aus der Beschreibung von JP 2007-303 423 A nicht klar hervor, ob der theoretische Wärmewirkungsgrad während des Niedriglastbetriebs des Motors zunimmt, wenn ein AGR-Mechanismus für einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung verwendet wird, der so ausgelegt ist, dass das Ist-Verdichtungsverhältnis niedrig gehalten wird, während das mechanische Verdichtungsverhältnis angehoben wird.
  • EP 1 318 286 A2 beschreibt einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, der einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus zum Verändern eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses und einen variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils steuern kann, aufweist. Ferner führt ein AGR-Mechanismus einen Teil des Abgases durch eine AGR-Leitung als ein AGR-Gas in das Innere eines Verbrennungsraums zurück. Während eines Niedriglastbetriebs des Motors wird ein mechanisches Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu dem während des Hochlastbetriebs des Motors erhöht.
  • WO 2009/007 835 A2 offenbart einen weiteren Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, der einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus zum Verändern eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses und einen variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils steuern kann, aufweist.
  • Angesichts der vorstehend geschilderten Problematik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung zu schaffen, der mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus und einem variablen Ventilsteuerungsmechanismus ausgestattet ist, wobei, während des Niedriglastbetriebs des Motors, das mechanische Verdichtungsverhältnis im Vergleich zum Hochlastbetrieb des Motors erhöht wird, und wobei ein AGR-Mechanismus, ein variabler Verdichtungsverhältnismechanismus und ein variabler Ventilsteuerungsmechanismus entsprechend gesteuert werden, so dass der theoretische Wärmewirkungsgrad erhöht und die Kraftstoffersparnis verbessert wird.
  • Die vorliegende Erfindung schafft einen, wie in den Ansprüchen beschriebenen Verbrennungsmotor, der die vorstehend geschilderte Aufgabe lösen soll.
  • In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verbrennungsmotor mit Fremdzündung geschaffen, der mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis ändern kann, einem variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils steuern kann, und einem AGR-Mechanismus versehen ist, der einen Teil des Abgases durch eine AGR-Leitung als AGR-Gas in das Innere des Verbrennungsraums einführen kann, wobei während des Niedriglastbetriebs des Motors ein mechanisches Verdichtungsverhältnis im Vergleich zum Hochlastbetrieb des Motors zunimmt, wobei das Ist-Verdichtungsverhältnis umso größer wird, je höher die AGR-Rate ist.
  • Im Allgemeinen ist ein Klopfwiderstand umso höher, je höher die AGR-Rate ist. Wenn daher die AGR-Rate hoch ist, tritt ein Klopfen seltener auf, selbst wenn das Ist-Verdichtungsverhältnis hoch eingestellt wird. Gemäß dem ersten Aspekt ist das Ist-Verdichtungsverhältnis und aufgrund dessen auch der theoretische Wärmewirkungsgrad umso höher, je höher die AGR-Rate ist.
  • In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Ist-Verdichtungsverhältnis während des Niedriglastbetriebs des Motors erhöht, indem das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht wird.
  • In einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung nimmt ein Ist-Verdichtungsverhältnis während des Mittellastbetriebs des Motors zu, indem ein Schließzeitpunkt des Einlassventils vorverlegt wird.
  • In einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird während des Mittellastbetriebs des Motors das Ist-Verdichtungsverhältnis durch Erhöhen des mechanischen Verdichtungsverhältnisses und Vorverlegen des Schließzeitpunkts des Einlassventils erhöht.
  • In einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der AGR-Mechanismus während des Niedrig- und Mittelastbetriebs des Motors verwendet, um ein AGR-Gas in einen Verbrennungsraum einzuführen.
  • In einem sechsen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors der Schließzeitpunkt des Einlassventils auf einen auf einer Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt vorverlegt und gleichzeitig die Motorlast erhöht.
  • In einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors, in dem Bereich einer Last, die niedriger als die Motorlast ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die in einen Verbrennungsraum eingeführte Ansaugluftmenge gesteuert, indem der Schließzeitpunkt des Einlassventils geändert wird.
  • In einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors, in dem Bereich einer Last, die niedriger als die Motorlast ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die Motorlast umso höher, je höher die AGR-Rate eingestellt ist.
  • In einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors, in dem Bereich einer Last, die niedriger als die Motorlast ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die Motorlast umso höher, je kleiner der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils eingestellt ist.
  • In einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors, in dem Bereich einer Last, die niedriger als die Motorlast ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die AGR-Rate ungeachtet der Motorlast im Wesentlichen konstant gehalten.
  • In einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors, in dem Bereich einer Last, die niedriger als die Motorlast ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils mit einem im Wesentlichen konstanten Öffnungswinkel beibehalten, der ungeachtet der Motorlast eher geschlossen als vollständig offen ist.
  • In einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in dem Bereich einer Last, die höher als die Motorlast ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, der Schließzeitpunkt des Einlassventils mit dem auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt beibehalten.
  • In einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in dem Bereich einer Last, die höher als die Motorlast ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils mit Zunehmen der Motorlast vergrößert.
  • In einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in dem Bereich einer Last, die höher als die Motorlast ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die Ansaugluftmenge, die in einen Verbrennungsraum eingeführt wird, gesteuert, indem der Schließzeitpunkt des Einlassventils geändert wird.
  • In einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird während eines Niedriglastbetriebs des Motors der Schließzeitpunkt des Einlassventils, bei einem Abnehmen der Motorlast, bis auf einen auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt verzögert, der die Steuerung einer Ansaugluftmenge ermöglicht, die in den Verbrennungsraum eingeführt wird.
  • In einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in dem Bereich einer Last, die niedriger als die Motorlast ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Verzögerungsseite befindlichen Schließzeitpunkt erreicht, die Ansaugluftmenge, die in einen Verbrennungsraum eingeführt wird, gesteuert, indem der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils geändert wird.
  • In einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird während des Niedriglastbetriebs des Motors das mechanische Verdichtungsverhältnis auf das maximale mechanische Verdichtungsverhältnis eingestellt.
  • In einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird während des Niedriglastbetriebs des Motors das Expansionsverhältnis auf einen Wert von 20 oder mehr eingestellt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.
  • 1 ist eine Gesamtansicht eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus.
  • 3A u. 3B sind Querschnittansichten eines schematisch dargestellten Verbrennungsmotors.
  • 4 ist eine Ansicht, die einen variablen Ventilsteuerungsmechanismus zeigt.
  • 5A u. 5B sind Ansichten, die die Ventilhübe eines Einlassventils und eines Auslassventils zeigen.
  • 6A bis 6C sind Ansichten, die ein mechanisches Verdichtungsverhältnis, ein Ist-Verdichtungsverhältnis und ein Expansionsverhältnis erläutern sollen.
  • 7 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem theoretischen Wärmewirkungsgrad und dem Expansionsverhältnis zeigt.
  • 8A u. 8B sind Ansichten, die einen normalen Zyklus und einen Zyklus mit einem extrem hohen Expansionsverhältnis erläutern sollen.
  • 9 ist eine Ansicht, die Veränderungen in dem mechanischen Verdichtungsverhältnis etc. entsprechend der Motorlast zeigt.
  • 10 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer AGR-Rate und einem Ist-Verdichtungsverhältnis zeigt.
  • 11 ist eine Ansicht, die Veränderungen in dem mechanischen Verdichtungsverhältnis etc. entsprechend der Motorlast zeigt.
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine für eine Betriebssteuerung eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung zeigt.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Zu beachten ist, dass in der nachfolgenden Erläuterung identische Bezugszeichen zur Benennung identischer Bauteile herangezogen werden.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotor mit Fremdzündung.
  • Bezugnehmend auf 1 bezeichnet 1 ein Kurbelgehäuse, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Zylinderkopf, 4 einen Kolben, 5 einen Verbrennungsraum, 6 eine Zündkürze, die in der Mitte einer oberen Oberfläche des Verbrennungsraums 5 angeordnet ist, 7 ein Einlassventil, 8 einen Einlasskanal, 9 ein Auslassventil und 10 einen Auslasskanal. Die Einlasskanäle 8 sind über Einlasszweigleitungen 11 mit einem Druckluftbehälter 12 verbunden. Die Einlasszweigleitungen 11 weisen Kraftstoffeinspritzdüsen 13 auf, die in denselben zum Einspritzen eines Kraftstoffs in Richtung der entsprechenden Einlasskanäle 8 angeordnet sind. Zu beachten ist dabei, dass die Kraftstoffeinspritzdüsen 13, anstatt an den Einlasszweigleitungen 11 angebracht zu sein, auch im Inneren der Verbrennungsräume 5 angeordnet sein können.
  • Der Druckluftbehälter 12 ist durch einen Saugkanal 14 mit einer Luftreinigungseinrichtung 15 verbunden. In dem Saugkanal 14 sind ein Drosselklappenventil 17, das durch einen Aktor 16 angetrieben wird, und ein Ansaugluftdetektor 18 unter Zuhilfenahme von beispielsweise einem Hitzedraht angeordnet. Der Auslasskanal 10 ist hingegen über einen Auspuffkrümmer 19 mit einem katalytischen Umwandler 20 verbunden, in den z. B ein Dreiwege-Katalysator eingebaut ist. Im Inneren des Auspuffkrümmers 19 ist ein Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensor 21 angeordnet. In der nachstehenden Erläuterung ist zu beachten, dass der Teil des Saugkanals 14 stromabwärts des Drosselklappenventils 17, der Druckluftbehälter 12, die Einlasszweigleitung 11 und der Einlasskanal 8 zusammen als „Einlassleitung” bezeichnet werden.
  • Der Auspuffkrümmer 19 und die Einlasszweigleitungen 11 (oder der Druckluftbehälter 12 oder der Einlasskanal 8) sind durch eine AGR-Leitung 23 für eine Rezirkulation bzw. Rückführung eines Abgases (das nachstehend als „AGR-Gas” bezeichnet wird) miteinander verbunden. Im Inneren dieser AGR-Leitung 23 ist ein AGR-Steuerventil 24 angeordnet. Zudem ist um die AGR-Leitung 23 herum eine AGR-Kühlvorrichtung 25 zum Kühlen des durch das Innere der AGR-Leitung 23 strömenden AGR-Gases angeordnet. In dem in 1 gezeigten Verbrennungsmotor wird ein Motorkühlwasser in die AGR-Kühlvorrichtung 25 eingeführt. Das Motorkühlwasser wird zum Kühlen des AGR-Gases verwendet. Zu beachten ist, dass in der nachstehenden Erläuterung die AGR-Leitung 23, das AGR-Steuerventil 24 und die AGR-Kühlvorrichtung 25 miteinander als der „AGR-Mechanismus” bezeichnet werden.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist hingegen an einem Verbindungsteil des Kurbelgehäuses 1 und Zylinderblocks 2 ein variabler Verdichtungsverhältnismechanismus A angeordnet, der eine relative Position des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinderblocks 1 in der axialen Richtung des Zylinders ändern kann, so dass das Volumen eines Verbrennungsraums 5 verändert wird, wenn ein Kolben 4 an einem oberen Verdichtungstotpunkt anlangt. Zudem ist ein variabler Ventilsteuerungsmechanismus B vorgesehen, der einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils 7 ändern kann.
  • Eine elektronische Steuerungseinheit 30 besteht aus einem digitalen Computer, der mit Komponenten ausgestattet ist, wie z. B. ein ROM (Nur-Lese-Speicher) 32, ein RAM (Direktzugriffspeicher) 33, eine CPU (Mikroprozessor (34), die mit einander über einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind, einem Eingangs-Port 35 und einem Ausgangs-Port 36. Ein Ausgangssignal des Ansaugluftdetektors 18 und ein Ausgangssignal des Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensors 21 werden durch jeweils entsprechende A/D-Wandler 37 in den Eingangs-Port 35 eingegeben. Zudem ist ein Fahrpedal 40 mit einem Lastsensor 41 verbunden, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zu dem Verstellweg des Fahrpedals 40 ist. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird durch einen entsprechenden A/D-Wandler 37 in den Eingangs-Port 35 eingegeben. Zudem weist der Eingangs-Port 35 einen Kurbelwinkelsensor 42 auf, der jedes Mal einen Ausgangspuls erzeugt, wenn sich die Kurbelwelle um z. B. 10° gedreht hat. Der Ausgangs-Port 36 hingegen ist über entsprechende Ansteuerkreise 38 mit den Zündkerzen 6, den Kraftstoffeinspritzdüsen 13, dem zum Antrieb des Drosselklappenventils verwendeten Aktor 16, dem AGR-Regelventil 24, dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus A und dem variablen Ventilsteuerungsmechanismus B verbunden.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus A, der in 1 gezeigt ist, während 3A und 3B Querschnittansichten des dargestellten Verbrennungsmotors sind. Unter Bezugnahme auf 2 ist auf der Unterseite der beiden seitlichen Wandungen des Zylinderblocks 2 eine Mehrzahl von vorstehenden Teilen 50 ausgebildet, die voneinander um einen bestimmten Abstand getrennt sind. Jedes vorstehende Teil 50 ist mit einem einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Nockeneinfügeloch 51 ausgebildet. Die obere Oberfläche des Kurbelgehäuses 1 hingegen ist mit einer Mehrzahl von vorstehenden Teilen 52 ausgebildet, die um einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind und zwischen die entsprechenden vorstehenden Teile 50 eingepasst werden. Diese vorstehenden Teile 50 sind ebenfalls mit einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Nockeneinfügelöchern 53 ausgebildet.
  • Wie in 2 gezeigt, ist ein Paar von Nockenwellen 54, 55 vorgesehen. Jede der Nockenwellen 54, 55 weist kreisförmige, an ihnen befestigte Nocken 56 auf, die an jeder zweiten Position drehend in die Nockeneinfügelöcher 51 eingefügt werden können. Diese kreisförmigen Nocken 56 sind koaxial zu den Rotationsachsen der Nockenwellen 54, 55. Die Exzenterwellen 57 erstrecken sich hingegen zwischen den kreisförmigen Nocken 56, und die Exzenterwellen 57 sind in Bezug auf die Rotationsachsen der Nockenwellen 54, 55 exzentrisch angeordnet, wie durch die Schraffierung in 3A und 3B gezeigt ist. Jede Exzenterwelle 57 weist andere kreisförmige Nocken 58 auf, die an derselben in einer exzentrischen Position drehbar befestigt sind. Wie in 2 gezeigt, sind diese kreisförmigen Nocken 58 sind zwischen den kreisförmigen Nocken 56 angeordnet. Diese kreisförmigen Nocken 58 werden drehend in die entsprechenden Nockeneinfügelöcher 53 eingefügt.
  • Wenn die kreisförmigen Nocken 56, die an den Nockenwellen 54, 55 befestigt sind, in zueinander entgegengesetzten Richtungen rotieren, wie durch die mit einer durchgezogenen Linie gezeigten Pfeile in 3A anhand des in 3A gezeigten Zustands gezeigt wird, bewegen sich die Exzenterwellen 57 zum unteren Totpunkt, so dass die kreisförmigen Nocken 58 in zueinander entgegengesetzten Richtungen von den kreisförmigen Nocken 56 in den Nockeneinfügelöchern rotieren, wie durch mit einer gestrichelten Linie dargestellten Pfeile in 3A gezeigt wird. Wenn die Exzenterwellen 57 sich zum unteren Totpunkt bewegen, wie in 3B gezeigt ist, bewegen sich die Drehpunkte der kreisförmigen Nocken 58 zu einer Position unterhalb der Exzenterwellen 57.
  • Wie aus einem Vergleich von 3A und 3B hervorgeht, werden die relativen Positionen des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 anhand des Abstands zwischen den Drehpunkten der kreisförmigen Nocken 56 und den Drehpunkten der kreisförmigen Nocken 58 bestimmt. Je größer der Abstand zwischen den Drehpunkten der kreisförmigen Nocken 56 und den Drehpunkten der kreisförmigen Nocken 58 ist, desto weiter ist der Zylinderblock 2 vom Kurbelgehäuse 1 entfernt. Wenn der Zylinderblock 2 vom Kurbelgehäuse 1 weiter wegbewegt wird, nimmt das Volumen des Verbrennungsraums 5 zu, wenn der Kolben 4 an einem oberen Verdichtungstotpunkt positioniert ist, wodurch dadurch, dass die Nockenwellen 54, 55 sich zu drehen beginnen, das Volumen des Verbrennungsraums 5 verändert werden kann, wenn der Kolben 4 am oberen Verdichtungstotpunkt positioniert ist.
  • Um zu bewirken, dass die Nockenwellen 54, 55 in entgegengesetzten Richtungen rotieren, ist die Welle eines Antriebsmotors 59 mit einem Paar von Schneckenrädern 61, 62 mit zueinander entgegengesetzten Gewindegänge versehen, wie in 2 zu sehen ist. Die Zahnräder 63, 64, die mit diesen Schneckenrädern 61, 62 Eingriff nehmen, sind jeweils an Enden der Nockenwellen 54, 55 befestigt. In dieser Ausführungsform kann der Antriebsmotor 59 angetrieben werden, um das Volumen des Verbrennungsraums 5 weitgehend zu ändern, wenn der Kolben 4 am oberen Verdichtungstotpunkt positioniert ist. Zu beachten ist, dass der variable Verdichtungsverhältnismechanismus A, der in 1 bis 3 gezeigt ist, eine beispielhafte Darstellung ist. Daher kann ein beliebiger Typ eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus verwendet werden.
  • 4 zeigt hingegen einen variablen Ventilsteuerungsmechanismus B, der an der Nockenwelle 70 zum Antreiben des Einlassventils 7 in 1 befestigt ist. Wie in 4 gezeigt ist, besteht der variable Ventilsteuerungsmechanismus B aus einem Nockenphasenwechsler B1, der an einem Ende der Nockenwelle 70 angebracht ist und die Phase des Nocken der Nockenwelle 70 ändert, und aus einem Nockenarbeitswinkelwechsler B2, der zwischen der Nockenwelle 70 und dem Ventilstößel 26 des Einlassventils 7 angeordnet ist und den Arbeitswinkel der Nocken der Nockenwelle 70 in unterschiedliche Arbeitswinkel zur Übertragung auf das Einlassventil 7 verändert. Es ist zu beachten, dass 4 eine seitliche Querschnittansicht und eine Draufsicht auf den Nockenarbeitswinkelwechsler B2 ist.
  • Will man zunächst den Nockenphasenwechsler B1 des variablen Ventilsteuerungsmechanismus B erklären, so ist dieser Nockenphasenwechsler B1 mit einer Steuerungsriemenscheibe 71 versehen, die durch eine Motorkurbelwelle über einen Steuerriemen in Pfeilrichtung in Drehung versetzt wird, einem zylindrischen Gehäuse 72, das sich zusammen mit der Steuerungsriemenscheibe 71 dreht, einer Welle 73, die sich zusammen mit einer Nockenwelle 70 und relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 drehen kann, einer Mehrzahl von Zwischenwänden 74, die sich von einem Innenumfang des zylindrischen Gehäuses 72 zu einem Außenumfang der Welle 73 erstrecken, und Lamellen 75, die sich zwischen den Trennwänden 74 vom Außenumfang der Welle 73 zum Innenumfang des zylindrischen Gehäuses 72 erstrecken, wobei die Lamellen 75 zu beiden Seiten mit hydraulischen Kammern 76 für den Zweck der Vorverlegung und hydraulischen Kammern 77 für den Zweck der Verzögerung ausgebildet sind.
  • Die Zufuhr eines Betriebsöls bzw. Arbeitsmediums in die hydraulischen Kammern 76, 77 wird durch ein Arbeitsmedienzuführungs-Steuerventil 78 gesteuert. Dieses Arbeitsmedienzuführungs-Steuerventil 78 ist mit hydraulischen Kanälen 79, 80, die mit den hydraulischen Kammern 76, 77 verbunden sind, einem Zuführkanal 82 für das Arbeitsmedium, das aus einer Hydraulikpumpe 81 abgeführt wird, einem Paar von Ablasskanälen 83, 84 und einem Schieberventil 85 zum Steuern einer Verbindung und Trennung der Kanale 79, 80, 82, 83, 84 versehen.
  • Um die Phase der Nocken der Nockenwelle 70 vorzuverlegen, wird in 4 das Schieberventil 85 nach unten bewegt, das von dem Zuführkanal 82 zugeführte Arbeitsmedium wird durch den Hydraulikkanal 79 den für die Vorverlegung verwendeten Hydraulikkammern 76 zugeführt, und das Arbeitsmedium in den für die Verzögerung verwendeten Hydraulikkammern 77 wird aus dem Abführkanal 84 abgeführt. Dabei wird bewirkt, dass die Welle 73 relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 in Richtung des Pfeils X rotiert.
  • Im Gegensatz dazu wird zur Verzögerung der Phase des Nockens der Nockenwelle 70 in 4 das Schieberventil 85 nach oben bewegt, das aus dem Zuführkanal 82 zugeführte Arbeitsmedium wird durch den Hydraulikkanal 80 den zur Verzögerung verwendeten Hydraulikammern 77 zugeführt, und das Arbeitsmedium in den zur Vorverlegung verwendeten Hydraulikkammern 76 wird aus dem Abführkanal 83 abgeführt. Dabei wird bewirkt, dass die Welle 73 relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 in der zu den Pfeilen X entgegengesetzten Richtung rotiert.
  • Wenn bewirkt wird, dass die Welle 73 relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 rotiert, wird der Betrieb für die relative Drehung der Welle 73 beendet und die Welle 73 dabei an der relativen Drehposition gehalten, wenn das Schieberventil 85 in die in 4 gezeigt neutrale Position zurückgeführt wird. Daher kann der Nockenphasenwechsler B1 verwendet werden, um die Phase des Nocken der Nockenwelle 70 um genau den Betrag vorzuverlegen oder zu verzögern, wie in 5A gezeigt ist. Das heißt, dass der Nockenphasenwechsler B1 den Öffnungszeitpunkt des Einlassventils 7 frei vorverlegen oder verzögern kann.
  • Will man als nächstes den Nockenarbeitswinkelwechsler B2 des variablen Einlassventilsteuerungsmechanismus B erklären, so ist dieser Nockenarbeitswinkelwechsler B2 mit einem Steuerstab 90 versehen, der parallel mit der Nockenwelle 70 angeordnet ist und durch einen Aktor 91 in der axialen Richtung in Bewegung versetzt wird, einem Zwischennocken 94, der mit einem Nocken 92 der Nockenwelle 70 in Eingriff gelangt und gleitend in eine Keilverzahnung 93 eingepasst wird, die auf dem Steuerstab 90 ausgebildet ist und sich in axialer Richtung erstreckt, und einem drehbar gelagerten Nocken bzw. Schwenknocken 96, der mit einem Stößel 26 zum Ansteuern des Einlassventils 7 in Eingriff gelangt und gleitend in eine Keilverzahnung 95 eingepasst wird, die spiralförmig über dem Steuerstab 90 ausgebildet ist. Der Schwenknocken 96 ist zusammen mit einem Nocken 97 ausgebildet.
  • Wenn die Nockenwelle 70 rotiert, bewirkt der Nocken 92, dass der Zwischennocken 94 immer um exakt einen konstanten Winkel geschwenkt wird. Dabei wird ebenso bewirkt, dass der Schwenknocken 96 um exakt einen konstanten Winkel geschwenkt wird. Andererseits sind der Zwischennocken 94 und der Schwenknocken 96 in der axialen Richtung des Steuerstabs 90 nicht beweglich gelagert, so dass daher, wenn der Steuerstab 90 durch den Aktor 91 in der axialen Richtung in Bewegung versetzt wird, bewirkt wird, dass der Schwenknocken 96 relativ zum Zwischennocken 94 rotiert.
  • In dem Fall, wo der Nocken 97 des Schwenknockens 96 beginnt, am Stößel 26 anzuliegen, wenn der Nocken 92 der Nockenwelle 70 beginnt, aufgrund der relativen Rotationspositionsbeziehung zwischen dem Zwischennocken 94 und dem Schwenknocken 96 am Zwischennocken 94 anzuliegen, wie durch a in 5B gezeigt ist, erreichen die Öffnungszeitspanne und der Ventilhub des Einlassventils 7 maximale Werte. Wenn demgegenüber der Aktor 91 verwendet wird, um zu bewirken, dass der Schwenknocken 96 relativ zu dem Zwischennocken 94 in Richtung des Pfeils Y von 4 rotiert, liegt der Nocken 92 der Nockenwelle 70 am Zwischennocken 94 an, und liegt dann der Nocken 97 des Schwenknockens 96 nach einer Weile am Ventilstößel 24 an. In diesem Fall, werden die Öffnungszeitspanne und der Ventilhub des Einlassventils 7 kleiner a, wie durch b in 5B gezeigt ist.
  • Wenn bewirkt wird, dass der Schwenknocken 96 relativ zu dem Zwischennocken 94 in Richtung des Pfeils Y von 4 rotiert, wie durch c in 5B gezeigt ist, werden die Öffnungszeitspanne und der Ventilhub des Einlassventils 7 noch kleiner. Das heißt, dass durch Verwendung des Aktors 91 zum Verändern der relativen Rotationsposition des Zwischennockens 94 und des Schwenknockens 96 die Öffnungszeitspanne (der Arbeitswinkel) des Einlassventils 7 frei verändert werden kann. In diesem Fall jedoch wird der Betrag des Ventilhubs des Einlassventils 7 umso kleiner, je kürzer die Öffnungszeitspanne des Einlassventils 7 ist.
  • Der Nockenphasenwechsler B1 kann verwendet werden, um den Öffnungszeitpunkt des Einlassventils 7 frei zu ändern, und der Nockenarbeitswinkelwechsler B2 kann verwendet werden, um dementsprechend die Öffnungszeitspanne des Einlassventils 7 frei zu ändern, so dass sowohl der Nockenphasenwechsler B1 als auch der Nockenarbeitswinkelwechsler B2, das heißt, der variable Ventilsteuerungsmechanismus B, verwendet werden können, um den Öffnungszeitpunkt und die Öffnungszeitspanne des Einlassventils 7, d. h. den Öffnungszeitpunkt und den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7, frei zu ändern.
  • Zu beachten ist, dass der variable Ventilsteuerungsmechanismus B, der in 1 und 4 gezeigt ist, nur ein Beispiel darstellt. Demnach können auch verschiedene Arten von variablen Ventilsteuerungsmechanismen außer dem in 1 und 4 gezeigten Beispiel verwendet werden. Insbesondere kann in dieser Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, solange ein Schließzeitpunktmechanismus den Schließzeitpunkt eines Einlassventils 7 ändern kann, eine beliebige Art von Mechanismus verwendet werden. Zudem kann außerdem auch für das Auslassventil 9 ein variabler Ventilsteuerungsmechanismus ähnlich dem variablen Ventilsteuerungsmechanismus B des Einlassventils 7 vorgesehen sein.
  • Als nächstes wird die Bedeutung der in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Begriffe unter Bezugnahme auf 6A bis 6C erläutert. Anzumerken ist, dass 6A bis 6C rein zu Erläuterungszwecken einen Motor mit einem Verbrennungsraumvolumen von 50 ml und einem Kolbenhubvolumen von 500 ml zeigen. In diesen 6A bis 6C zeigt das Verbrennungsraumvolumen das Volumen des Verbrennungsraums an, wenn der Kolben sich an einem oberen Verdichtungstotpunkt befindet.
  • 6A erläutert das mechanische Verdichtungsverhältnis. Das mechanische Verdichtungsverhältnis ist ein Wert, der anhand des Hubvolumens des Kolbens während des Verdichtungshubs und des Volumens des Verbrennungsraums bestimmt wird. Dieses mechanische Verdichtungsverhältnis wird ausgedrückt durch (Verbrennungsraumvolumen + Hubvolumen)/Verbrennungsraumvolumen. In dem in 6A gezeigten Beispiel ergibt sich für dieses mechanische Verdichtungsverhältnis ein Wert von (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
  • 6B erläutert das Ist-Verdichtungsverhältnis. Dieses Ist-Verdichtungsverhältnis ist ein Wert, der anhand des Ist-Hubvolumens des Kolbens ab dem Zeitpunkt, wenn der Verdichtungsvorgang tatsächlich beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, und des Verbrennungsraumvolumens bestimmt wird. Dieses Ist-Verdichtungsverhältnis wird ausgedrückt durch (Verbrennungsraumvolumen + Ist-Hubvolumen)/Verbrennungsraumvolumen. Das heißt, dass, wie in 6B gezeigt ist, kein Verdichtungsvorgang ausgeführt wird, während das Einlassventil offen ist, auch wenn der Kolben während des Verdichtungshubs beginnt, sich nach oben zu bewegen. Der Ist-Verdichtungsvorgang wird erst gestartet, nachdem das Einlassventil geschlossen worden ist. Daher wird das Ist-Verdichtungsverhältnis unter Hinzuziehung des Ist-Hubvolumens wie folgt ausgedrückt. In dem in 6B gezeigten Beispiel entspricht das Ist-Verbrennungsverhältnis (50 ml + 450 ml)/50 ml = 10.
  • In 6C wird das Expansionsverhältnis erläutert. Dieses Expansionsverhältnis ist ein Wert, der anhand des Hubvolumens des Kolbens während eines Arbeitshubs bestimmt wird, und ein Wert, der anhand des Verbrennungsraumvolumens bestimmt wird. Dieses Expansionsverhältnis wird ausgedrückt durch (Verbrennungsraumvolumen + Hubvolumen)/Verbrennungsraumvolumen. In dem in 6C gezeigten Beispiel entspricht dieses Expansionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
  • Als nächstes werden die grundlegendsten Merkmale der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7, 8A und 8B erläutert. Anzumerken ist, dass 7 die Beziehung zwischen dem theoretischen Wärmewirkungsgrad und dem Expansionsverhältnis zeigt, während 8A und 8B einen Vergleich zwischen dem normalen Zyklus und einem Zyklus mit einem extrem hohen Expansionsverhältnis zeigen, die entsprechend der in der vorliegenden Erfindung anliegenden Last selektiv angewendet werden.
  • 8A zeigt den normalen Zyklus, in dem das Einlassventil nahe dem unteren Totpunkt geschlossen wird und der Verdichtungsvorgang durch den Kolben aus im Wesentlichen der Nähe des unteren Verdichtungstotpunkts gestartet wird. Wie in den in 6A bis 6C gezeigten Beispielen beträgt auch in dem in 8A gezeigten Beispiel das Verbrennungsraumvolumen 50 ml und das Hubvolumen des Kolbens 500 ml. Wie aus 8 hervorgeht, beträgt das mechanische Verdichtungsverhältnis in einem normalen Zyklus (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11, das Ist-Verdichtungsverhältnis beträgt ebenfalls 11 und das Expansionsverhältnis erreicht ebenfalls (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11. Das heißt, dass in einem normalen Verbrennungsmotor das mechanische Verdichtungsverhältnis und das Ist-Verdichtungsverhältnis und das Expansionsverhältnis einander im Wesentlichen entsprechen.
  • Die durchgezogene Linie in 7 zeigt die Veränderung des theoretischen Wärmewirkungsgrads in dem Fall, wo das Ist-Verdichtungsverhältnis und das Expansionsverhältnis einander im Wesentlichen entsprechen, d. h. in dem normalen Zyklus. Hier wird also festgestellt, dass je größer das Expansionsverhältnis, d. h. je höher das Ist-Verdichtungsverhältnis ist, umso höher der theoretische Wärmewirkungsgrad ist. In einem normalen Zyklus sollte daher zur Erhöhung des theoretischen Wärmewirkungsgrads das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht werden. Aufgrund der in Bezug auf das Klopfen während eines Hochlastbetriebs des Motors bestehenden Restriktionen, kann das Ist-Verdichtungsverhältnis selbst bei Erreichen des Maximums nur auf etwa 12 ansteigen, und dementsprechend kann in einem normalen Zyklus der theoretische Wärmewirkungsgrad nicht zufriedenstellend erhöht werden.
  • Unter diesen Umständen haben die Erfinder hingegen zwischen dem mechanischen Verdichtungsverhältnis und dem Ist-Verdichtungsverhältnis strikt unterschieden und den theoretischen Wärmewirkungsgrad untersucht und infolgedessen die Entdeckung gemacht, dass bei dem theoretischen Wärmewirkungsgrad das Expansionsverhältnis dominant ist, und dass der theoretische Wärmewirkungsgrad durch das Ist-Verdichtungsverhältnis gar nicht stark beeinträchtigt wird. Das heißt, wenn das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht wird, zwar die Zündkraft zunimmt, jedoch der Verdichtungsvorgang eine große Energiemenge voraussetzt, so dass dementsprechend, selbst wenn das Ist-Verdichtungsverhältnis ansteigt, der theoretische Wärmewirkungsgrad überhaupt nicht stark ansteigt.
  • Wenn demgegenüber das Expansionsverhältnis erhöht wird, ist die die Zeit, während der der Kolben eine Rotationskraft auf die Kurbelwelle überträgt umso länger, je länger die Zeitspanne ist, während der eine Kraft auf den Kolben während des Arbeitshubs einwirkt. Daher wird der theoretische Wärmewirkungsgrad umso höher, je größer das Expansionsverhältnis wird. Die gestrichelte Linie von ε = 10 in 7 zeigt den theoretischen Wärmewirkungsgrad in dem Fall, in dem das Ist-Verdichtungsverhältnis bei 10 festgelegt wird und das Expansionsverhältnis in diesem Zustand erhöht wird. Dementsprechend ist festzustellen, dass sich der Anstiegsbetrag des theoretischen Wärmewirkungsgrads, wenn das Expansionsverhältnis in dem Zustand erhöht wird, wo das Ist-Verdichtungsverhältnis auf einem niedrigen Wert gehalten wird, und der Anstiegsbetrag des theoretischen Wärmewirkungsgrads in dem Fall, wo das Ist-Verdichtungsverhältnis zusammen mit dem Expansionsverhältnis erhöht wird, wie durch die durchgezogene Linie in 7 gezeigt ist, sich nicht stark voneinander unterscheiden.
  • Wenn das Ist-Verdichtungsverhältnis auf diese Weise mit einem niedrigen Wert beibehalten wird, wird es zu keinem Klopfen des Motors kommen, so dass daher, wenn das Expansionsverhältnis in dem Zustand erhöht wird, wo das Ist-Verdichtungsverhältnis mit einem niedrigen Wert beibehalten wird, das Auftreten eines Klopfens verhindert werden kann und der theoretische Wärmewirkungsgrad deutlich erhöht werden kann. 8B zeigt ein Beispiel des Falls, in dem der variable Verdichtungsverhältnismechanismus A und der variable Ventilsteuerungsmechanismus B verwendet werden, um das Ist-Verdichtungsverhältnis mit einem niedrigen Wert beizubehalten und das Expansionsverhältnis zu erhöhen.
  • Unter Bezugnahme auf 8B wird in diesem Beispiel der variable Verdichtungsverhältnismechanismus A verwendet, um das Verbrennungsraumvolumen von 50 ml auf 20 ml zu verringern. Der variable Einlassventilsteuerungsmechanismus B hingegen wird verwendet, um den Schließzeitpunkt des Einlassventils zu verzögern, bis das Ist-Hubvolumen des Kolbens sich von 500 ml auf 200 ml ändert. Dabei erreicht in diesem Beispiel das Ist-Verdichtungsverhältnis (20 ml + 200 ml)/20 ml = 11 und das Expansionsverhältnis erreicht (20 ml + 500 ml)/20 ml = 26. In dem in 8A gezeigten normalen Zyklus beträgt das Ist-Verdichtungsverhältnis den Wert 11, wie oben erläutert, und das Expansionsverhältnis beträgt ebenfalls 11. Verglichen mit diesem Fall wird in dem in 8B gezeigten Fall festgestellt, dass lediglich das Expansionsverhältnis auf 26 angestiegen ist. Nachstehend wird in diesem Zusammenhang von dem „Zyklus mit einem extrem hohen Expansionsverhältnis” gesprochen.
  • Wie bereits oben erläutert, ist in einem Verbrennungsmotor allgemein gesprochen der Wärmewirkungsgrad umso schlechter, je niedriger die Motorlast ist, so dass es daher zur Verbesserung des Wärmewirkungsgrads während des Fahrzeugbetriebs, d. h. zur Verbesserung der Kraftstoffersparnis, notwendig wird, den Wärmewirkungsgrad während des Niedriglastbetriebs des Motors zu verbessern. In dem Zyklus mit dem extrem hohen Expansionsverhältnis in 8B hingegen wird das Ist-Hubvolumen des Kolbens während des Verdichtungshubs verkleinert, so dass die Ansaugluftmenge, die in den Verbrennungsraum 5 eingesogen werden kann, kleiner wird, so dass daher dieser Zyklus mit einem äußerst hohen Expansionsverhältnis nur verwendet werden kann, wenn die Motorlast relativ gering ist. Daher wird in der vorliegenden Erfindung während des Niedriglastbetriebs des Motors der Zyklus mit dem extrem hohen Expansionsverhältnis, wie in 8B gezeigt ist, eingestellt, während der in 8A gezeigte normale Zyklus während des Hochlastbetriebs des Motors eingestellt wird. Dabei handelt es sich um das grundlegende Merkmal der vorliegenden Erfindung.
  • Anschließend erfolgt wird unter Bezugnahme auf 9 eine Erläuterung der Betriebssteuerung als Ganzes.
  • 9 zeigt die Veränderungen der unterschiedlichen Parameter, wie z. B. des mechanischen Verdichtungsverhältnisses, des Ist-Verdichtungsverhältnisses, des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7, des Drucks im Inneren der Ansaugleitung, des Öffnungswinkels des Drosselklappenventils 17 und der AGR-Rate, gemäß der Motorlast bei einer bestimmten Motordrehzahl. Insbesondere zeigen die durchgezogenen Linien in 9 die Veränderungen der Parameter, wenn der AGR-Mechanismus verwendet wird, um das AGR-Gas in den Verbrennungsraum 5 einzuführen (d. h. wenn die AGR-Rate hoch ist), während die gestrichelten Linien in 9 die Veränderungen der Parameter zeigen, wenn der AGR-Mechanismus nicht verwendet wird, um AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 einzuführen (d. h., wenn die AGR-Rate extrem niedrig ist).
  • In dem veranschaulichten Beispiel ist zu beachten, dass, um den Dreiwegekatalysator in dem katalytischen Umwandler 20 zu befähigen, die unverbrannten Kohlenwasserstoffe (unverbrannten HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) im Abgas gleichzeitig zu verbrennen, normalerweise das durchschnittliche Kraftstoff-Luftverhältnis in einem Verbrennungsraum 5 auf Basis des Ausgangssignals des Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensors 27 einer Feedback-Regelung auf das stoichiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis unterzogen wird.
  • Zunächst erfolgt die Erläuterung der Betriebssteuerung in dem Fall, der durch die gestrichelten Linien in 9 gezeigt wird, in dem das AGR-Gas nicht in den Verbrennungsraum eingeführt wird (d. h., wenn die AGR-Rate äußerst niedrig ist).
  • In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wie vorstehend erläutert, der in 8A gezeigte normale Zyklus während des Hochlastbetriebs des Motors ausgeführt. Wie durch die gestrichelten Linien in 9 gezeigt, wird daher dieses Mal das mechanische Verdichtungsverhältnis reduziert, so dass das Expansionsverhältnis niedrig ist, und der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 vorverlegt. Zudem liegt dabei eine große Ansaugluftmenge vor. Dabei wird der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils 20 vollständig oder im Wesentlichen vollständig offen gehalten.
  • Wenn hingegen, wie durch die gestrichelten Linien in 9 gezeigt ist, die Motorlast einen niedrigen Wert erreicht, so wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 damit einhergehend verzögert, so dass die Ansaugluftmenge reduziert wird. Um dabei außerdem zu ermöglichen, dass das Ist-Verdichtungsverhältnis im Wesentlich konstant gehalten werden kann, wie durch die gestrichelten Linien in 9 gezeigt ist, wird das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht, wenn die Motorlast niedriger wird, und somit wird das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht, wenn die Motorlast niedriger wird. Zu beachten ist, das auch dieses Mal das Drosselklappenventil 27 vollkommen oder im Wesentlichen vollkommen geöffnet bleibt. Die in den Verbrennungsraum 5 eingeführte Ansaugluftmenge wird daher gesteuert, ohne das Drosselklappenventil 17 zu verwenden, indem der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 geändert wird.
  • Wenn auf diese Weise die Motorlast in Bezug auf den Hochlastbetriebszustand des Motors unter einem im Wesentlichen konstanten Ist-Verdichtungsverhältnis niedriger wird, kommt es zu einem Anstieg des mechanischen Verdichtungsverhältnisses bei abnehmender Ansaugluftmenge. Das heißt, dass, wenn der Kolben 4 den oberen Verdichtungstotpunkt erreicht hat, das Volumen eines Verbrennungsraums 5 proportional zur Verringerung der Ansaugluftmenge reduziert wird. Wenn daher der Kolben den oberen Verdichtungstotpunkt erreicht, ändert sich das Volumen eines Verbrennungsraums 5 proportional zur Ansaugluftmenge. Dabei ist zu beachten, dass sich, da dabei das Kraftstoff-Luftverhältnis in einem Verbrennungsraum 5 dem stoichiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis entspricht, das Volumen des Verbrennungsraums 5 proportional zu der Kraftstoffmenge verändert, wenn ein Kolben den oberen Verdichtungstotpunkt erreicht.
  • Wenn die Motorlast weiter abnimmt, wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 weiter verzögert. Wenn die Motorlast auf L1 abfällt, entspricht der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 dann dem auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt. Dieser auf der Verzögerungsseite befindliche Grenz-Schließzeitpunkt ist dann der Schließzeitpunkt, nach welchem, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 noch mehr verzögert wird, die in den Verbrennungsraum 5 eingeführte Ansaugluftmenge nicht mehr dadurch gesteuert werden kann, dass der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 verändert wird. Wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, wird, in dem Bereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L1, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 bei dem auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt beibehalten.
  • In dem durch die gestrichelten Linien in 9 gezeigten Beispiel wird ein Anstieg des mechanischen Verdichtungsverhältnis bewirkt, wenn die Motorlast in Bezug auf einen Hochlastbetriebszustand des Motors niedriger wird. Wenn die Motorlast auf die Motorlast L1 abfällt, wo der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, erreicht das mechanische Verdichtungsverhältnis ein bestimmtes spezifisches mechanisches Verdichtungsverhältnis (das nachstehend als ein „spezifisches mechanisches Verdichtungsverhältnis” bezeichnet wird). In dem Bereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L1 ist, wird, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, das mechanische Verdichtungsverhältnis mit einem spezifischen mechanischen Verdichtungsverhältnis beibehalten. Dieses spezifische mechanische Verdichtungsverhältnis ist so eingestellt, dass das Ist-Verdichtungsverhältnis in einem Bereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L1 ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, im Wesentlichen dem Ist-Verdichtungsverhältnis in dem Bereich der Last entspricht, die höher als die Motorlast L1 ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht. Das Ist-Verdichtungsverhältnis in dem Bereich der Last, die niedriger als die Motorlast L1 ist, entsteht z. B. innerhalb eines Lastbereichs von etwa ±10 Prozent des Ist-Verdichtungsverhältnisses in dem Bereich der Last, die höher als die Motorlast L1 ist, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von ±5 Prozent.
  • Wenn hingegen der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 mit dem auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt beibehalten wird, kann die Veränderung des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7 nicht mehr verwendet werden, um die Ansaugluftmenge zu steuern. In dem durch die gestrichelten Linien gezeigten Beispiel in 9 wird in diesem Zusammenhang, d. h. in dem Bereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L1 ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, das Drosselklappenventil 17 verwendet, um die Ansaugluftmenge zu steuern, die in den Verbrennungsraum 5 eingeführt wird. Wenn jedoch das Drosselklappenventil 17 verwendet wird, um die Ansaugluftmenge zu steuern, nimmt der Pumpverlust zu, wie durch die gestrichelten Linien in 9 gezeigt ist.
  • Zu beachten ist, dass bei Verwendung des Drosselklappenventils 17 zum Steuern der Ansaugluftmenge, der Pumpverlust zunimmt, so dass, zum Verhindern eines solchen Pumpverlustes, in dem Bereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L1 ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die das Drosselklappenventil 17 völlig offen oder im Wesentlichen offen gehalten werden kann und in diesem Zustand das Kraftstoff-Luftverhältnis ansteigt, je niedriger die Motorlast ist. Dabei ist es zu bevorzugen, wenn Kraftstoffeinspritzdüse 13 in einem Verbrennungsraum 5 angeordnet ist und eine Schichtladung durchgeführt wird.
  • Wie durch die gestrichelten Linien in 9 gezeigt, wird das Ist-Verdichtungsverhältnis ungeachtet der Motorlast im Wesentlichen konstant beibehalten. Insbesondere befindet sich das Ist-Verdichtungsverhältnis während des Niedriglastbetriebs des Motors in einem Bereich von etwa ±10 Prozent des Ist-Verdichtungsverhältnisses während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors, vorzugsweise einen Bereich von ±5 Prozent. Wenn jedoch die Motordrehzahl höher wird, wird das Kraftstoff-Luftgemisch in einem Verbrennungsraum 5 gestört, so dass ein Klopfen nicht so leicht auftreten kann, so dass in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Ist-Verdichtungsverhältnis umso höher wird, je höher die Motordrehzahl ist.
  • Wie vorstehend erwähnt, erreicht das Expansionsverhältnis in dem in 8B gezeigten Zyklus mit dem äußerst hohen Expansionsverhältnis den Wert 26. Je höher dieses Expansionsverhältnis ist, umso besser. Das Expansionsverhältnis, das den maximalen theoretischen Wärmewirkungsgrad in dem Bereich des Ist-Verdichtungsverhältnis ergibt, das in der Praxis angewendet werden kann (ε = etwa 5 bis etwa 13) beträgt jedoch etwa 20 oder mehr, so dass in der vorliegenden Erfindung der variable Verdichtungsverhältnismechanismus A so ausgebildet ist, dass das Expansionsverhältnis einen Wert von 20 oder mehr erreicht.
  • In dem durch die gestrichelten Linien in 9 gezeigten Beispiel wird zudem bewirkt, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis sich entsprechend der Motorlast kontinuierlich verändert. Das mechanische Verdichtungsverhältnis kann jedoch der Motorlast entsprechend auch schrittweise geändert werden.
  • Wenn ferner der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 auf einen in Bezug auf den unteren Einlasstotpunkt auf der Vorverlegungsseite befindlichen Zeitpunkt eingestellt wird, besteht dabei die Möglichkeit, den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 vorzuverlegen, wenn die Motorlast abnimmt, um so die Ansaugluftmenge zu steuern.
  • Will man daher insgesamt eine Aussage in Bezug auf den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 machen, so kann bewirkt werden, dass der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 sich in einer von dem unteren Verdichtungstotpunkt entfernten Richtung bis zum dem Grenz-Schließzeitpunkt bewegt, bei dem die in einen Verbrennungsraum 5 eingeführte Ansaugluftmenge gesteuert werden kann, wenn die Motorlast abnimmt.
  • Als nächstes erfolgt eine Erläuterung der Betriebssteuerung bei der Zuführung von AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5, welche durch die durchgezogenen Linien in 9 gezeigt ist (d. h., wenn die AGR-Rate hoch ist).
  • Wie durch die durchgezogenen Linie in 9 gezeigt ist, wird der normale Zyklus in 8A ausgeführt, selbst wenn während eines Hochlastbetriebs des Motors AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird. Wie durch die durchgezogenen Linien in 9 gezeigt ist, wird daher das mechanische Verdichtungsverhältnis reduziert, wenn die Motorlast am höchsten ist, so dass die Expansionsrate niedrig ist. Zudem wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 bis zum auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt vorverlegt, über den hinaus der Schließzeitpunkt aufgrund der Funktionsweise des variablen Ventilsteuerungsmechanismus B (z. B. der unterer Einlasstotpunkt) nicht mehr vorverlegt werden kann. Wenn zudem die Motorlast am höchsten ist, ist auch die Ansaugluftmenge groß, und der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils 17 entspricht dabei einer vollständigen bzw. im Wesentlichen vollständigen Öffnung.
  • Wenn hingegen, wie durch die durchgezogenen Linien in 9 gezeigt ist, die Motorlast ab dem Zeitpunkt, wenn die Motorlast am höchsten ist, abnimmt, wird der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils 17 verringert, so dass damit einhergehend die Ansaugluftmenge reduziert wird. Wenn zudem die Motorlast ab dem Zeitpunkt abnimmt, wenn die Motorlast am höchsten ist, und gleichzeitig der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils 17 verringert wird, wird der Öffnungswinkel des AGR-Ventils 27 vergrößert und der Anteil des AGR-Gases im Kraftstoff-Luftgemisch, das in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird (der nachstehend als die „AGR-Rate” bezeichnet wird), solange erhöht, bis eine bestimmte spezielle AGR-Rate (die nachstehend als die „Soll-AGR-Rate” bezeichnet wird) XEGR erreicht ist. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, heißt das, dass, wenn das AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 (d. h. in eine Saugleitung) eingeführt werden soll, in der Saugleitung ein Unterdruck erzeugt werden muss, so dass festgestellt werden kann, dass der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils 17 zum Erzeugen dieses Unterdrucks verkleinert wird.
  • Zusammen mit der Verkleinerung des Öffnungswinkels des Drosselklappenventils 17 wird die AGR-Rate daher erhöht, so dass der Druck im Inneren der Saugleitung unverändert mit maximalen Druck (d. h. im Wesentlichen dem Atmosphärendruck) beibehalten wird. Die mit dem Pumpverlust einhergehende Verringerung des Öffnungswinkels des Drosselklappenventils 17 entspricht daher im Wesentlichen null.
  • Im Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die höher als die Motorlast L2 ist, wird ferner, wenn die AGR-Rate die Soll-AGR-Rate erreicht, der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 im Wesentlichen mit dem auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt beibehalten. In diesem Bereich wird daher die in einen Verbrennungsraum 5 eingeführte Ansaugluftmenge gesteuert, indem lediglich der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils 17 verändert wird.
  • Außerdem wird in dem Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die höher als die Motorlast L2 ist, wenn die AGR-Rate die Soll-AGR-Rate erreicht, das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht, wenn die Motorlast abnimmt, d. h. wenn die AGR-Rate zunimmt. Dies ist darin begründet, dass der Klopfwiderstand (die Beständigkeit gegenüber dem Klopfen) aufgrund der ansteigenden AGR-Rate zunimmt, so dass, selbst wenn das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht wird, kein Klopfen auftritt. In dem Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die höher ist als die Motorlast L2, wird, wenn die AGR-Rate die Soll-AGR-Rate erreicht, in diesem Fall der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 im Wesentlichen mit dem auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt beibehalten, so dass das Ist-Verdichtungsverhältnis durch Erhöhen des mechanischen Verdichtungsverhältnisses zunimmt. Somit wird das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht, wenn die Motorlast abnimmt, wie durch die durchgezogenen Linie in 9 gezeigt ist.
  • In dem Mittel- und Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L2 ist, wird hingegen, wenn die AGR-Rate die Soll-AGR-Rate erreicht, die AGR-Rate bei der Soll-AGR-Rate beibehalten. Ferner wird, nachdem die AGR-Rate konstant gehalten worden ist, das Ist-Verdichtungsverhältnis ebenfalls konstant gehalten, um zu verhindern, dass ein Klopfen auftritt.
  • In dem Mittel- und Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L2 ist, wird zudem, wenn die AGR-Rate die Soll-AGR-Rate erreicht, die AGR-Rate bei der Soll-AGR-Rate beibehalten. Selbst wenn der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils 17 demgegenüber verringert wird, kann aus diesem Grund die Zufuhr des AGR-Gases nicht erhöht werden, um den Druck im Inneren der Saugleitung bei Atmosphärendruck beizubehalten. Folglich kommt es zu einem Pumpverlust. Daher wird in dem Mittel- und im Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L2 ist, wenn die AGR-Rate die Soll-AGR-Rate erreicht, der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils 17 mit einem gewissen konstanten Öffnungswinkel beibehalten werden, der eher geschlossen als vollständig geöffnet ist. Aufgrund dessen wird auch in diesem Bereich der Druck im Inneren der Saugleitung mit einem im Wesentlichen atmosphärischen Druck beibehalten, wobei der Pumpverlust im Wesentlichen null entspricht.
  • In dem Mittel- und Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L2 ist, wird hingegen, wenn die AGR-Rate der Soll-AGR-Rate entspricht, bei abnehmender Motorlast der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 verzögert, um damit einhergehend die Ansaugluftmenge zu reduzieren. Wie vorstehend erläutert, werden in dem Mittel- und Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L2, wenn die AGR-Rate die Soll-AGR-Rate erreicht, der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils 17 und die AGR-Rate im Wesentlichen konstant beibehalten, so dass die in einen Verbrennungsraum 5 eingeführte Ansaugluftmenge ohne Verwendung des Drosselklappenventils 17 und des AGR-Steuerventils 24 dadurch gesteuert wird, dass der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 geändert wird.
  • In dem Mittel- und Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L2 ist, wird ferner bewirkt, dass, wenn die AGR-Rate die Soll-AGR-Rate erreicht, das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht wird, wenn die Motorlast abnimmt, d. h. wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 verzögert wird, so dass das Ist-Verdichtungsverhältnis im Wesentlichen konstant wird.
  • Zu beachten ist, dass der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 vorverlegt wird, wenn die Motorlast im Mittel- und Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L2 ist, zunimmt, und den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt bei der Motorlast L2 erreicht. Die Motorlast L2 kann daher bezeichnet werden als „die Motorlast, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht”.
  • Nimmt die Motorlast weiter ab, wird der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 weiter verzögert. Wenn die Motorlast auf L3 abfällt, entspricht der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 dem auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt. Hier ist die Motorlast L3, wo der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, wenn das AGR-Gas in den Verbrennungsraum 5 eingeführt wird (durchgezogenen Linien in der Figur), niedriger als die Motorlast L2, wo der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, wenn kein AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird (gestrichelte Linien in der Figur). Dies wird folgendermaßen begründet.
  • Der Grenzwert der Gesamtmenge des Einlassgases (Gas, das sowohl Luft als auch AGR-Gas beinhaltet), das durch den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 gesteuert werden kann, ist in Bezug auf die Einführung des AGR-Gases konstant. Wenn kein AGR-Gas eingeführt wird, besteht das Einlassgas vollständig aus Luft (Frischluft), so dass die Luft, die durch den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 gesteuert werden kann, mit dem Grenzwert der Gesamtmenge des Einlassgases übereinstimmt. Wenn hingegen AGR-Gas eingeführt wird, besteht ein Teil des Einlassgase aus AGR-Gas, so dass die Menge der Luft, die durch den Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 gesteuert werden kann (Frischluft), kleiner als der Grenzwert der Gesamtmenge des Einlassgases wird. Aus diesem Grund wird im Vergleich zu dem Fall, in dem kein AGR-Gas in den Verbrennungsraum 5 eingeführt wird, die Motorlast, wo der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, in dem Fall niedriger, wenn AGR-Gas in das Innere des Verbrennungsraums 5 eingeführt wird.
  • Wie aus der durchgezogenen Linie von 9 hervorgeht, wird im Niedrig- und Mittellast-Betriebsbereich mit einer Last, die höher als die Motorlast L3 ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, der Druck im Inneren der Saugleitung bei einem im Wesentlichen atmosphärischem Druck gehalten, so dass in diesem Bereich der Pumpverlust im Wesentlichen null ist. Daher wird der Bereich, in dem kein Pumpverlust auftritt, im Vergleich dazu, wenn kein AGR-Gas in den Verbrennungsraum 5 eingeführt wird, weiter, wenn dieses tatsächlich eingeführt wird, und somit kann der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
  • Wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, wird in dem Niederlast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L3, zu diesem Zeitpunkt der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 bei dem auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt gehalten.
  • Zudem wird in dem durch die durchgezogene Linie in 9 gezeigten Beispiel bewirkt, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis ansteigt, wenn die Motorlast in Bezug auf den Motorhochlast-Betriebszustand abnimmt. Wenn die Motorlast auf L3 abfällt, erreicht das mechanische Verdichtungsverhältnis das maximale mechanische Verdichtungsverhältnis. In dem Niedriglast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L3, wird das mechanische Verdichtungsverhältnis, wenn es das maximale mechanische Verdichtungsverhältnis erreicht, auf dem maximalen mechanischen Verdichtungsverhältnis beibehalten. Dieses maximale mechanische Verdichtungsverhältnis ist so eingestellt, dass das Ist-Verdichtungsverhältnis in dem Niedriglast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L3 ist, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, im Wesentlichen mit dem Ist-Verdichtungsverhältnis in dem Niedrig- und Mittellast-Betriebsbereich einer Last identisch wird, die höher ist als die Motorlast L3. Zum Beispiel entsteht das Ist-Verdichtungsverhältnis in dem Niedriglast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L3, innerhalb eines Bereichs von etwa ±10 Prozent des Ist-Verdichtungsverhältnisses in einem Niedrig- und Mittellastbetriebsbereich einer Last, die höher ist als die Motorlast L3, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von ±5 Prozent.
  • Wenn hingegen der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 bei dem auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt gehalten wird, kann der veränderte Schließzeitpunkts des Einlassventils 7 nicht mehr verwendet werden, um die Ansaugluftmenge zu steuern. In dem durch die durchgezogene Linie gezeigten Beispiel in 9, wird dabei, d. h. in dem Niedriglast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L3, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, das Drosselventil 17 verwendet, um die in den Verbrennungsraum 5 eingeführte Ansaugluftmenge zu steuern. Wenn jedoch die Ansaugluftmenge durch das Drosselklappenventil 17 gesteuert wird, nimmt der Pumpverlust zu, wie durch die durchgezogene Linie in 9 gezeigt ist.
  • In dieser Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird selbst in dem Niedriglast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L3, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die AGR-Rate im Wesentlichen konstant gehalten, und die gehaltene AGR-Rate wird im Wesentlichen an die AGR-Rate in dem Niedrig- und Mittellast-Betriebsbereich einer Last angeglichen, die höher ist als die Motorlast L3. Zum Beispiel entsteht die AGR-Rate in dem Niedriglast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger als die Motorlast L3 ist, innerhalb eines Bereichs von etwa ±10 Prozent der AGR-Rate in dem Niedrig- und Mittellast-Betriebsbereich einer Last, die höher ist als die Motorlast L3, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von ±5 Prozent.
  • Wie vorstehend erläutert, wird in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf nahezu dem gesamten Bereich der Motorlast, im Vergleich dazu, wenn kein AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird (gestrichelte Linie in 9), das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht und daher der theoretische Wärmewirkungsgrad erhöht, wenn AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird (durchgezogene Linie in 9).
  • Das heißt, dass, wenn das AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird, das Kraftstoff-Luftgemisch in dem Verbrennungsraum 5 sich schwerer entzünden kann, so dass ein Klopfen unterdrückt wird (der Klopfwiderstand höher wird). Aus diesem Grund wird beim Zuführen von AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 im Vergleich dazu, wenn kein AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird, kein Klopfen auftreten, selbst wenn das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht wird. Wenn daher in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich dazu, wenn kein AGR-Gas eingeführt wird, AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird, so erfolgt eine Erhöhung des Ist-Verdichtungsverhältnisses. Wie aus 7 hervorgeht, nimmt der theoretische Wärmewirkungsgrad zu, wenn das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht wird.
  • Insbesondere im Niedriglast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L3, kann, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 nicht verzögert werden. Wenn aus diesem Grund in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird, wird im Vergleich dazu, wenn kein AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird, das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht, so dass das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht wird.
  • Wie aus 7 hervorgeht, besteht auch die Möglichkeit, das Ist-Verdichtungsverhältnis zu erhöhen, so dass der Wärmewirkungsgrad erhöht wird, doch kann zudem das mechanische Verdichtungsverhältnis (d. h. das Expansionsverhältnis) erhöht werden, um den Wärmewirkungsgrad zu erhöhen. Daher wird gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Niedriglast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L3, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, neben einer Erhöhung des Ist-Verdichtungsverhältnisses, auch das mechanische Verdichtungsverhältnis (d. h. Expansionsverhältnis) erhöht, so dass der Wärmewirkungsgrad extrem erhöht werden kann.
  • In dem Bereich (L3–L2) einer Last, die höher ist als die Motorlast L3, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, und einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L2, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, wird, wenn ein AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird (durchgezogenen Linie in Fig.), im Vergleich dazu, wenn kein AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird (gestrichelte Linie in 9), der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 vorverlegt und das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht, so dass das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht wird. Aufgrund dessen wird auch in diesem Bereich, neben der Erhöhung des Ist-Verdichtungsverhältnisses, das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht, so dass der Wärmewirkungsgrad erhöht werden kann.
  • Es ist zu beachten, dass in dem durch die durchgezogene Linie gezeigten Beispiel in 9, in dem Mittel- und Hochlast-Betriebsbereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L2, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die AGR-Rate im Wesentlichen konstant gehalten wird. Wenn jedoch der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 vorverlegt wird, wird die in einem Verbrennungsraum 5 vorhandene Luftströmung stärker, so dass das Kraftstoff-Luftgemisch in dem Verbrennungsraum 5 leichter verbrennen kann. Selbst wenn aus diesem Grund die Menge des AGR-Gases, das in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird, größer wird, wird ein Anstieg der Drehmomentschwankungen unterdrückt. Aus diesem Grund kann in dem Bereich (L3–L2) aus einer Last, die höher ist als die Motorlast L3, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, und einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L2, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, d. h. in dem Bereich, wo bei zunehmender Motorlast der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 vorverlegt wird, die AGR-Rate zusammen mit einem Anstieg der Motorlast erhöht werden (d. h. zusammen mit der Vorverlegung des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7). Dabei wird das Ist-Verdichtungsverhältnis zusammen mit der zunehmenden AGR-Rate erhöht.
  • Ferner wird bewirkt, dass sich die Soll-AGR-Rate gemäß anderen Betriebsparametern als der Motorlast verändert. Selbst wenn also in anderen Worten die Motorlast gleich bleibt, wird bewirkt, dass sich die Soll-AGR-Rate gemäß anderer Betriebsparameter als der Motorlast ändert. Wenn z. B. die Motordrehzahl hoch ist, ist die Strömungsrate des Einlassgases hoch, lässt sch das Kraftstoff-Luftgemisch in einem Verbrennungsraum 5 leicht verteilen, und das Gemisch wird so leicht verbrannt, so dass die Soll-AGR-Rate höher eingestellt wird. Wenn zudem das Motorkühlwasser eine niedrige Temperatur aufweist, d. h. während des Kaltstarts des Verbrennungsmotors, ist das Kraftstoff-Luftgemisch nur schwer brennbar. Ist daher die AGR-Rate zu diesem Zeitpunkt hoch, kommt es zu Fehlzündungen. Als Folge daraus wird die Soll-AGR-Rate gesenkt.
  • Wenn auf diese Weise die Soll-AGR-Rate gemäß anderen Parametern als der Motorlast verändert wird, wird ebenfalls bewirkt, dass sich das Ist-Verdichtungsverhältnis entsprechend der veränderten Soll-AGR-Rate verändert.
  • 10 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der AGR-Rate und dem Ist-Verdichtungsverhältnis zeigt. Wie 10 zu entnehmen ist, steigt das Ist-Verdichtungsverhältnis an, je höher die AGR-Rate wird. Das hat den Grund, dass das Auftreten eines Klopfens umso unwahrscheinlicher wird, je höher AGR-Rate ist, selbst wenn das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht wird. Wenn jedoch die AGR-Rate zu hoch wird, wird die Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemischs in einem Verbrennungsraum 5 instabil, und es kommt schließlich zu Drehmomentschwankungen. Aus diesem Grund wird die Soll-AGR-Rate basierend auf der Motorlast oder der Motordrehzahl etc. innerhalb eines Bereichs einer bestimmten konstanten AGR-Rate X oder einen darunterliegenden Wert eingestellt.
  • Zu beachten ist, dass die Ein-Punkt-Strichlinien in 9 die Veränderungen der Parameter in dem Fall ausdrücken, wo die Soll-AGR-Rate relativ niedrig ist. Wie aus der Figur hervorgeht, wird, verglichen damit, wenn die Soll-AGR-Rate hoch ist (durchgezogene Linien in der Figur), das Ist-Verdichtungsverhältnis verringert, wenn die Soll-AGR-Rate relativ niedrig ist. Die Motorlast, bei der die AGR-Rate die Soll-AGR-Rate erreicht, wenn die Soll-AGR-Rate niedrig ist, ist außerdem höher als die Motorlast L2, wo die AGR-Rate die Soll-AGR-Rate erreicht, wenn die Soll-AGR-Rate hoch ist. Zudem ist die Motorlast, wo der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, wenn die Soll-AGR-Rate niedrig ist, höher als die Motorlast L3, wo der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, wenn die Soll-AGR-Rate hoch ist.
  • In dem in 9 gezeigten Beispiel wird zudem in dem Bereich (L3–L2) einer Last, die höher ist als die Motorlast L3, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, und einer Last, die niedriger ist als die Motorlast L2, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die AGR-Rate basierend auf dem Motorbetriebszustand eingestellt, das Ist-Verdichtungsverhältnis basierend auf der Soll-AGR-Rate berechnet und das mechanische Verdichtungsverhältnis so gesteuert, dass sich daraus dieses Ist-Verdichtungsverhältnis ergibt. Das heißt, dass in dem in 9 gezeigten Beispiel sich das mechanische Verdichtungsverhältnis gemäß dem Motorbetriebszustand verändert.
  • Demgegenüber kann in diesem Bereich auch das mechanische Verdichtungsverhältnis ausschließlich auf Basis der Motorlast gesteuert werden. Dieser Zustand ist in 11 gezeigt.
  • 11 zeigt die Veränderungen der Parameter, wie z. B. des mechanischen Verdichtungsverhältnisses, des Ist-Verdichtungsverhältnisses, des Schließzeitpunkts des Einlassventils 7, des Drucks im Inneren der Saugleitung, des Öffnungswinkels des Drosselklappenventils 7 und der AGR-Rate, gemäß der Motorlast bei einer bestimmten Motordrehzahl und stellt eine der 9 ähnliche Ansicht dar. In dem durch die durchgezogenen Linien in 11 gezeigten Beispiel wird in dem Bereich einer Motorlast von L1 bis L2, sowohl bei Zufuhr eines AGR-Gases in einen Verbrennungsraum 5 (durchgezogene Linie in der Figur) als auch bei nicht erfolgender Zufuhr (gestrichelte Linie in der Figur), das mechanische Verdichtungsverhältnis der Motorlast entsprechend ähnlich gesteuert. Das heißt, dass in dem durch die durchgezogenen Linien in 11 gezeigten Beispiel das mechanische Verdichtungsverhältnis ausschließlich basierend auf der Motorlast gesteuert wird. Durch derartiges Steuern des mechanischen Verdichtungsverhältnisses kann die Steuerung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses gegenüber dem in 9 gezeigten Fall vereinfacht werden.
  • Zu beachten ist, dass in diesem Fall in dem Bereich einer Motorlast von L1 bis L2 bei Zufuhr eines AGR-Gases in einen Verbrennungsraum 5 (durchgezogene Linien in 11) verglichen damit, wenn kein AGR-Gas in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird (gestrichelte Linien in 11), das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht wird, indem nicht das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht, sondern der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 vorverlegt wird.
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine der Betriebssteuerung eines Verbrennungsmotors mit Fremdzündung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf 12 wird zunächst bei Schritt 11 die Motorlast L basierend auf der Ausgabe des Lastsensors 41 detektiert. Anschließend wird bei Schritt S12 bestimmt, ob die bei Schritt S11 erfasste Motorlast L die Last L3 nicht überschreitet, bei welcher der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht.
  • Wenn bei Schritt S12 bestimmt wird, dass die Motorlast L der Last L3 oder einem darunter liegenden Wert entspricht, wird die Routine bei Schritt S13 fortgesetzt. Bei Schritt S13 wird die vorgegebene AGR-Rate basierend auf den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors (Motordrehzahl, Motorkühlwasser, etc.) berechnet. Die Motorlast kann auch als ein Betriebsparameter beim Berechnen der Soll-AGR-Rate verwendet werden.
  • Als nächstes wird bei Schritt S14 die vorgegebene AGR-Rate, die bei Schritt S13 berechnet wurde, als Grundlage zur Berechnung des vorgegebenen Ist-Verdichtungsverhältnisses unter Hinzuziehung des Kennfeldes, wie es z. B. in 10 gezeigt ist, verwendet. Als nächstes wird bei Schritt S15 der vorgegebene Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 auf den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt eingestellt. Bei Schritt S16 wird das vorgegebene mechanische Verdichtungsverhältnis berechnet, so dass das Ist-Verdichtungsverhältnis dem vorgegebenen Ist-Verdichtungsverhältnis entspricht, das bei Schritt S14 berechnet wurde, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 dem auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt entspricht. Als nächstes wird bei Schritt S17 der vorgegebene Drosselklappenventil-Öffnungswinkel berechnet, so dass die Menge der Ansaugluft, die in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird, einer Ansaugluftmenge in Übereinstimmung mit der Motorlast entspricht.
  • Wenn hingegen bei Schritt S12 bestimmt wird, dass die Motorlast L höher ist als die Last L3, wo der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, wird die Routine bei Schritt S18 fortgesetzt. Bei Schritt S18 wird die vorgegebene AGR-Rate auf die gleiche Weise wie in Schritt S13 berechnet. Als nächstes wird bei Schritt S19 die vorgegebene AGR-Rate, die bei Schritt S18 berechnet wurde, als Grundlage zur Berechnung des vorgegebenen Ist-Verdichtungsverhältnisses unter Hinzuziehung eines Kennfeldes verwendet, wie es in 10 gezeigt ist. Als nächstes wird bei Schritt S20 basierend auf der Motorlast und der vorgegebenen AGR-Rate der vorgegebene Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 berechnet, so dass die Menge der Ansaugluft (Frischluftmenge), die in einen Verbrennungsraum 5 eingeführt wird, einer der Motorlast entsprechenden Ansaugluftmenge entspricht. Bei Schritt S21 wird das vorgegebene mechanische Verdichtungsverhältnis so berechnet, dass das Ist-Verdichtungsverhältnis dem vorgegebenen Ist-Verdichtungsverhältnis entspricht, das bei Schritt S19 berechnet wird, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 dem Soll-Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 entspricht, der bei Schritt S20 berechnet wurde. Als nächstes wird bei Schritt S22 die vorgegebene AGR-Rate, die bei Schritt S18 berechnet wurde, als die Grundlage zum Berechnen des Soll-Drosselklappenventil-Öffnungswinkels verwendet, so dass der Druck im Inneren der Saugleitung atmosphärischen Druck erreicht.
  • Bei Schritt S23 wird der variable Verdichtungsverhältnis-Mechanismus A so gesteuert, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis dem vorgegebenen mechanischen Verdichtungsverhältnis entspricht, das bei Schritt S16 oder S21 berechnet wurde, während der variable Ventilsteuerungsmechanismus so gesteuert wird, dass der Schließzeitpunkt des Einlassventils 7 dem vorgegebenen Schließzeitpunkt entspricht, der bei Schritt S15 oder S20 berechnet wurde. Ferner wird das Drosselklappenventil 17 so gesteuert, dass der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils 17 dem vorgegebenen Drosselklappenöffnungswinkel entspricht, der bei Schritt S17 oder S22 berechnet wurde, wird das AGR-Steuerventil 24 so gesteuert wird, dass die AGR-Rate der vorgegebenen AGR-Rate entspricht, die bei Schritt S13 oder S18 berechnet wurde, und wird die Steuerungsroutine beendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kurbelgehäuse
    2
    Zylinderblock
    3
    Zylinderkopf
    4
    Kolben
    5
    Verbrennungsraum
    7
    Einlassventil
    23
    AGR-Leitung
    24
    AGR-Steuerungsventil
    25
    AGR-Kühlvorrichtung
    A
    variabler Verdichtungsverhältnismechanismus
    B
    variabler Ventilsteuerungsmechanismus

Claims (15)

  1. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, der mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis verändern kann, einem variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils steuern kann, und einem AGR-Mechanismus versehen ist, der einen Teil des Abgases durch eine AGR-Leitung als ein AGR-Gas in das Innere eines Verbrennungsraums einführt, wobei während eines Niedriglastbetriebs des Motors ein mechanisches Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu dem während des Hochlastbetriebs des Motors erhöht wird, und wobei ein Ist-Verdichtungsverhältnis umso höher wird, je höher die AGR-Rate ist, wobei während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors der Schließzeitpunkt des Einlassventils bis auf einen auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt vorverlegt wird und die Motorlast zunimmt, und wobei während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors in dem Bereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Schließzeitpunkt erreicht, die AGR-Rate umso höher eingestellt wird, je höher die Motorlast ist.
  2. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, der mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis verändern kann, einem variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils steuern kann, und einem AGR-Mechanismus versehen ist, der einen Teil des Abgases durch eine AGR-Leitung als ein AGR-Gas in das Innere eines Verbrennungsraums einführt, wobei während eines Niedriglastbetriebs des Motors ein mechanisches Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu dem während des Hochlastbetriebs des Motors erhöht wird, und wobei ein Ist-Verdichtungsverhältnis umso höher wird, je höher die AGR-Rate ist, wobei während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors der Schließzeitpunkt des Einlassventils bis auf einen auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt vorverlegt wird und die Motorlast zunimmt, und wobei während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors in dem Bereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die AGR-Rate ungeachtet der Motorlast im Wesentlichen konstant gehalten wird.
  3. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 2, wobei während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors in dem Bereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils auf einem im Wesentlichen konstanten Öffnungswinkel beibehalten wird, der ungeachtet der Motorlast eher geschlossen als vollständig offen ist.
  4. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 2, wobei in dem Bereich einer Last, die höher ist als die Motorlast, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die in den Verbrennungsraum eingeführte Saugluftmenge gesteuert wird, indem der Schließzeitpunkt des Einlassventils verändert wird.
  5. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung, der mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis verändern kann, einem variablen Ventilsteuerungsmechanismus, der einen Schließzeitpunkt eines Einlassventils steuern kann, und einem AGR-Mechanismus versehen ist, der einen Teil des Abgases durch eine AGR-Leitung als ein AGR-Gas in das Innere eines Verbrennungsraums einführt, wobei während eines Niedriglastbetriebs des Motors ein mechanisches Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu dem während des Hochlastbetriebs des Motors erhöht wird, und wobei ein Ist-Verdichtungsverhältnis umso höher wird, je höher die AGR-Rate ist, wobei während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors der Schließzeitpunkt des Einlassventils bis auf einen auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt vorverlegt wird und die Motorlast zunimmt, und wobei in dem Bereich einer Last, die höher ist als die Motorlast, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, der Schließzeitpunkt des Einlassventils auf dem auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt beibehalten wird.
  6. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 5, wobei in dem Bereich einer Last, die höher ist als die Motorlast, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils vergrößert wird, wenn die Motorlast ansteigt.
  7. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei während des Niedriglastbetriebs des Motors das Ist-Verdichtungsverhältnis durch Erhöhen des mechanischen Verdichtungsverhältnisses erhöht wird.
  8. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei während des Mittellastbetriebs des Motors ein Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht wird, indem ein Schließzeitpunkt des Einlassventils vorverlegt wird.
  9. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 8, wobei während eines Mittelastbetriebs des Motors das Ist-Verdichtungsverhältnis erhöht wird, indem das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht und der Schließzeitpunkt des Einlassventils vorverlegt wird.
  10. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei während eines Niedrig- und Mittellastbetriebs des Motors der AGR-Mechanismus verwendet wird, um ein AGR-Gas in einen Verbrennungsraum einzuführen.
  11. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei während des Mittel- und Hochlastbetriebs des Motors in dem Bereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Vorverlegungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die Ansaugluftmenge, die in einen Verbrennungsraum eingeführt wird, gesteuert wird, in dem der Schließzeitpunkt des Einlassventils verändert wird.
  12. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei während des Niedriglastbetriebs des Motors der Schließzeitpunkt des Einlassventils, wenn die Motorlast niedriger wird, bis auf einen auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt verzögert wird, der eine Steuerung einer Ansaugluftmenge ermöglicht, die in einen Verbrennungsraum eingeführt wird.
  13. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach Anspruch 12, wobei in dem Bereich einer Last, die niedriger ist als die Motorlast, wenn der Schließzeitpunkt des Einlassventils den auf der Verzögerungsseite befindlichen Grenz-Schließzeitpunkt erreicht, die in den Verbrennungsraum eingeführte Ansaugluftmenge gesteuert wird, indem der Öffnungswinkel des Drosselklappenventils verändert wird.
  14. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei während des Niedriglastbetriebs des Motors das mechanische Verdichtungsverhältnis auf das maximale mechanische Verdichtungsverhältnis eingestellt wird.
  15. Verbrennungsmotor mit Fremdzündung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei während des Motor-Niedriglastbetriebs das Expansionsverhältnis auf 20 oder mehr gestellt wird.
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