DE112009005493T5

DE112009005493T5 - Fremdgezündete Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE112009005493T5
Application number: DE112009005493T
Authority: DE
Inventors: Shuntaro Okazaki; Junichi Kako
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2012-10-18
Also published as: CN102325982A; JP5126410B2; US10202909B2; RU2488707C2; US20120004828A1; US20190120148A1; CN102325982B; BRPI0924378B1; JPWO2010095274A1; RU2011138383A; WO2010095274A1

Abstract

Das Steuersystem einer Brennkraftmaschine der vorliegenden Erfindung weist einen S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus auf, der ein S/V-Verhältnis einer Brennkammer verändern kann, und eine Erfassungsvorrichtung, deren Ausgangswert sich gemäß einer Wasserstoffkonzentration in dem Abgas verändert, die sich gemeinsam mit einem Anstieg des S/V-Verhältnisses vergrößert, wobei die Brennkraftmaschine durch den Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung gesteuert wird. Ferner wird der Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung oder ein Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, gemäß dem S/V-Verhältnis des vorstehend genannten S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus korrigiert. Aufgrund dessen kann auch dann, wenn die Wasserstoffkonzentration in dem Abgas sich gemeinsam mit dem Anstieg des S/V-Verhältnisses erhöht, die Brennkraftmaschine geeignet gesteuert werden.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem einer Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Der Anmelder hat in der Japanischen Patentveröffentlichung (A) Nr. 2007-303423 eine fremdgezündete Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die einen Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis, der in der Lage ist, ein mechanisches Kompressionsverhältnis zu verändern, und einen Mechanismus mit variabler Ventilzeitabstimmung aufweist, der in der Lage ist, eine Schließzeitabstimmung eines Einlassventils zu verändern, wobei das Kompressionsverhältnis zum Zeitpunkt eines Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last im Vergleich mit einem Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Last angehoben wird, um ein Expansionsverhältnis von 20 oder mehr herbeizuführen.
Bei einer solchen fremdgezündeten Brennkraftmaschine wird zum Zeitpunkt eines Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last das mechanische Kompressionsverhältnis (Expansionsverhältnis) auf 20 oder mehr herbei geführt und wird die Schließzeitabstimmung des Einlassventils mit einer Zeitabstimmung ausgeführt, die von dem unteren Einlasstotpunkt entfernt ist, um das Ist-Kompressionsverhältnis im Vergleich mit dem mechanischen Kompressionsverhältnis relativ niedrig zu halten, um das Auftreten von Klopfen aufgrund der Tatsache zu unterdrücken, dass das Ist-Kompressionsverhältnis höher wird, und um dabei einen extrem hohen thermischen Wirkungsgrad zu verwirklichen.
In dieser Hinsicht wird, wenn ein Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis verwendet wird, die bspw. in der Japanischen Patentveröffentlichung (A) Nr. 2007-303423 beschrieben ist, das Volumen einer Brennkammer umso kleiner, je höher das mechanische Kompressionsverhältnis wird, wenn der Kolben sich an dem oberen Totpunkt befindet, wobei daher das Flächen-Volumenverhältnis (Verhältnis des Flächeninhalts und des Volumens einer Brennkammer, im Folgenden als „S/V-Verhältnis” bezeichnet) umso größer wird. Wenn das S/V-Verhältnis auf diesem Weg größer wird, wird die Abkühlregion (Region in der Nähe der Wandflächen) einer Brennkammer usw., die die Flamme nicht erreichen kann, relativ größer. Der HC in dem Luftkraftstoffgemisch, der in dieser Abkühlregion enthalten war, wird nicht verbrennen, da auch dann, wenn das Luftkraftstoffgemisch in der Brennkammer brennt, die Flamme diese nicht erreichen wird. Andererseits wird der HC in dem Luftkraftstoffgemisch, der in dieser Abkühlregion enthalten war, einer hohen Temperatur gemeinsam mit der Verbrennung des Luftkraftstoffgemisches ausgesetzt, so dass ein Teil in Wasserstoff (H₂) umgewandelt wird. Wenn nämlich ein Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis verwendet wird, um das mechanische Kompressionsverhältnis anzuheben, wird das S/V-Verhältnis sich vergrößern und wird daher das (H₂) in dem Abgas sich vermehren.
Andererseits wird in vielen Brennkraftmaschinen zum Zweck der Erhöhung des Wirkungsgrads der Verbrennung und zur Verbesserung der Abgasemissionen das Luftkraftstoffverhältnis eines Luftkraftstoffgemisches, das in eine Brennkammer gefördert wird, auf einem Soll-Luftkraftstoffverhältnis (bspw. einem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis) unter Verwendung eines Sauerstoffsensors oder eines Luftkraftstoffverhältnissensors gehalten. Jedoch sind ein Sauerstoffsensor und ein Luftkraftstoffverhältnissensor höchst empfindlich gegenüber H₂. Wenn die Menge von H₂, das erzeugt wird, ansteigt, besteht die Tendenz, dass der Ausgangswert zur fetten Seite abweicht.
Insbesondere wird bei den vorstehend erwähnten fremdgezündeten Brennkraftmaschinen, bei denen das mechanische Kompressionsverhältnis 20 oder mehr wird, das S/V-Verhältnis extrem groß und wird im Zusammenhang damit die Menge des H₂, das von einer Brennkammer ausgestoßen wird, ebenfalls groß. Aus diesem Grund weicht der Ausgangswert des Sauerstoffsensors oder des Luftkraftstoffverhältnissensors in hohem Maße zu der fetten Seite bis zu einem Ausmaß ab, das nicht ignoriert werden kann, und kann die Sauerstoffkonzentration usw. in dem Abgas nicht mehr genau erfasst werden. Als Folge kann das Luftkraftstoffverhältnis nicht mehr geeignet gesteuert werden und wird eine Verschlechterung des Verbrennungswirkungsgrads oder eine Verschlechterung der Abgasemission in manchen Fällen herbeigeführt.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Probleme eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuersystem einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, das eine geeignete Steuerung der Brennkraftmaschine auch dann ermöglicht, wenn die Wasserstoffkonzentration in einem Abgas sich gemeinsam mit einer Erhöhung des S/V-Verhältnisses erhöht.
Die vorliegende Erfindung stellt als Mittel zum Lösen dieses Problems eine fremdgezündete Brennkraftmaschine zur Verfügung, die in den Ansprüchen beschrieben ist.
In einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem einer Brennkraftmaschine mit einem S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus, der in der Lage ist, ein S/V-Verhältnis einer Brennkammer zu verändern, und einer Erfassungsvorrichtung vorgesehen, die einen Ausgangswert hat, der sich gemäß einer Wasserstoffkonzentration in einem Abgas verändert, die sich gemeinsam mit einem Anstieg des S/V-Verhältnisses erhöht, wobei die Brennkraftmaschine durch den Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung gesteuert wird, wobei der Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung oder ein Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, gemäß dem S/V-Verhältnis des vorstehend genannten S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus korrigiert wird.
In einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird der Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung oder der Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, so korrigiert, dass die Wirkung der Wasserstoffkonzentration in dem Abgas, die sich gemeinsam mit dem Anstieg des S/V-Verhältnisses erhöht, kleiner wird.
In einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung eine Vorrichtung, die eine Konzentration eines spezifischen Bestandteils in dem Abgas erfasst, der ein anderer als Wasserstoff ist, und wird die Konzentration des spezifischen Bestandteils, die durch die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung erfasst wurde, gemäß dem S/V-Verhältnis des S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus korrigiert.
In einem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung eine Vorrichtung, die eine Konzentration eines spezifischen Bestandteils in dem Abgas aus Wasserstoff erfasst, und wird ein Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, gemäß dem S/V-Verhältnis des S/V-Verhältnisveräderungsmechanismus korrigiert.
In einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung ein Sauerstoffsensor oder ein Luftkraftstoffverhältnissensor, der eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas oder ein Luftkraftstoffverhältnis erfasst.
In einem sechsten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist der Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, ein Soll-Luftkraftstoffverhältnis.
In einem siebten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung ein NO_x-Sensor, der eine NO_x-Konzentration in dem Abgas erfasst.
In einem achten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist das System ferner einen Mechanismus mit variabler Ventilzeitabstimmung auf, der in der Lage ist, eine Schließzeitabstimmung des Einlassventils zu steuern, wobei der Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung oder der Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, nicht nur den S/V-Verhältnis des S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus korrigiert wird, sondern ebenso gemäß der Schließzeitabstimmung des Einlassventils.
In einem neunten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist das System ferner einen EGR-Durchgang, der einen Kraftmaschineneinlassdurchgang und einen Kraftmaschinenauslassdurchgang verbindet, und ein EGR-Ventil auf, das den EGR-Durchgang öffnet und schließt, wobei der Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung oder der Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, nicht nur gemäß dem S/V-Verhältnis des S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus korrigiert wird, sondern ebenso gemäß dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils.
In einem zehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist das System ferner einen Abgasreinigungskatalysator auf, der in einem Kraftmaschinenauslassdurchgang angeordnet ist, wobei die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung einen stromaufwärtigen Sauerstoffsensor oder Luftkraftstoffverhältnissensor, der an einer stromaufwärtigen Seite des vorstehend genannten Abgasreinigungskatalysators angeordnet ist, und einen stromabwärtigen Sauerstoffsensor oder Luftkraftstoffverhältnissensor hat, der an einer stromabwärtigen Seite des Abgasreinigungskatalysators angeordnet ist, wobei die Fördermenge des Kraftstoffs auf der Grundlage des Ausgangswerts des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors gesteuert wird, so dass das Abgasluftkraftstoffverhältnis das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird, wenn der Ausgangwert des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors von dem Ist-Abgasluftkraftstoffverhältnis abweicht, wobei der Ausgangswert des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors oder die Menge der Kraftstoffförderung auf der Grundlage des Ausgangswerts des stromabwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors korrigiert wird, und wobei der Betrag der Korrektur des Ausgangswerts des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors oder die Menge des Kraftstoffs auf der Grundlage des Ausgangswerts des stromabwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors gemäß dem S/V-Verhältnis des S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus korrigiert wird.
In einem elften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist der S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus ein Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis, der das mechanische Kompressionsverhältnis verändern kann.
In einem zwölften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist das System ferner einen Mechanismus mit variabler Zeitabstimmung auf, der die Schließzeitabstimmung des Einlassventils steuern kann, wobei die Menge der Einlassluft, die in eine Brennkammer befördert wird, hauptsächlich durch Verändern der Schließzeitabstimmung des Einlassventils gesteuert wird, und wobei das mechanische Kompressionsverhältnis zu dem Zeitpunkt eines Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last im Vergleich mit dem Zeitpunkt eines Kraftmaschinenbetriebs mit hoher Last höher gemacht wird.
In einem dreizehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last das mechanische Kompressionsverhältnis zu dem maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis gemacht.
In einem vierzehnten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird zu dem Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last das Expansionsverhältnis zu 20 oder mehr gemacht.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung besser ersichtlich aus den beigefügten Zeichnungen und der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Überblick einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
2 ist eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht eines Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis.
3A und 3B sind Querschnittsseitenansichten einer schematisch dargestellten Brennkraftmaschine.
4 ist eine Ansicht, die einen Mechanismus mit variabler Zeitabstimmung zeigt.
5A und 5B sind Ansichten, die Hubbeträge eine Einlassventils und eine Auslassventils zeigen.
6A bis 6C sind Ansichten zum Erklären eines mechanischen Kompressionsverhältnisses, eines Ist-Kompressionsverhältnisses und eines Expansionsverhältnisses.
7 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem stöchiometrischen thermischen Wirkungsgrad und einem Expansionsverhältnis zeigt.
8A und 8B sind Ansichten zum Erklären eines gewöhnlichen Zyklus und eines Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis.
9 ist eine Ansicht, die Veränderungen des mechanischen Kompressionsverhältnisses usw. gemäß der Kraftmaschinenlast zeigt.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine einer Steuerung zum Berechnen einer Soll-Kraftstoffförderrate aus einem Kraftstoffinjektor zeigt.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine einer F/B-Steuerung zum Berechnen einer Kraftstoffkorrekturmenge zeigt.
12 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischem Kompressionsverhältnis und dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis zeigt.
13 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischem Kompressionsverhältnis und dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis zeigt.
14 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis zeigt.
15 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine einer Steuerung zum Einrichten eines Soll-Luftkraftstoffverhältnisses zeigt.
16A bis 16C sind Ansichten, die Kennfelder der unterschiedlichen Parameter und des Betrags der Korrektur des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses zeigen.
17 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Betrag der Korrektur des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors zu der mageren Seite zeigt.
18 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischem Kompressionsverhältnis und dem Betrag der Korrektur des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors zu der mageren Seite zeigt.
19 ist ein Überblick einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine eines vierzehnten Ausführungsbeispiels.
20 ist ein Zeitdiagramm eines Ist-Abgasluftkraftstoffverhältnisses, des Ausgangswerts des Sauerstoffsensors und des Ausgangskorrekturwerts des Luftkraftstoffverhältnissensors.
21 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und einem Auffüll-Korrekturwert zeigt.
Bester Weg zum Ausführen der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt. Es ist anzumerken, dass die selben oder ähnliche Elemente in den Zeichnungen mit den selben Bezeichnungen bezeichnet sind.
1 ist eine Querschnittsseitenansicht einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
Unter Bezugnahme auf 1 zeigt 1 ein Kurbelgehäuse, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Zylinderkopf, 4 einen Kolben, 5 eine Brennkammer, 6 eine Zündkerze, die in der oberen Mitte der Brennkammer 5 angeordnet ist, 7 ein Einlassventil, 8 einen Einlassanschluss, 9 ein Auslassventil und 10 einen Auslassanschluss. Der Einlassanschluss 8 ist durch ein Einlassabzweigrohr 11 mit einem Ausgleichstank 12 verbunden, während jedes Einlassabzweigrohr 11 mit einem Kraftstoffinjektor 13 zum Einspritzen von Kraftstoff zu einem entsprechenden Einlassanschluss 8 versehen ist. Es ist anzumerken, dass jeder Kraftstoffinjektor 13 an jeder Brennkammer 5 anstelle derjenigen Anordnung angeordnet werden kann, bei der er an jedem Einlassabzweigrohr 11 angebracht ist.
Der Ausgleichtank 12 ist durch eine Einlassleitung 14 mit einem Luftreiniger 15 verbunden. Die Einlassleitung 14 ist innerhalb mit einem Drosselventil 17 versehen, das durch ein Stellglied 16 angetrieben wird, und mit einem Einlassluftmengendetektor 18, der bspw. einen Heißdraht verwendet. Andererseits ist der Auslassanschluss 10 durch einen Auslasskrümmer 19 mit einem katalytischen Wandler 20 verbunden, der bspw. einen Dreiwegekatalysator 21 aufnimmt, und ist der Auslasskrümmer 19 innen mit einem Luftkraftstoffverhältnissensor 22 versehen.
Der Auslasskrümmer 19 das Einlassabzweigrohr 11 (oder der Einlassanschluss 8, der Ausgleichstank 12) sind miteinander durch einen EGR-Durchgang 23 für rezirkuliertes Abgas verbunden (nachstehend als „EGR-Gas” bezeichnet). Innerhalb dieses EGR-Durchgangs 23 ist ein EGR-Steuerventil 24 angeordnet. Ferner ist um den EGR-Durchgang 23 eine EGR-Kühlvorrichtung 25 zum Kühlen es EGR-Gases vorgesehen, das durch das Innere des EGR-Durchgangs 23 strömt. Bei der Brennkraftmaschine, die in 1 gezeigt ist, wird ein Kraftmaschinenkühlmittel in die EGR-Kühlvorrichtung 25 geleitet und wird das Kraftmaschinenkühlmittel verwendet, um das EGR-Gas zu kühlen. Es ist anzumerken, dass in der folgenden Erklärung der Einlassanschluss 8, das Einlassabzweigrohr 11, der Ausgleichstank 12 und die Einlassleitung 14 gemeinsam als „Kraftmaschineneinlassdurchgang” bezeichnet werden.
Andererseits ist in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel an einem Verbindungsabschnitt des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 ein Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis vorgesehen, der eine relative Position des Kurbelgehäuses 1 und Zylinderblocks 2 in der axialen Richtung des Zylinders verändern kann, um das Volumen einer Brennkammer 5 zu verändern, wenn ein Kolben 4 an einem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist. Ferner ist ein Mechanismus B mit variabler Ventilzeitabstimmung vorgesehen, der eine Schließzeitabstimmung eines Einlassventils 7 verändern kann.
Die elektronische Steuereinheit 30 besteht aus einem digitalen Computer, der mit Bauteilen versehen ist, die miteinander über einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind, wie z. B. einem ROM (nur Lesespeicher) 32, einem RAM (freier Zugriffsspeicher) 33, einer CPU (Mikroprozessor) 34, einem Eingangsanschluss 35 und einem Ausgangsanschluss 36. Das Ausgangssignal des Einlassluftmengendetektors 18 und das Ausgangssignal des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 werden durch entsprechende AD-Wandler 37 in den Eingangsanschluss 35 eingegeben. Ferner ist das Beschleunigerpedal 40 mit einem Lastsensor 41 verbunden, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zu dem Betrag einer Auslenkung des Beschleunigerpedals 40 ist. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird durch einen entsprechenden AD-Wandler 37 in den Eingangsanschluss 35 eingegeben. Ferner ist der Eingangsanschluss 35 mit einem Kurbelwinkelsensor 42 verbunden, der einen Ausgangsimpuls jedes Mal dann erzeugt, wenn die Kurbelwelle sich bspw. um 30° dreht. Andererseits ist der Ausgangsanschluss 36 durch die entsprechenden Antriebsschaltkreise 38 mit einer Zündkerze 6, dem Kraftstoffinjektor 13, einem Drosselventilantriebsstellglied 16, dem EGR-Steuerventil 24 und dem Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis sowie dem Mechanismus B mit variabler Ventilzeitabstimmung verbunden.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis, der in 1 gezeigt ist, während 3A und 3B Querschnittsseitenansichten der Brennkraftmaschine sind, die schematisch dargestellt sind. Unter Bezugnahme auf 2 sind an dem Boden der zwei Seitenwände des Zylinderblocks 2 eine Vielzahl von vorstehenden Abschnitten 50 ausgebildet, die voneinander mit einem bestimmten Abstand getrennt sind. Jeder vorstehende Abschnitt 50 ist mit einem Nockeneinsetzloch 51 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Andererseits ist die obere Fläche des Kurbelgehäuses 1 mit einer Vielzahl von vorstehenden Abschnitten 52 ausgebildet, die voneinander mit einem bestimmten Abstand getrennt sind und die zwischen die entsprechenden vorstehenden Abschnitte 50 passen. Diese vorstehenden Abschnitte 52 sind ebenso mit Nockeneinsetzlöchern 53 mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet.
Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Paar Nockenwellen 54, 55 vorgesehen. Jede der Nockenwellen 54, 55 hat kreisförmige Nocken 56, die daran fixiert sind, so dass diese drehbar in die Nockeneinsetzlöcher 51 an jeder anderen Position eingesetzt werden könne. Diese kreisförmigen Nocken 56 sind koaxial zu den Achsen der Drehung der Nockenwellen 54, 55. Andererseits erstrecken sich zwischen den kreisförmigen Nocken 56, wie durch die Schraffur in 3A und 3B gezeigt ist, exzentrische Wellen 57, die exzentrisch mit Bezug auf die Achsen der Drehung der Nockenwellen 54, 55 angeordnet sind. Jede exzentrische Welle 57 hat andere kreisförmige Nocken 58, die drehbar daran exzentrisch angebracht sind. Wie in 2 gezeigt ist, sind diese kreisförmigen Nocken 58 zwischen den kreisförmigen Nocken 56 angeordnet. Diese kreisförmigen Nocken 58 sind drehbar in die entsprechenden Nockeneinsetzlöcher 53 eingesetzt.
Wenn die kreisförmigen Nocken 56, die an den Nockenwellen 54, 55 befestigt sind, in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden, wie durch die Pfeile mit durchgezogenen Linien in 3A gezeigt ist, nämlich ausgehend von dem Zustand, der in 3A gezeigt ist, bewegen sich die exzentrischen Wellen 57 zu dem unteren Totpunkt, so dass die kreisförmigen Nocken 58 sich in die entgegengesetzten Richtungen von den kreisförmigen Nocken 56 in den Nockeneinsetzlöchern 53 drehen, wie durch die Pfeile aus gestrichelten Linien in 3A gezeigt ist. Wie in 3B gezeigt ist, bewegen sich dann, wenn die exzentrischen Wellen 57 sich zu dem unteren Totpunkt bewegen, die Mitten der kreisförmigen Nocken 58 unter die exzentrischen Wellen 57.
Wie aus einem Vergleich von 3A und 3B ersichtlich ist, werden die relativen Positionen des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 durch den Abstand zwischen den Mitten der kreisförmigen Nocken 56 und den Mitten der kreisförmigen Nocken 58 bestimmt. Je größer der Abstand zwischen den kreisförmigen Nocken 56 und den Mitten der kreisförmigen Nocken 58 ist, umso weiter ist der Zylinderblock zwei von dem Kurbelgehäuse 1 gelegen. Wenn der Zylinderblock 2 sich von dem Kurbelgehäuse 1 wegbewegt, vergrößert sich das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 an dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist, wobei daher durch Drehenlassen der Nockenwellen 54, 55 das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 an dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist, verändert werden kann.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die Welle eines Antriebsmotors 59 mit einem Paar Schneckenrädern 61, 62 mit entgegengesetzten Gewinderichtungen vorgesehen, um die Nockenwellen 54, 55 sich in entgegengesetzte Richtungen drehen zu lassen. Zahnrädern 63, 64, die mit diesen Schneckenrädern 61, 62 eingreifen, sind an den Enden der Nockenwellen 54, 55 befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Antriebsmotor 59 angetrieben werden, um das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 an dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist, über einen breiten Bereich zu verändern. Es ist anzumerken, dass der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis, der in 1 bis 3 gezeigt ist, ein Beispiel zeigt. Jede Bauart eines Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis kann verwendet werden.
Andererseits zeigt ferner 4 einen Mechanismus B mit variablem Einlassventil, der an der Nockenwelle 70 angebracht ist, um das Einlassventil 7 in 1 anzutreiben. Wie in 4 gezeigt ist, weist der Mechanismus B mit variablem Einlassventil eine Nockenphasenveränderungseinrichtung B1, die an einem Ende der Nockenwelle 70 angebracht ist und die Phase des Nockens der Nockenwelle 70 verändert, und eine Nockenbetätigungswinkelveränderungseinrichtung B2 auf, die zwischen der Nockenwelle 70 und dem Ventilheber 26 des Einlassventils 7 und zum Verändern des Betätigungswinkels (Arbeitswinkels) der Nockenwelle 70 auf unterschiedliche Betätigungswinkel zur Übertragung auf das Einlassventil 7 angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass 4 eine Seitenschnittansicht und eine Draufsicht der Nockenbetätigungswinkelveränderungseinrichtung B2 ist.
Zuerst ist als Erklärung der Nockenphasenveränderungseinrichtung B1 des Mechanismus B mit variablem Einlassventil diese Nockenphasenveränderungseinrichtung B1 mit einer Zeitabstimmungsriemenscheibe 71 versehen, die durch eine Kraftmaschinenkurbelwelle durch einen Zeitabstimmungsriemen in der Pfeilrichtung zum Drehen veranlasst wird, einem zylindrischen Gehäuse 72, das sich gemeinsam mit der Zeitabstimmungsriemenscheibe 71 dreht, einer Drehwelle 73, die sich gemeinsam mit einer Nockenwelle 70 drehen kann und relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 drehen kann, einer Vielzahl von Unterteilungen 74, die sich von einem inneren Umfang des zylindrischen Gehäuses 72 zu einem äußeren Umfang der Drehwelle 73 erstrecken, und Flügeln 75, die sich zwischen den Unterteilungen 74 von dem äußeren Umfang der Drehwelle 73 zu dem inneren Umfang des zylindrischen Gehäuses 72 erstrecken, wobei zwei Seiten der Flügel 75 mit zum Vorstellen verwendeten hydraulischen Kammern 76 und zum Nachstellen verwendeten hydraulischen Kammern 77 ausgebildet sind.
Die Förderung eines Arbeitsöls zu den hydraulischen Kammern 76, 77 wird durch ein Arbeitsölfördersteuerventil 78 gesteuert. Dieses Arbeitsölfördersteuerventil 78 ist mit Hydraulikanschlüssen 79, 80, die mit den hydraulischen Kammern 76, 77 verbunden sind, einem Förderanschluss 82 zum Fordern des Arbeitsöls das von einer Hydraulikpumpe 81 ausgestoßen wird, einem Paar Ablaufanschlüssen 83, 84 und einem Schieberventil 85 zum Steuern der Verbindung und der Trennung der Anschlüsse 79, 80, 82, 83, 84 versehen.
Zum Vorstellen der Faser der Nocken der Nockenwelle 70 wird das Schieberventil 85 veranlasst, sich nach unten in 4 zu bewegen, wobei Arbeitsöl, das von dem Förderanschluss 82 gefördert wird, durch den Hydraulikanschluss 79 zu den zum Vorstellen verwendeten hydraulischen Kammern 76 gefördert wird, und wird das Arbeitsöl in dem zum Nachstellen verwendeten hydraulischen Kammern 77 von dem Ablaufanschluss 84 abgelassen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehwelle 73 veranlasst, sich relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 in der Richtung des Pfeils X zu drehen.
Dagegen wird zum Nachstellen der Phase des Nockens der Nockenwelle 70 das Schieberventil 85 veranlasst, sich nach oben in 4 zu bewegen, wobei Arbeitsöl, das von dem Förderanschluss 82 gefördert wird, durch den Hydraulikanschluss 80 zu den zum Nachstellen verwendeten hydraulischen Kammern 77 gefordert wird, und wird das Arbeitsöl in den zum Vorstellen hydraulischen Kammern 76 von dem Ablaufanschluss 83 abgelassen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehwelle 73 veranlasst, sich relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 in der Richtung zu drehen, die entgegengesetzt zu dem Pfeil X ist.
Wenn die Drehwelle 73 veranlasst wird, sich relativ zu dem zylindrischen Gehäuse 72 zu drehen, wird dann, wenn das Schieberventil 85 auf die neutrale Position zurück gestellt wird, wie in 4 gezeigt ist, der Betrieb für eine relative Drehung der Drehwelle 73 beendet, und wird die Drehwelle 73 an der relativen Drehposition zu diesem Zeitpunkt gehalten. Daher ist es möglich, die Nackenphasenveränderungseinrichtung B1 zu verwenden, um die Phase des Nockens der Nockenwelle 70 um den exakt gewünschten Betrag vorzustellen oder nachzustellen, wie in 5A gezeigt ist. Die Nockenphasenveränderungseinrichtung B1 kann nämlich die Öffnungszeitabstimmung des Einlassventils 7 frei vorstellen oder nachstellen.
Als nächstes ist zur Erklären der Nockenbetätigungswinkeländerungseinrichtung B2 des Mechanismus B mit variabler Ventilzeitabstimmung diese Nockenbetätigungswinkeländerungseinrichtung B2 mit einer Steuerstange 90, die parallel zu der Nockenwelle 70 angeordnet ist und veranlasst wird, sich durch ein Stellglied 91 in der axialen Richtung zu bewegen, einem Zwischennocken 94, der mit einem Nocken 92 der Nockenwelle 70 eingreift und gleitfähig mit einer Verzahnung 93 angepasst ist, die an der Steuerstange 90 ausgebildet ist, und die sich in der axialen Richtung von dieser erstreckt, und einem Schwenknocken 96 versehen, der mit dem Ventilheber 26 eingreift, um das Einlassventil 7 anzutreiben und der gleitfähig mit einer Verzahnung 95 angepasst ist, die sich in einer Spiralform erstreckt und an der Steuerstange 90 ausgebildet ist. Der Schwenknocken 96 ist mit einem Nocken 97 ausgebildet.
Wenn die Nockenwelle 70 sich dreht, verursacht der Nocken 92, dass der Zwischennocken 94 sich um exakt einen konstanten Winkel zu jeder Zeit schwenkt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schwenknocken 96 ebenso veranlasst, um exakt einen konstanten Winkel zu schwenken. Andererseits sind der Zwischennocken 94 und der Schwenknocken 96 unbeweglich in der axialen Richtung der Steuerstange 90 gestützt, wobei dann, wenn die Steuerstange 90 durch das Stellglied 91 veranlasst wird, sich in der axialen Richtung zu bewegen, daher der Schwenknocken 96 veranlasst wird, sich relativ zu dem Zwischennocken 94 zu drehen.
Wenn der Nocken 97 des Schwenknockens 96 beginnt, mit dem Ventilheber 26 einzugreifen, wenn der Nocken 92 der Nockenwelle 70 beginnt, mit dem Zwischennocken 94 aufgrund der relativen Drehpositionsbeziehung zwischen dem Zwischennacken 94 und dem Schwenknocken 96 einzugreifen, wie durch a in 5B gezeigt ist, werden die Öffnungszeitdauer und der Betrag des Hubs des Einlassventils 7 maximal. Wenn dagegen das Stellglied 91 verwendet wird, um den Schwenknocken 96 relativ zu dem Zwischennocken 94 in der Richtung des Y-Pfeils von 4 zu drehen, greift der Nocken 92 der Nockenwelle 70 mit dem Zwischennocken 94 ein, wobei dann nach einer Weile der Nocken 97 des Schwenknockens 96 mit dem Ventilheber 26 eingreift. In diesem Fall werden, wie durch b in 5B gezeigt ist, die Öffnungszeitdauer und der Betrag des Hubs des Einlassventils 7 kleiner als bei a.
Wenn der Schwenknocken 96 veranlasst wird, sich relativ zu dem Zwischennocken 94 in der Richtung des Y-Pfeils von 4 weiter zu drehen, wie durch c in 5B gezeigt ist, werden die Öffnungszeitdauer und der Betrag des Hubs des Einlassventils 7 weitergehend kleiner. Durch die Verwendung des Stellglieds 91, um die relative Drehposition des Zwischennockens 94 und des Schwenknockens 96 zu verändern, kann nämlich die Öffnungszeitdauer des Einlassventils 7 frei verändert werden. Jedoch wird in diesem Fall der Betrag des Hubs des Einlassventils 7 umso kleiner, je kürzer die Öffnungszeit des Einlassventils 7 wird.
Die Nockenphasenänderungseinrichtung B1 kann verwendet werden, um die Öffnungszeitabstimmung des Einlassventils 7 frei zu verändern, und die Nockenbetätigungswinkelveränderungseinrichtung B2 kann verwendet werden, um die Veränderung der Öffnungszeitdauer des Einlassventils 7 auf diesem Weg frei zu verändern, so dass sowohl die Nockenphasenveränderungseinrichtung B1 als auch die Nockenbetätigungswinkelveränderungseinrichtung B2, nämlich der Mechanismus B mit variablem Einlassventil verwendet werden kann, um die Öffnungszeitabstimmung und die Öffnungszeitdauer des Einlassventils 7, nämlich die Öffnungszeitabstimmung und die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 frei zu verändern.
Es ist anzumerken, dass der Mechanismus B mit variablem Einlassventil, der in den 1 und 4 gezeigt ist, ein Beispiel zeigt. Es ist ebenso möglich, verschiedenartige Bauarten eines variablen Ventilmechanismus zu verwenden, der ein anderer ist als das in den 1 und 4 gezeigte Beispiel. Insbesondere kann in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung jede Bauart eines Mechanismus verwendet werden, solange ein Schließzeitabstimmungsmechanismus die Schließzeitabstimmung eines Einlassventils 7 verändern kann. Ferner kann ebenso für das Auslassventil 9 ein Mechanismus mit variabler Ventilzeitabstimmung, der dem Mechanismus B mit variabler Ventilzeitabstimmung des Einlassventils 7 ähnlich ist, vorgesehen werden.
Als nächstes wird die Bedeutung der Ausdrücke, die in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden, unter Bezugnahme auf 6A bis 6C erklärt. Es ist anzumerken, dass 6A bis 6C zum Zweck der Erklärung eine Kraftmaschine mit einem Volumen der Brennkammern von 50 ml und einem Hubvolumen des Kolbens von 500 ml zeigt. In diesen 6A bis 6C zeigt das Brennkammervolumen das Volumen der Brennkammer, wenn der Kolben sich an dem oberen Kompressionstotpunkt befindet.
6A erklärt das mechanische Kompressionsverhältnis. Das mechanische Kompressionsverhältnis ist ein Wert, der mechanisch aus dem Hubvolumen des Kolbens und dem Brennkammervolumen zum Zeitpunkt eines Kompressionstakts bestimmt wird. Dieses mechanische Kompressionsverhältnis wird durch (Brennkammervolumen + Hubvolumen)/brennkammervolumen ausgedrückt. In dem in 6A gezeigten Beispiel wird dieses mechanische Kompressionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
6B erklärt das Ist-Kompressionsverhältnis. Dieses Ist-Kompressionsverhältnis ist ein Wert, der aus dem Brennkammervolumen und dem Ist-Hubvolumen des Kolbens von dem Zeitpunkt, wenn der Kompressionsvorgang tatsächlich gestartet wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, bestimmt wird. Dieses Ist-Kompressionsverhältnis wird durch (Brennkammervolumen + Ist-Hubvolumen)/Brennkammervolumen ausgedrückt. Wie nämlich in 6B gezeigt ist, wird auch dann, wenn der Kolben beginnt, sich in dem Kompressionstakt anzuheben, kein Kompressionsvorgang durchgeführt, während das Einlassventil geöffnet ist. Der tatsächliche Kompressionsvorgang wird gestartet, nachdem das Einlassventil sich schließt. Daher wird das Ist-Kompressionsverhältnis wie oben unter Verwendung des Ist-Hubvolumens ausgedrückt. In dem in 6B gezeigten Beispiel wird das Ist-Kompressionsverhältnis (50 ml + 450 ml)/50 ml = 10.
6C erklärt das Expansionsverhältnis. Das Expansionsverhältnis ist ein Wert, der aus dem Hubvolumen des Kolbens zum Zeitpunkt eines Expansionstakts und dem Brennkammervolumen bestimmt wird. Dieses Expansionsverhältnis wird durch (Brennkammervolumen + Hubvolumen)/Brennkammervolumen ausgedrückt. In dem in 7A gezeigten Beispiel wird dieses Expansionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11.
Als nächstes werden die grundlegenden Merkmale der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7, 8A und 8B erklärt. Es ist anzumerken, dass 7 die Beziehung zwischen dem theoretischen thermischen Wirkungsgrad und dem Expansionsverhältnis zeigt, während 8A und 8B einen Vergleich zwischen dem gewöhnlichen Zyklus und dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis zeigen, die selektiv gemäß der Last in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
8A zeigt den gewöhnlichen Zyklus, wobei das Einlassventil sich in der Nähe des unteren Totpunkts schiebt und der Kompressionsvorgang durch den Kolben im Wesentlichen ausgehend von der Nähe des unteren Kompressionstotpunkts gestartet wird. In dem in dieser 8A gezeigten Beispiel wird auf dem selben Weg wie in den 6A bis 6C gezeigten Beispielen das Brennkammervolumen zu 50 ml gemacht, und wird das Hubvolumen des Kolbens zu 500 ml gemacht. Wie aus 8A ersichtlich ist, ist in dem gewöhnlichen Zyklus das mechanische Kompressionsverhältnis (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11, ist das Ist-Kompressionsverhältnis ebenso ungefähr 11 und ist das Expansionsverhältnis ebenso (50 ml + 500 ml)/50 ml = 11. In einer gewöhnlichen Brennkraftmaschine werden nämlich das mechanische Kompressionsverhältnis und das Ist-Kompressionsverhältnis sowie das Expansionsverhältnis im Wesentlichen gleich.
Die durchgezogene Linie in 7 zeigt die Veränderung des theoretischen thermischen Wirkungsgrads in dem Fall, dass das Ist-Kompressionsverhältnis und das Expansionsverhältnis im Wesentlichen gleich sind, nämlich in dem gewöhnlichen Zyklus. In diesem Fall ergibt sich, dass der theoretische thermische Wirkungsgrad umso höher ist, je höher das Expansionsverhältnis ist, nämlich je höher das Ist-Kompressionsverhältnis ist. Daher sollte in einem gewöhnlichen Zyklus zum Anheben des theoretischen thermischen Wirkungsgrads das Ist-Kompressionsverhältnis höher ausgeführt werden. Jedoch kann aufgrund der Beschränkungen hinsichtlich des Auftretens von Klopfen zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit hoher Last das Ist-Kompressionsverhältnis nur auf das maximal von ungefähr 12 angehoben werden, wobei demgemäß in einem gewöhnlichen Zyklus der theoretische thermische Wirkungsgrad nicht ausreichend hoch gemacht werden kann.
Andererseits wird durch das Studium des theoretischen thermischen Wirkungsgrads durch striktes Unterscheiden zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Ist-Kompressionsverhältnis ersichtlich, dass in dem theoretischen thermischen Wirkungsgrad das Expansionsverhältnis dominiert und der theoretische thermische Wirkungsgrad nicht sehr durch das Ist-Kompressionsverhältnis beeinträchtigt wird. Wenn nämlich das Ist-Kompressionsverhältnis ansteigt, steigt die Explosionskraft an, aber erfordert die Kompression eine große Energie, wobei demgemäß auch dann, wenn das Ist-Kompressionsverhältnis ansteigt, der theoretische thermische Wirkungsgrad nicht sehr ansteigen wird.
Wenn dagegen das Expansionsverhältnis ansteigt, wird die Zeitdauer, während der eine Kraft zum Herunterdrücken des Kolbens zum Zeitpunkt des Expansionstakts wird, umso länger, und wird daher die Zeit umso länger, über die der Kolben eine Rotationskraft auf die Kurbelwelle aufbringt. Daher wird der theoretische thermische Wirkungsgrad umso höher, je größer das Expansionsverhältnis gemacht wird. Die gestrichelte Linie ε = 10 in 7 zeigt den theoretischen thermischen Wirkungsgrad in dem Fall der Festlegung des Ist-Kompressionsverhältnisses auf 10 und beim Anheben des Expansionsverhältnisses in diesem Zustand. Es ist ersichtlich, dass der Betrag des Anstiegs des theoretischen thermischen Wirkungsgrads, wenn das Expansionsverhältnis in dem Zustand angehoben wird, in welchem das Ist-Kompressionsverhältnis auf einen niedrigen Wert auf dem vorstehend angegebenen Weg gehalten wird und der Betrag des Anstiegs des theoretischen thermischen Wirkungsgrads in dem Fall beibehalten wird, dass das Ist-Kompressionsverhältnis gemeinsam mit dem Expansionsverhältnis erhöht wird, wie durch die durchgezogene Linie von 7 gezeigt ist, sich nicht so sehr unterscheiden.
Wenn das Ist-Kompressionsverhältnis auf einem niedrigen Wert auf diesem Weg gehalten wird, wird Klopfen nicht auftreten, wobei daher dann, wenn das Expansionsverhältnis in dem Zustand ansteigt, dass das Ist-Kompressionsverhältnis auf einem niedrigen Wert gehalten wird, das Auftreten von Klopfen verhindert werden kann und der theoretische thermische Wirkungsgrad in hohem Maße angehoben werden kann. 8B zeigt ein Beispiel des Falls, wenn der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis und der Mechanismus B mit variabler Ventilzeitabstimmung verwendet werden, um das Ist-Kompressionsverhältnis auf einem niedrigen Wert zu halten und das Expansionsverhältnis anzuheben.
Unter Bezugnahme auf 8B wird in diesem Beispiel der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis verwendet, um das Brennkammervolumen von 50 ml auf 20 ml zu verringern. Andererseits wird der Mechanismus B mit variabler Ventilzeitabstimmung verwendet, um die Schließzeitabstimmung des Einlassventils zu verzögern, bis das Ist-Hubvolumen des Kolbens sich von 500 ml auf 200 ml verändert. Als Folge wird in diesem Beispiel das Ist-Kompressionsverhältnis (20 ml + 200 ml)/20 ml = 11 und wird das Expansionsverhältnis (20 ml + 500 ml)/20 ml = 26. In dem gewöhnlichen Zyklus, der in 8A gezeigt ist, wie vorstehend erklärt ist, beträgt das Ist-Kompressionsverhältnis ungefähr 11 und beträgt das Expansionsverhältnis 11. Im Vergleich mit diesem Fall ergibt sich in dem 8B gezeigten Fall, dass nur das Expansionsverhältnis auf 26 angehoben wird. Daher wird der in 8B gezeigte Zyklus als „Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis” bezeichnet.
Wie vorstehend erklärt ist, wird allgemein gesagt in einer Brennkraftmaschine der thermische Wirkungsgrad umso schlechter, je niedriger die Kraftmaschinenlast ist, wobei es daher zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads zum Zeitpunkt des Fahrzeugbetriebs, nämlich zum Verbessern des Kraftstoffverbrauchs notwendig ist, den thermischen Wirkungsgrad zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last zu verbessern. Andererseits wird in dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis, wie in 8B gezeigt ist, das Ist-Hubvolumen des Kolbens zum Zeitpunkt des Kompressionstakts kleiner gemacht, so dass die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 gesaugt werden kann, kleiner wird, wobei daher dieser Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis nur eingesetzt werden kann, wenn die Kraftmaschinenlast relativ gering ist. Daher wird in der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last der Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis, wie in 8B gezeigt ist, eingerichtet, während zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit hoher Last der gewöhnliche Zyklus eingerichtet wird, der in 8A gezeigt ist.
Als nächstes wird die Betriebssteuerung im Ganzen unter Bezugnahme auf 9 erklärt.
9 zeigt die verschiedenen Veränderungen der Parameter gemäß der Kraftmaschinenlast bei einer bestimmten Kraftmaschinendrehzahl, wie z. B. das mechanische Kompressionsverhältnis, das Expansionsverhältnis, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7, das Ist-Kompressionsverhältnis, die Menge der Einlassluft, den Öffnungsgrad des Drosselventils 17 und den Pumpverlust. Es ist anzumerken, dass in diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das durchschnittliche Luftkraftstoffverhältnis in der Brennkammer 5 normalerweise auf das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis auf der Grundlage des Ausgangssignals des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 rückgeführt geregelt wird, so dass der Dreiwegekatalysator 21 in dem katalytischen Wandler 20 gleichzeitig unverbrannte Kohlenwasserstoffe (unverbranntes HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffoxide (NO_x) in dem Abgas reduzieren kann.
Nun wird, wie vorstehend erklärt ist, zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit hoher Last der gewöhnliche Zyklus, der in 8A gezeigt ist, ausgeführt. Daher wird, wie in 9 gezeigt ist, zu diesem Zeitpunkt das mechanische Kompressionsverhältnis niedriger gemacht, so dass das Expansionsverhältnis gering ist, und wird, wie durch die durchgezogene Linie in 9 gezeigt ist, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt. Ferner ist zu diesem Zeitpunkt die Menge der Einlassluft groß. Zu diesem Zeitpunkt wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 auf vollständig offen oder auf wesentlich vollständig offen gehalten, so dass der Pumpverlust 0 wird.
Wenn andererseits, wie in 9 durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, die Kraftmaschinenlast niedriger wird, wird gemeinsam damit die Menge der Einlassluft reduziert, indem die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 verzögert wird. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt das mechanische Kompressionsverhältnis erhöht, wenn die Kraftmaschinenlast niedriger wird, so dass das Ist-Kompressionsverhältnis im Wesentlichen konstant gehalten wird, wie in 9 gezeigt ist, und daher wird das Expansionsverhältnis ebenso erhöht wenn die Kraftmaschinenlast niedriger wird. Es ist anzumerken, dass zu diesem Zeitpunkt ebenso das Drosselventil 17 auf dem vollständigen offenen oder im Wesentlichen vollständig offenen Zustand gehalten wird, wobei daher die Menge der Einlassluft, die in die Brennkammer 5 gefördert wird, ohne Verlass auf das Drosselventil 17 gefördert wird, sondern durch Verändern der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7. Zu diesem Zeitpunkt wird ebenso der Pumpverlust 0.
Wenn die Kraftmaschinenlast ausgehend von dem Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Last auf diesem Weg niedriger wird, wird mit einem im Wesentlichen konstanten Ist-Kompressionsverhältnis, wenn die Menge der Einlassluft verringert wird, das mechanische Kompressionsverhältnis erhöht. Das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 den oberen Kompressionstotpunkt erreicht, wird nämlich proportional zu der Verringerung der Menge der Einlassluft reduziert. Daher verändert sich das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 den oberen Kompressionstotpunkt erreicht, proportional zu der Menge der Einlassluft. Es ist anzumerken, dass zu diesem Zeitpunkt das Luftkraftstoffverhältnis in der Brennkammer 5 das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, so dass das Volumen der Brennkammer 5, wenn der Kolben 4 den oberen Kompressionstotpunkt erreicht, sich proportional zu der Menge des Kraftstoffs verändert.
Wenn die Kraftmaschinenlast weitergehend niedriger wird, wird das mechanische Kompressionsverhältnis veranlasst, weitergehend anzusteigen. Wenn die Kraftmaschinenlast auf die mittlere Last L₁ in der Nähe der niedrigen Last fällt, erreicht das mechanische Kompressionsverhältnis das mechanische Grenz-Kompressionsverhältnis, das der strukturellen Grenze einer Brennkammer 5 entspricht. Wenn das mechanische Kompressionsverhältnis das mechanische Grenz-Kompressionsverhältnis erreicht, wird in der Region einer Last, die niedriger als die Kraftmaschinenlast L₁ ist, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis das mechanische Grenz-Kompressionsverhältnis erreicht, das mechanische Kompressionsverhältnis auf dem mechanischen Grenz-Kompressionsverhältnis gehalten. Daher wird zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit mittlerer Last an der Seite niedriger Last und zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last das mechanische Kompressionsverhältnis maximal und wird das Expansionsverhältnis ebenso maximal. Anders erklärt wird zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mittlerer Last an der Seite niedriger Last und zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last das mechanische Kompressionsverhältnis maximal gemacht, so dass das maximale Expansionsverhältnis erhalten wird.
Anders gesagt wird in dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel, auch wenn die Kraftmaschinenlast niedriger als L₁ wird, die in 9 durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 weiter verzögert, wenn die Kraftmaschinenlast geringer wird. Wenn die Kraftmaschinenlast auf 12 fällt, wird die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Grenz-Schließzeitabstimmung, die in der Lage ist, die Menge der Einlassluft zu steuern, die in die Brennkammer 5 gefördert wird. Wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Grenz-Schließzeitabstimmung erreicht, wird in der Region einer Last, die niedriger als die Kraftmaschinenlast 12 ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Grenz-Schließzeitabstimmung erreicht, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf der Grenz-Schließzeitabstimmung gehalten.
Wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf der Grenz-Schließzeitabstimmung gehalten wird, kann die Menge der Einlassluft nicht mehr durch die Veränderung der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 gesteuert werden. In dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel wird zu diesem Zeitpunkt, nämlich in der Region einer Last, die niedriger als die Kraftmaschinenlast 12 ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Grenz-Schließzeitabstimmung erreicht, das Drosselventil 17 verwendet, um die Menge der Einlassluft zu steuern, die in die Brennkammer 5 gefördert wird. Wenn jedoch das Drosselventils 17 zum Steuern der Menge der Einlassluft verwendet wird, wie in 9 gezeigt ist, wird der Pumpverlust erhöht.
Es ist anzumerken, dass zum Verhindern eines solchen Pumpverlusts in der Region einer Last, die niedriger als die Kraftmaschinenlast 12 ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Grenz-Schließzeitabstimmung erreicht, es ebenso möglich ist, das Luftkraftstoffverhältnis zu erhöhen, je mehr die Kraftmaschinenlast in dem Zustand niedriger wird, in welchem das Drosselventil 17 vollständig offen gehalten wird oder im Wesentlichen vollständig offen gehalten wird. Dabei ist der Kraftstoffinjektor 13 vorzugsweise innerhalb der Brennkammer 5 angeordnet, um einen geschichtete Verbrennung durchzuführen. Alternativ ist es in der Region einer Last, die niedriger als die Kraftmaschinenlast L₂ ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 die Grenz-Schließzeitabstimmung erreicht, möglich, den Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 umso mehr zu erhöhen, je niedriger die Kraftmaschinenlast in dem Zustand wird, dass das Drosselventil 17 vollständig offen oder im Wesentlichen vollständig offen gehalten wird.
Ferner ist es in der Region einer Last, die niedriger als die Kraftmaschinenlast L₁ ist, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis das mechanische Grenz-Kompressionsverhältnis erreicht, nicht notwendigerweise erforderlich, die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 und den Öffnungsgrad des Drosselventils 17 zu steuern wie vorstehen erklärt ist. In dieser Betriebsregion ist es ausreichend, einen Parameter oder beide Parameter der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 und des Öffnungsgrads des Drosselventils 17 zu steuern, um die Menge der Einlassluft zu steuern.
Wenn andererseits, wie in 9 gezeigt ist, die Kraftmaschinenlast höher als L₁ ist, nämlich zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit mittlerer Last an der Seite mit hoher Last und zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit hoher Last, wird das Ist-Kompressionsverhältnis auf im Wesentlichen den selben Ist-Kompressionsverhältnis für die selbe Kraftmaschinendrehzahl gehalten. Wenn dagegen die Kraftmaschinenlast niedriger als L₁ ist, wenn nämlich das mechanische Kompressionsverhältnis auf dem mechanischen Grenz-Kompressionsverhältnis gehalten wird, wird das Ist-Kompressionsverhältnis durch die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 bestimmt. Wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 verzögert wird, fällt das Ist-Kompressionsverhältnis, wie ersichtlich ist, wenn die Kraftmaschinenlast zwischen L₁ und L₂ liegt. Wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf der Grenz-Schließzeitabstimmung gehalten wird, wird das Ist-Kompressionsverhältnis konstant gehalten, wie ersichtlich ist, wenn die Kraftmaschinenlast in der Betriebsregion niedriger als 12 ist.
Es ist anzumerken, dass dann, wenn die Kraftmaschinendrehzahl höher wird, das Luftkraftstoffgemisch in der Röhrenkammer 5 gestört wird und Klopfen schwerer auftritt. Daher wird in diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das Ist-Kompressionsverhältnis umso höher gemacht, je höher die Kraftmaschinendrehzahl wird.
Andererseits wird, wie vorstehend erklärt ist, in dem Zyklus mit überhöhtem Expansionsverhältnis, wie in 8B gezeigt ist, das Expansionsverhältnis zu 26 gemacht. Dieses Expansionsverhältnis ist vorzugsweise so hoch wie möglich, aber, wie aus 7 ersichtlich ist, kann auch mit Bezug auf das tatsächlich ausführbare untere Ist-Grenz-Kompressionsverhältnis von ε = 5, wenn es 20 oder mehr beträgt, ein beträchtlich hoher stöchiometrischer thermischer Wirkungsgrad erhalten werden. Daher ist in der vorliegenden Erfindung der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis so ausgebildet, dass das Expansionsverhältnis 20 oder mehr wird.
Ferner wird in dem in 9 gezeigten Beispiel das mechanische Kompressionsverhältnis so ausgeführt, dass dieses sich kontinuierlich gemäß der Kraftmaschinenlast verändert. Jedoch kann das mechanische Kompressionsverhältnis ebenso veranlasst werden sich in Stufen gemäß der Kraftmaschinenlast zu verändern.
Andererseits ist es, wie in 9 durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, auch wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird, wenn die Kraftmaschinenlast niedriger wird, nötig, die Menge der Einlassluft ohne Betrachtung des Drosselventils 17 zu steuern. Daher kann, wenn es so ausgedrückt wird, dass es sowohl den in 9 durch die durchgezogene Linie gezeigten Fall als auch den durch die gestrichelte Linie gezeigten Fall umfasst, in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 veranlasst werden, sich in einer Richtung von dem unteren Kompressionstotpunkt zu der Grenz-Schließzeitabstimmung 12 zu bewegen, was die Menge der Einlassluft, die in eine Brennkammer gefördert wird, steuern kann, wenn die Kraftmaschinenlast geringer wird.
In dieser Hinsicht wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung auf dem vorstehend erwähnten Weg das durchschnittliche Luftkraftstoffverhältnis in der Brennkammer 5 rückgeführt auf das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis auf der Grundlage des Ausgangssignals des Luftkraftstoffverhältnissensor 22 geregelt (im Folgenden als „F/B-Regelung) bezeichnet, so dass der unverbrannte HC, CO und NO_x in dem Abgas gleichzeitig durch den Dreiwegekatalysator 21 reduziert werden können. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nämlich das Abgasluftkraftstoffverhältnis (Verhältnis der Luft und des Kraftstoffs, die zu dem Abgasdurchgang an einer stromaufwärtigen Seite des Dreiwegekatalysators 21, der Brennkammer 5 und des Einlassdurchgangs gefördert wird) durch den Luftkraftstoffverhältnissensor 22 erfasst, der an der zum Auslass stromaufwärtigen Seite von dem Dreiwegekatalysator 21 angeordnet ist, und wird der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 veranlasst, einen Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis durch die F/B-Regelung der Menge der Förderung des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffinjektor 13 zu werden.
Nachstehend wird die F/B-Regelung im Einzelnen erklärt. Zuerst wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Menge des Kraftstoffs Qft(n) die von einem Kraftstoffinjektor 13 in einen Zylinder zu fördern ist (im Folgenden „Soll-Kraftstoffförderrate” bezeichnet), durch die folgende Formel (1) berechnet. Qft(n) = Mc(n)/AFT + DQf(n – 1) (1)
Dabei ist in der vorstehend angegebenen Formel (1) „n” der Wert, der eine Anzahl von Durchführungen einer Berechnung an der ECU 30 zeigt. Beispielsweise zeigt Qft(n) eine Soll-Kraftstoffförderrate, die durch das n-te Mal der Berechnung berechnet wird (nämlich zum Zeitpunkt „n”). Ferner zeigt Mc(n) die Menge der Luft, von der vorhergesagt wird, dass diese in jeden Zylinder bis zum Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils 7 gesaugt wird (im Folgenden als „Zylindereinlassluftmenge” bezeichnet). Die Zylindereinlassluftmenge Mc(n) wird bspw. durch Auffinden in einem Kennfeld oder durch eine Berechnungsformel berechnet, in der die Kraftmaschinendrehzahl Ne und eine Luftdurchflussrate mt, die durch den Einlassluftmengendetektor 18 erfasst wurde, als Parameter hat, nämlich im Voraus durch Experimente oder eine Berechnung, wobei dieses Kennfeld oder die Berechnungsformel in dem ROM 32 der ECU 30 gespeichert wird, durch Erfassen der Kraftmaschinendrehzahl Ne und der Luftdurchflussrate mt während des Kraftmaschinenbetriebs, und durch Verwenden dieser Erfassungswerte als Basis zur Berechnung unter Verwendung des vorstehend genannten Kennfelds oder der Berechnungsformel. Ferner ist AFT das Soll-Luftkraftstoffverhältnis, nämlich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses. Ferner ist DQf die Kraftstoffkorrekturmenge, die unter Bezugnahme auf die später erklärte F/B-Regelung berechnet wird. Bei dem Kraftstoffinjektor 13 wird eine Menge des Kraftstoffs entsprechend der Soll-Kraftstoffförderrate eingespritzt, die auf diesem Weg berechnet wurde.
Es ist anzumerken, dass in der vorstehend angegebenen Erklärung die Zylindereinlassluftmenge Mc(n) auf der Grundlage eines Kennfelds usw. berechnet wird, dass die Kraftmaschinendrehzahl Ne und die Luftdurchflussrate mt als Parameter hat, aber bspw. kann diese auch durch andere Verfahren, wie z. B. eine Berechnungsformel auf der Grundlage der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7, des Öffnungsgrads des Drosselventils 17 und des Atmosphäredrucks erhalten werden.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine der Soll-Kraftstoffförderratenberechnungssteuerung zeigt, die eine Soll-Kraftstoffförderrate Qft(n) aus einem Kraftstoffinjektor 13 berechnet. Die gezeigte Steuerroutine wird durch einen Interrupt-Prozess bei vorbestimmten Zeitintervallen durchgeführt.
Zuerst werden bei Schritt 11 die Kraftmaschinendrehzahl Ne und die Luftdurchflussrate mt durch den Kurbelwinkelsensor 42 und den Einlassluftmengendetektor 18 erfasst. Als nächstes wird bei Schritt 12 die Zylindereinlassluftmenge Mc(n) zum Zeitpunkt (n) auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl Ne und der Einlassluftdurchflussrate mt berechnet, die bei Schritt 11 berechnet werden, nämlich unter Verwendung eines Kennfelds oder einer Berechnungsformel. Als nächstes wird bei Schritt 13 die Soll-Kraftstoffförderate Qft(n) durch die vorstehend angegebene Formel (1) auf der Grundlage der Zylindereinlassluftmenge Mc(n), wie in Schritt 12 berechnet wurde, und des Kraftstoffkorrekturbetrags DQf(n – 1) zum Zeitpunkt n – 1 berechnet, die durch die später erklärte F/B-Regelung berechnet wird, wobei dann die Steuerroutine beendet wird. Bei dem Kraftstoffinjektor 13 wird eine Menge des Kraftstoffs entsprechend der Soll-Kraftstoffförderrate Qft(n) eingespritzt, die auf diesem Weg berechnet wird.
Als nächstes wird die F/B-Regelung erklärt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als F/B-Regelung eine Kraftstoffdifferenz ΔQf zwischen der Ist-Kraftstofffördermenge, die auf der Grundlage des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 berechnet wird, und der vorstehend erwähnten Soll-Kraftstoffförderrate Qft für jede Berechnungszeit berechnet, wobei dann die Kraftstoffkorrektur DQf so berechnet wird, dass diese Kraftstoffdifferenz ΔQf = 0 wird. Insbesondere wird die Kraftstoffkorrekturmenge DQf durch die folgende Formel (2) berechnet. Es ist anzumerken, dass in der folgende Formel (2) DQf(n – 1) die Kraftstoffkorrekturmenge in der n-i-ten Berechnung zeigt, nämlich in der vorausgehenden Berechnung, Kmp eine Proportionalverstärkung zeigt und Kmi eine Integralverstärkung zeigt. Diese Proportionalverstärkung Kmp und Intergralverstärkung Kmi können vorbestimmte konstante Werte sein oder können Werte sein, die sich gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand verändern. DQf(n) = DQf(n – 1) + Kmp·ΔQf(n) + Kmi·Σⁿ _k=i ΔQf(k) (2)
11 ist ein Ablaufdiagramm, der eine Steuerroutine der F/B-Regelung zum Berechnen der Kraftstoffkorrekturmenge DQf zeigt. Die gezeigte Steuerroutine wird durch einen Interrupt-Prozess zu jedem vorbestimmten Zeitintervall durchgeführt.
Zuerst wird bei Schritt S21 beurteilt, ob die Bedingung zum Ausführen der F/B-Regelung erfüllt ist. Als Fall, in welchem die Bedingung zum Ausführen der F/B-Regelung erfüllt ist, kann bspw. der Fall, dass die Brennkraftmaschine sich nicht mitten in einem Kaltstart befindet (nämlich die Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur eine gewisse Temperatur oder mehr ist und Kraftstoff zum Zeitpunkt des Starts nicht erhöht wird), der Fall, dass die Einspritzung des Kraftstoffs aus einem Kraftstoffinjektor nicht während eines Kraftmaschinenbetriebs angehalten ist, nämlich während einer Kraftstoffabschaltsteuerung, usw. erwähnt werden. Wenn bei Schritt S21 beurteilt wird, dass die Bedingung zum Ausführen der F/B-Regelung erfüllt ist, schreitet die Routine zu Schritt S22 weiter.
Bei Schritt S22 wird der Ausgangswert VAF(n) des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zum Zeitpunkt der n-ten Berechnung erfasst. Als nächstes wird bei Schritt S23 das Ist-Luftkraftstoffverhältnis AFR(n) zu Zeitpunkt (n) auf der Grundlage des Ausgangswerts VAF(n) berechnet, der bei Schritt 22 erfasst wurde. Das so berechnete Ist-Luftkraftstoffverhältnis AFR(n) wird normalerweise ein Wert, der im Wesentlichen mit dem Ist-Luftkraftstoffverhältnis des Abgases übereinstimmt, das in den Dreiwegekatalysator 21 zum Zeitpunkt der n-ten Berechnung strömt.
Als nächstes wird bei Schritt 24 die Kraftstoffdifferenz ΔQf zwischen der Menge der Kraftstoffförderung, die auf der Grundlage des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 berechnet wurde, und der Soll-Kraftstoffförderrate Qft durch die folgende Formel (3) berechnet. Es ist anzumerken, dass in der folgenden Formel (3) für die Zylindereinlassluftmenge Mc und die Soll-Kraftstoffförderrate Qft die Werte zu dem Zeitpunkt der n-ten Berechnung verwendet werden, aber die Werte vor der n-ten Berechnung ebenso verwendet werden können. ΔQf(n) = Mc(n)/AFR(n) – Qft(n) (3)
Bei Schritt S25 wird die Kraftstoffkorrekturmenge DQf(n) zum Zeitpunkt (n) durch die vorstehend genannte Formel (2) berechnet, wobei dann die Steuerroutine beendet wird. Die berechnete Kraftstoffkorrekturmenge DQf(n) wird in der vorstehend genannten Formel (1) zum Berechnen der Soll-Kraftstoffförderrate verwendet. Wenn andererseits bei Schritt S21 beurteilt wird, dass die Bedingung für die F/B-Regelung nicht erfüllt ist, wird die Steuerroutine beendet, ohne dass die Kraftstoffkorrekturmenge DQf(n) verändert wird.
Es ist anzumerken, dass in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel als F/B-Regelung auf das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis auf der Grundlage des Ausgangssignals des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 der Fall der Durchführung der PI-Regelung gezeigt ist, aber es die F/B-Regelung nicht auf die vorstehend angegebene Regelung beschränkt. Verschiedenartige Regelungen können durchgeführt werden.
In dieser Hinsicht wird, wenn ein solcher Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis verwendet wird, das Volumen der Brennkammer zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben an dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist, umso kleiner, je höher das mechanische Kompressionsverhältnis ist, wobei als Folge das Flächen-Volumen-Verhältnis (Verhältnis des Flächeninhalts und des Volumens der Brennkammer 5, wenn der Kolben an dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist (nachstehend als „S/V-Verhältnis” bezeichnet) umso größer ist. Wenn das S/V-Verhältnis auf diesem Weg größer wird, wird die Kühlregion in der Brennkammer 5 im Ganzen (Region n der Nähe von Wandflächen der Brennkammer usw., die die Flamme nicht erreicht) relativ groß. Der HC, der in dem Luftkraftstoffgemisch in dieser Kühlregion enthalten ist, wird grundsätzlich nicht brennen, da die Flamme diesen nicht erreichen wird, auch wenn das Luftkraftstoffgemisch innerhalb der Brennkammer 5 brennt. Wenn daher das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird und das S/V-Verhältnis ansteigt, steigt die Menge des HC, die schwer zu verbrennen ist, auch wenn die Verbrennung des Luftkraftstoffgemisches in der Brennkammer 5 auftritt, relativ an.
Wenn andererseits das Luftkraftstoffgemisch in der Brennkammer 5 brennt, erreicht das Innere der Brennkammer 5 eine hohe Temperatur. Wenn der HC in der Kühlregion einer hohen Temperatur auf diesem Weg ausgesetzt wird, wird ein Teil in Wasserstoff (H₂) umgewandelt. Dieses H₂ wird dann aus der Brennkammer 5 ausgestoßen, ohne in der Brennkammer 5 verbrannt zu werden. Wenn daher der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis verwendet wird, um das mechanische Kompressionsverhältnis zu erhöhen, wird das S/V-Verhältnis ansteigen und wird als Folge die Menge von H₂, der in dem Abgas enthalten ist ansteigen. Insbesondere wird in dem vorliegende Ausführungsbeispiel das mechanische Kompressionsverhältnis zu einem hohen Kompressionsverhältnis von 20 oder höher gemacht, so dass im Vergleich mit einer normalen Brennkraftmaschine (Brennkraftmaschine, bei der das mechanische Kompressionsverhältnis auf 12 oder ähnliches gesteuert wird), das S/V-Verhältnis extrem groß werden. Gemeinsam damit wird die Menge von H₂, die in dem Abgas enthalten ist, ebenso ansteigen.
Andererseits wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der F/B-Regelung des Luftkraftstoffverhältnisses der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 verwendet. Jedoch hat dieser Luftkraftstoffverhältnissensor 22 eine hohe Empfindlichkeit gegenüber H₂. Wenn die H2-Konzentration in dem Abgas hoch ist, wird aus diesem Grund die Tendenz bestehen, dass der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht.
Auch wenn der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auf diesem Weg abweicht, wird dann, wenn der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis nicht verwendet wird, das Verhältnis von H₂, der in dem Abgas enthalten ist, im Wesentlichen konstant einheitlich sein, und daher wird das Ausmaß der Abweichung des Ausgangswerts von dem Luftkraftstoffverhältnissensor 22 im Wesentlichen konstant einheitlich sein, so dass eine gewisse Korrektur im Voraus angewendet werden kann, um dies geeignet auszugleichen. Wenn jedoch der Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis verwendet wird, wird sich das Verhältnis von H₂, das in dem Abgas enthalten ist, gemäß dem mechanischen Kompressionsverhältnis verändern, nämlich gemäß dem S/V-Verhältnis, so dass auch dann, wenn eine gewisse Korrektur durchgeführt wird, ein geeigneter Ausgleich nicht möglich ist.
Ferner ist bei einer gewöhnlichen Brennkraftmaschine die Menge von H₂, die in dem Abgas enthalten ist, nicht sehr groß, wobei daher die Abweichung des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 ebenso ein vernachlässigbares Ausmaß aufweist. Bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine jedoch, bei der das mechanische Kompressionsverhältnis ein hohes Kompressionsverhältnis von 20 oder mehr ist, wird das S/V-Verhältnis manchmal extrem groß. Gemeinsam damit wird das Verhältnis von H₂, der in dem Abgas enthalten ist, ebenso höher. Aus diesem Grund weicht der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 in hohem Maße zu der fetten Seite mit einem nicht vernachlässigbaren Ausmaß ab und kann das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases nicht mehr genau erfasst werden. Als Folge kann das Luftkraftstoffverhältnis nicht mehr geeignet gesteuert werden und werden manchmal eine Verschlechterung der Verbrennungseffizienz und eine Verschlechterung der Abgasemissionen herbei geführt.
Daher wird in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Soll-Luftkraftstoffverhältnis gemäß dem mechanischen Kompressionsverhältnis gesteuert.
12 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis zeigt. Wie aus 12 ersichtlich ist, wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedrig eingerichtet (auf die fette Seite), wenn das mechanische Kompressionsverhältnis hoch ist, nämlich im Vergleich mit der Situation, wenn dieses niedrig ist. Im Einzelnen wird dann, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger eingerichtet. Anders gesagt wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger eingerichtet, wenn das S/V-Verhältnis höher wird.
Hier steigt auf die vorstehend erwähnte Weise die Menge von H₂, der in dem Abgas enthalten ist, an, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird. Ferner wird das Außenmaß, mit dem der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensor 22 zu der fetten Seite abweicht, umso größer, je höher die Menge des H₂ ist, der in dem Abgas enthalten ist. Daher wird das Außenmaß, mit dem der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht, größer, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf die fette Seite eingerichtet, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird. Auch wenn das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird und der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht, wird daher das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf die fette Seite um exakt denjenigen Betrag eingerichtet, so dass als Folge das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases F/B-geregelt wird, so dass dieses das tatsächliche Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird (das das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist). Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nämlich das Soll-Luftkraftstoffverhältnis um exakt den Betrag der Abweichung korrigiert, der in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffsensors 22 auftritt, da das mechanische Luftkraftstoffverhältnis höher wird, wodurch die Abweichung, die in dem Ausgangwert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, ausgeglichen werden kann. Anders gesagt kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen werden, dass die Wirkung der H₂-Konzentration, die sich aufgrund einer Änderung des mechanischen Kompressionsverhältnisses verändert, durch Korrigieren eines Parameters, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, nämlich des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses kleiner gemacht werden kann.
Ferner wird in dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das Soll-Luftkraftstoffverhältnis gemäß der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 gesteuert.
13 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis zeigt. Die durchgezogene Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf die Nachstellseite eingerichtet ist, die gestrichelte Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf die vorgestellte Seite eingerichtet ist, und die Punkt-Strich-Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf ein mittleres Ausmaß der Zeitabstimmung eingerichtet ist. Wie aus 13 ersichtlich ist, wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger eingerichtet (zu der fetten Seite), wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf die vorbestellte Seite eingerichtet ist, nämlich im Vergleich damit, wenn diese sich auf der nachgestellten Seite befindet. Im Einzelnen wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger eingerichtet, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird.
Wenn in dieser Hinsicht die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird, wird die tatsächliche Kompressionsfunktion frühzeitiger gestartet und als Folge wird das Ist-Kompressionsverhältnis höher. Wenn das Ist-Kompressionsverhältnis höher wird, wird die Dichte des Luftkraftstoffgemisches in einer Brennkammer 5, wenn der Kolben an dem oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist, höher. Aus diesem Grund erhöht sich die Menge von HC, die in der Kühlregion vorhanden ist, und daher erhöht sich ebenso die Menge von H2, der innerhalb der Brennkammer 5 erzeugt wird. Wenn die Menge von H2 auf diesem Weg ansteigt, wird die Abweichung, die an dem Luftkraftstoffverhältnissensor 22 auftritt, ebenso größer. Zusammenfassend wird dann, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird, die Abweichung, die bei dem Luftkraftstoffverhältnissensor 22 auftritt größer.
Dabei wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird, das Soll Luftkraftstoffverhältnis auf die fette Seite eingestellt. Auch wenn daher die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird und der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auf der fetten Seite abweicht, wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf die fette Seite um exakt den Betrag eingestellt, so dass als Folge das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases F/Bgeregelt wird, so dass dieses tatsächliche Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird (nämlich das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis). Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nämlich das Soll-Luftkraftstoffverhältnis um exakt den Betrag der Abweichung des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 aufgrund der Tatsache korrigiert, dass die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird, wodurch die Abweichung, die in den Luftausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensor 22 auftritt, ausgeglichen wird. Anders gesagt kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gesagt werden, dass ein Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, nämlich das Soll-Luftkraftstoffverhältnis so korrigiert wird, dass die Wirkung der H₂-Konzentrationsveränderung aufgrund einer Änderung der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 kleiner gemacht wird.
Daher wird in dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das Soll-Luftkraftstoffverhältnis gemäß dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 gesteuert.
14 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis zeigt. Die durchgezogene Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 groß ist, die gestrichelte Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem der Öffnungsgrad des EGR-Ventils klein ist, und die Punkt-Strich-Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 ein mittleres Ausmaß aufweist. Wie aus 14 ersichtlich ist, wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger eingestellt (nämlich zu der fetten Seite), wenn der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 im Vergleich damit klein ist, wenn dieser groß ist. Genauer wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger eingestellt, wenn den Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 kleiner wird.
Wenn der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 größer gemacht wird, wird in dieser Hinsicht die Menge des EGR-Gases, das in die Brennkammer 5 gefördert wird, erhöht. Wenn die Menge des EGR-Gases, das in die Brennkammer 5 gefördert wird, auf diesem Weg erhöht wird, wird die Menge des Luftkraftstoffgemischs der Luft und des Kraftstoffs, das in die Brennkammer 5 gefördert wird, verringert und fällt die Dichte des Luftkraftstoffgemischs in der Brennkammer 5 ab. Aus diesem Grund verringert sich die Menge von HC, die in der Kühlregion vorhanden ist, und verringert sich daher die Menge von H₂, die in der Brennkammer 5 erzeugt wird, ebenso. Wenn die Menge von H₂ auf diesem Weg verringert wird, wird die Abweichung, die in dem Luftkraftstoffverhältnissensor 22 auftritt, kleiner. Wenn zusammenfassend der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 größer gemacht wird, wird die Abweichung, die in dem Luftkraftstoffverhältnissensor 22 auftritt, kleiner werden. Wenn dagegen der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 kleiner gemacht wird, wird die Abweichung des in dem Luftkraftstoffverhältnissensor 22 größer werden.
Dabei wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 kleiner wird, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf die fette Seite eingestellt. Auch wenn daher der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 kleiner gemacht wird und der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht, wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis zu der fetten Seite um diesen Betrag eingestellt, so dass als Folge das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases F/B-geregelt wird, so dass dieses das tatsächliche Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird (nämlich das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis). Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nämlich das Soll-Luftkraftstoffverhältnis um exakt den Betrag der Abweichung korrigiert, die in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensor 22 auftritt, aufgrund der Tatsache, dass der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 kleiner gemacht wird, wodurch die Abweichung, die in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, ausgeglichen wird. Andersherum gesagt kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gesagt werden, dass ein Parameter, das sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, nämlich das Soll-Luftkraftstoffverhältnis korrigiert wird, so dass die Wirkung der H₂-Konzentrationsänderung aufgrund einer Änderung des Öffnungsgrads des EGR-Ventils 24 kleiner gemacht wird.
Es ist anzumerken, dass in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel beim Durchführen der F/B-Regelung der Luftkraftstoffverhältnissensor 22 verwendet wird. Jedoch ist es anstelle des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 ebenso möglich, einen Sauerstoffsensor zu verwenden, um die F/B-Regelung durchzuführen. Ferner hat ein Sauerstoffsensor wie ein Luftkraftstoffverhältnissensor 22 eine hohe Empfindlichkeit gegenüber H₂. Daher kann anstelle eine Luftkraftstoffverhältnissensors 22 ebenso ein Sauerstoffsensor verwendet werden, und wird in diesem Fall ebenso die Steuerung ähnlich wie in dem Fall der Verwendung des vorstehend genannten Luftkraftstoffverhältnissensors 22 durchgeführt.
Ferner gibt es zusätzlich zu einem Luftkraftstoffverhältnissensor oder einem Sauerstoffsensor Sensoren, die eine hohe Empfindlichkeit gegenüber H₂ haben. Als Beispiel eines solchen Sensors kann bspw. ein NO_x-Sensor erwähnt werden, der die Konzentration von NO_x in dem Abgas erfasst. Mit einem NO_x-Sensor gibt es die Tendenz, dass die NO_x-Konzentration umso niedriger erfasst wird, je höher die H2-Konzentration in dem Abgas ist.
Wenn der Ausgangswert eines NO_x-Sensors als Basis der Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet wird, wird daher der Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, korrigiert, so dass die Betriebssteuerung der Brennkraftmaschine, die durchgeführt wird, wenn die NO_x-Konzentration höher als die NO_x-Konzentration ist, die durch den NO_x-Sensor erfasst wird, umso mehr durchgeführt wird, je höher das mechanische Kompressionsverhältnis ist. Wenn bspw. das mechanische Kompressionsverhältnis hoch ist, wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger korrigiert (zu der fetten Seite) oder wird eine Korrektur so durchgeführt, dass die Häufigkeit der Ausführung einer Fettspitzensteuerung zum zeitweiligen Anfetten des Abgasluftkraftstoffverhältnisses erhöht wird.
Zusammenfassend kann in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gesagt werden, dass ein Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, gemäß dem mechanischen Kompressionsverhältnis korrigiert wird, so dass die Wirkung der H₂-Konzentration in dem Abgas, die sich gemeinsam mit einer Erhöhung des mechanischen Kompressionsverhältnisses erhöht, kleiner gemacht wird.
Es ist anzumerken, dass in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel das Soll-Luftkraftstoffverhältnis gemäß dem mechanischen Kompressionsverhältnis gesteuert wird. Wenn jedoch das S/V-Verhältnis verändert wird, wird die Konzentration von H₂ in dem Abgas sich verändern und wird ein ähnliches Problem auftreten, so dass die vorstehend erwähnte Steuerung nicht auf einen Mechanismus A mit variablem Kompressionsverhältnis beschränkt ist, und kann diese ebenso auf eine Brennkraftmaschine angewendet werden, die einen S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus hat, der das S/V-Verhältnis ändern kann.
Ferner wird in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel als Abgasreinigungskatalysator ein Dreiwegekatalysator verwendet, aber es ist ebenso möglich, einen NO_x-Speicherreduktionskatalysator oder einen anderen Abgasreinigungskatalysator zu verwenden. Ferner wird in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel das Soll-Luftkraftstoffverhältnis zu dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis gemacht, aber muss das Soll-Luftkraftstoffverhältnis nicht notwendigerweise das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis sein. Beispielsweise wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis zu einem Luftkraftstoffverhältnis an der mageren Seite ausgehend von dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis gemacht,
15 ist ein Ablaufdiagramm, das die Steuerroutine zur Steuerung zum Einstellen des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses zeigt. Wie in 15 gezeigt ist, wird zuerst bei Schritt S31 das mechanische Kompressionsverhältnis erfasst. Als nächstes wird bei Schritt S32 die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 erfasst. Als nächstes wird bei Schritt S33 der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 erfasst. Bei Schritt S34 wird der Betrag der Korrektur kεm des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses auf der Grundlage des mechanischen Kompressionsverhältnisses auf der Grundlage des mechanischen Kompressionsverhältnisses, das bei Schritt S31 erfasst wurde, und unter Verwendung eine Kennfelds berechnet, wie z. B. das, welches in 16A gezeigt ist. Als nächstes wird Bei Schritt S35 der Betrag der Korrektur kivc des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses auf der Grundlage der Einlassventilschließzeitabstimmung auf der Grundlage der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7, die bei Schritt S32 erfasst wurde, und unter Verwendung eines Kennfeldes berechnet, wie z. B. das, welches in 16B gezeigt ist. Bei Schritt S36 wird der Betrag der Korrektur kegr des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses auf der Grundlage des EGR-Ventilöffnungsgrads auf der Grundlage des Öffnungsgrads des EGR-Ventils 24, der bei Schritt S33 erfasst wurde, und unter Verwendung eines Kennfeldes berechnet, wie z. B. das, welches in 16C gezeigt ist. Als nächstes wird bei Schritt S37 der Wert des tatsächlichen Soll-Luftkraftstoffverhältnisses AFTbast minus de Betrag der Korrektur, der Bei Schritt S34 bis Schritt S36 berechnet wurde, zu dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis AFT gemacht. Das Soll-Luftkraftstoffverhältnis AFT, das auf diesem Weg berechnet wurde, wird bei Schritt S13 von 10 verwendet.
Es ist anzumerken, dass in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel der Betrag der Korrektur des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses auf der Grundlage der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 und des Öffnungsgrads des EGR-Ventils 24 berechnet wird. Jedoch ist es ebenso möglich, den Korrekturkoeffizienten des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses auf der Grundlage der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 und des Öffnungsgrads des EGR-Ventils 24 und durch multiplizieren des Korrekturkoeffizienten, der auf diesem Weg berechnet wurde, mit dem Betrag der Korrektur des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses zu berechnen, das auf der Grundlage des mechanischen Kompressionsverhältnisses berechnet wurde.
Als nächstes wird das Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erklärt. Die Konfiguration des Steuersystems einer Brennkraftmaschine des zweiten Ausführungsbeispiels ist grundlegend die selbe wie die Konfiguration des Steuersystems einer Brennkraftmaschine des ersten Ausführungsbeispiels. Jedoch wird in dem Steuersystem einer Brennkraftmaschine des ersten Ausführungsbeispiels der Wert eines Parameters, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, gemäß dem mechanischen Kompressionsverhältnis usw. verändert, während in einem Steuersystem einer Brennkraftmaschine des zweiten Ausführungsbeispiels der Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung gemäß dem mechanischen Kompressionsverhältnis usw. korrigiert wird.
17 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Betrag der Korrektur des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite zeigt. Die durchgezogene Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf die verzögerte Seite eingestellt ist, die gestrichelte Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 zu der vorgestellten Seite eingestellt ist, und die Punkt-Strich-Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf ein mittleres Ausmaß einer Zeitabstimmung eingestellt ist.
Wie aus 17 ersichtlich ist, wird dann, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis hoch ist, nämlich im Vergleich damit wenn dieses niedrig ist, der Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite größer gemacht. Genauer gesagt wird, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird, der Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite größer gemacht. Anders gesagt wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn das S/V-Verhältnis höher wird, der Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite größer gemacht.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird auch dann, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird und der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht, der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite um exakt diesen Betrag eingerichtet, so dass als Folge der korrigierte Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 das tatsächliche Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zeigt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nämlich der Luftausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 um exakt den Betrag der Abweichung korrigiert, der in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, nämlich aufgrund der Tatsache, dass das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird, wodurch die Abweichung, die in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, ausgeglichen wird. Anders gesagt kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gesagt werden, dass der Ausgangswert einer Erfassungsvorrichtung, der sich gemäß der H₂-Konzentration verändert, so korrigiert wird, dass die Wirkung der H₂-Konzentration, die sich aufgrund einer Änderung des mechanischen Kompressionsverhältnisses verändert, kleiner gemacht wird.
Wie ferner aus 17 ersichtlich ist, wird der Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite größer gemacht, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 sich auf der vorgestellten Seite befindet, nämlich im Vergleich damit, wenn diese sich an der verzögerten Seite befindet. Im Einzelnen wird, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 weiter vorgestellt wird, der Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite größer gemacht.
Auch wenn gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird und der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht, wird der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite um exakt diesen Betrag korrigiert, so dass als Folge der korrigierte Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 das tatsächliche Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zeigt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nämlich der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 um exakt den Betrag der Abweichung korrigiert, der in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, nämlich aufgrund der Tatsachse, dass die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird, wodurch die Abweichung, die in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, ausgeglichen wird. Anders gesagt kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gesagt werden, dass der Ausgangswert einer Erfassungsvorrichtung, der sich gemäß der H₂-Konzentration verändert, so korrigiert wird, dass die Wirkung der H₂-Konstellationsveranderung aufgrund einer Änderung der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 kleiner gemacht wird.
Ferner ist es ebenso möglich, den Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite zu erhöhen, wenn der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 klein ist, nämlich im Vergleich damit, wenn dieser groß ist. In diesem Fall wird im Einzelnen, wenn der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 kleiner wird, der Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite größer gemacht. Auch wenn aufgrund dieser Tatsache der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 kleiner gemacht wird und der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht, wird der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite um exakt diesen Betrag korrigiert, so dass der korrigierte Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 das tatsächliche Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zeigen wird.
Es ist anzumerken, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenso auf dem selben Weg wie in dem ersten vorstehend genannten Ausführungsbeispiel eine ähnliche Steuerung durchgeführt werden kann, auch wenn ein Sauerstoffsensor oder ein NO_x-Sensor anstelle des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 verwendet wird. Daher kann zusammenfassend gesagt werden, dass in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Ausgangswert (nämlich die Konzentration des spezifischen Bestandteils in dem Abgas) einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen der Konzentration eines spezifischen Bestandteils in dem Abgas und eine Änderung des Ausgangswerts gemäß der Konzentration von Wasserstoff in dem Abgas gemäß dem mechanischen Kompressionsverhältnis korrigiert wird.
Als nächstes wird ein Steuersystem einer Brennkraftmaschine eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. Die Konfiguration des Steuersystems einer Brennkraftmaschine des dritten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung ist grundlegend die selbe wie die Konfiguration des Steuersystems einer Brennkraftmaschine des zweiten Ausführungsbeispiels. Jedoch wird bei dem Steuersystem einer Brennkraftmaschine des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 gemäß dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis korrigiert.
In dieser Hinsicht wird bei der Brennkraftmaschine des vorstehend genannten Ausführungsbeispiels das Soll-Luftkraftstoffverhältnis im Wesentlichen konstant auf dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis ausgeführt. Dagegen kann bei der Brennkraftmaschine des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Soll-Luftkraftstoffverhältnis gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand verändert werden. Beispielsweise wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Abgasreinigungskatalysator ein NO_x-Speicherreduktionskatalysator verwendet, wobei das Soll-Luftkraftstoffverhältnis zum Zeitpunkt des normalen Betriebs mager gemacht wird und das Soll-Luftkraftstoffverhältnis fett gemacht wird, wenn NO_x, das in dem NO_x-Speicherreduktionskatalysator gespeichert wird, desorbiert werden soll. Auf diesem Weg wird für eine Brennkraftmaschine, bei der das Soll-Luftkraftstoffverhältnis sich gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand verändert, in einem Steuersystem in einer Brennkraftmaschine des dritten Ausführungsbeispiels der Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite vorgenommen, so dass diese sich gemäß dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis verändert.
18 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Betrag der Korrektur des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite zeigt. Die durchgezogene Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem das Soll-Luftkraftstoffverhältnis zu der mageren Seite eingestellt wird, die gestrichelte Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem dass Soll-Luftkraftstoffverhältnis zu der fetten Seite eingestellt wird, und die Punkt-Strich-Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem das Soll-Luftkraftstoffverhältnis zu im Wesentlichen dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wird.
Wie aus 18 ersichtlich ist, wird der Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite größer gemacht, wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedrig ist (sich auf der fetten Seite befindet), nämlich im Vergleich damit, wenn dieses hoch ist (sich auf der mageren Seite befindet). Genauer gesagt wird, wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger wird, der Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite größer gemacht.
Wenn dabei das Luftkraftstoffverhältnis des Luftkraftstoffgemisches in der Brennkammer 5 niedriger wird, wird die HC-Konzentration in dem Luftkraftstoffgemisch erhöht. Wenn die HC-Konzentration in dem Luftkraftstoffgemisch hoch wird, wird die Menge des HC, das in der Kühlregion vorhanden ist, erhöht und wird daher die Menge von H₂, die in der Brennkammer 5 erzeugt wird, ebenso erhöht. Wenn die Menge von H₂ sich auf diesem Weg erhöht, wird die Abweichung, die bei dem Luftkraftstoffverhältnissensor 22 auftritt, größer. Wenn zusammenfassend das Luftkraftstoffverhältnis des Luftkraftstoffgemischs in der Brennkammer 5 niedriger wird, weicht der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite ab.
Dabei wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger wird, der Betrag der Korrektur des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite größer gemacht. Auch wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger wird und der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht, wird aus diesem Grund der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite um exakt diesen Betrag korrigiert, so dass als Folge der korrigierte Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 das tatsächliche Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zeigen wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nämlich dadurch, dass der Luftausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 um exakt den Betrag der Abweichung korrigiert wird, die in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, da das Soll-Luftkraftstoffverhältnis niedriger wird, die Abweichung, die in dem Ausgangwert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt ausgeglichen. Anders gesagt kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gesagt werden, dass der Ausgangswert einer Erfassungsvorrichtung mit einem Ausgangswert, der sich gemäß der H2-Konzentration verändert, so korrigiert wird, dass die Wirkung der H2-Konzentration, die sich durch Verändern des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses verändert, kleiner gemacht wird.
Als nächstes wird ein Steuersystem ein er Brennkraftmaschine eines vierten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. Das Steuersystem einer Brennkraftmaschine eines vierten Ausführungsbeispiels ist, wie in 19 gezeigt ist, nicht nur mit dem Luftkraftstoffverhältnissensor 22, der an einer zum Abgas stromaufwärtigen Seite des Dreiwegekatalysators 21 angeordnet ist, sondern ebenso mit einem Sauerstoffensensor 22', der an einer zum Abgas stromabwärtigen Seite des Dreiwegekatalysators 21 angeordnet ist.
In dieser Hinsicht verursacht manchmal die Wärme des Abgases, dass der Luftkraftstoffverhältnissensor 22 sich verschlechtert und daher eine Abweichung in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt. Wenn eine Abweichung in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auf diesem Weg auftritt, wird der Luftkraftstoffverhältnissensor 22 bspw. eine Ausgangsspannung erzeugen, die ursprünglich erzeugt werden sollte, wenn das Abgasluftkraftstoffverhältnis das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis wird, wenn das Verhältnis magerer als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist. Daher wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Sub-F/B-Regelung unter Verwendung des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 22' verwendet, um die Abweichung auszugleichen, die in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, und um den Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu einem Wert zu machen, der dem tatsächlichen Abgasluftkraftstoffverhältnis entspricht.
Der Sauerstoffsensor 22' kann nämlich erfassen, ob das Abgasluftkraftstoffverhältnis fetter oder magerer als ein stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis ist. Wenn das tatsächliche Abgasluftkraftstoffverhältnis mager wird, wird der Ausgangswert des Sauerstoffsensors 24 ein niedriger Wert, währen dann, wenn das tatsächliche Abgasluftkraftstoffverhältnis fett wird, die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors 24 ein höherer Wert werden wird. Wenn daher das tatsächliche Abgasluftkraftstoffverhältnis im Wesentlichen das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis geworden ist, wenn es nämlich wiederholt in der Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses ansteigt und abfällt, kehrt sich die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors 22' zwischen einem hohen Wert und einem niedrigen Wert wiederholt um. Von diesem Standpunkt betrachtet wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 so korrigiert, dass die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors 22 sich wiederholt zwischen einem hohen Wert und einem niedrigen Wert umkehrt.
20 ist ein Zeitdiagramm des Ist-Abgasluftkraftstoffverhältnisses, des Ausgangswerts des Sauerstoffsensors und des Ausgangskorrekturwerts efsfb des Luftkraftstoffverhältnissensors 22. Das Zeitdiagramm von 20 zeigt den Zustand, in welchem trotz der Tatsache, dass das Ist-Abgasluftkraftstoffverhältnis so gesteuert wird, dass dieses das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis wird, eine Abweichung in dem Luftkraftstoffverhältnissensor 22 auftritt, und das Ist-Abgasluftkraftstoffverhältnis nicht das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis wird, und wobei in diesem Fall die Abweichung, die in dem Luftkraftstoffverhältnissensor 22 auftritt, ausgeglichen wird.
In dem in 20 gezeigten Beispiel wird zum Zeitpunkt t₀ das Ist-Abgasluftkraftstoffverhältnis nicht das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis, sondern wird magerer als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis. Das liegt daran, dass dann, wenn die Abweichung in dem Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt und das Ist-Abgasluftkraftstoffverhältnis ein Luftkraftstoffverhältnis wird, das magerer als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, der Luftkraftstoffverhältnissensor 22 einen Ausgangswert entsprechend dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis abgibt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Ausgangswert des Sauerstoffsensors 22' ein niedriger Wert.
Der Ausgangskorrekturwert efsfb des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 ist ein Korrekturwert, der zu dem Ausgangswert VAF hinzugefügt wird, der bei Schritt S22 von 11 berechnet wird. Bei Schritt S23 von 11 wird der Ausgangswert VAF, der bei Schritt S22 berechnet wurde, um diesen Ausgangskorrekturwert efsfb erhöht und wird das Ergebnis als Basis für die Berechnung des Ist-Luftkraftstoffverhältnisses AFR(n) verwendet. Wenn daher dieser Ausgangskorrekturwert efsfb ein positiver Wert ist, wird der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite korrigiert, währen dann, wenn dieser ein negativer Wert ist, der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite korrigiert wird. Ferner wird, je größer der absolute Wert des Ausgangskorrekturwerts efsfb wird, der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 umso stärker korrigiert.
Wenn der Ausgangswert des Sauerstoffsensors 22' ein niedriger Wert wird, obwohl der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 im Wesentlichen das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, bedeutet das, dass der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht. Daher wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn der Ausgangswert des Sauerstoffsensors 22' ein niedriger Wert ist, wie in 20 gezeigt ist, der Wert des Ausgangskorrekturwerts efsfb erhöht, um den Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der mageren Seite zu korrigieren. Wenn andererseits der Ausgangswert des Sauerstoffsensors 22' der hohe Wert wird, obwohl der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 das im Wesentlichen stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, wird der Wert des Ausgangskorrekturwerts efsfb verringert, um den Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite zu korrigieren.
Insbesondere wird der Wert des Ausgangskorrekturwerts efsfb durch die folgende Formel (4) berechnet. Es ist anzumerken, dass in der folgenden Formel (4) efsfb (n – 1) den Ausgangskorrekturwert der n-1-ten Zeit zeigt, nämlich die Zeit der vorherigen Berechnung, Ksp die Proportionalverstärkung zeigt und Ksi die Integralverstärkung zeigt. Ferner zeigt ΔVO(n) die Ausgangsdifferenz zwischen dem Ausgangswert des Sauerstoffsensors 22' zum Zeitpunkt der n-ten Berechnung und dem Soll-Ausgangswert (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nämlich das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis). efsfb(n) = efsfb(n – 1) + Ksp·ΔVO(n) + Ksi· Σⁿ _k-1 AVO(k) (4)
Auf diesem Weg wird in dem in 20 gezeigten Beispiel, wenn der Wert des Ausgangskorrekturwerts efsfb des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 ansteigt, die Abweichung, die in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, korrigiert und nähert sich das Ist-Abgasluftkraftstoffverhältnis graduell an das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis an. In dieser Hinsicht wird H₂, das in dem Abgas enthalten ist, das von der Brennkammer 5 ausgestoßen wird, innerhalb des Dreiwegekatalysators 21 verbrannt, so dass das Abgas, das durch die zum Abgas stromabwärtige Seite des Dreiwegekatalysators 21 strömt, nicht viel H₂ enthält. Andererseits ist in dem vorstehend erwähnten Weg der Sauerstoffsensor 22' an der zum Abgas stromabwärtigen Seite des Dreiwegekatalysators 21 angeordnet. Aus diesem Grund wird der Sauerstoffsensors 22' kaum durch das H2 in dem Abgas beeinträchtigt. Auch wenn daher das Abgas, das von der Brennkammer 5 ausgestoßen wird, H₂ enthält, kann der Sauerstoffsensor 22' die Sauerstoffkonzentration relativ genau erfassen. Aus diesem Grund ist es auch dann, wenn eine Abweichung in dem Ausgangswert des stromaufwärtigen Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, durch Durchführen einer F/B-Regelung auf der Grundlage des Ausgangswerts des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 22' möglich, eine Abweichung des Ausgangswerts des stromaufwärtigen Luftkraftstoffverhältnissensors 22 mit einem gewissen Ausmaß auszugleichen.
Jedoch ist die Sub-F/B-Regelung auf der Grundlage des Ausgangswerts des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 22' langsam bezüglich einer Ansprechgeschwindigkeit im Vergleich mit der Geschwindigkeit der Änderung des mechanischen Kompressionsverhältnisses usw. Auch wenn das mechanische Kompressionsverhältnis usw. sich ändert, dauert es eine Zeit, um die Abweichung des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 durch die Sub-F/B-Regelung auszugleichen. Aus diesem Grund kann die vorstehend genannte Sub-F/B-Regelung nicht zum raschen Ausgleichen einer Abweichung des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 verwendet werden.
Daher wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Sub-F/B-Regelung zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Ausgangskorrekturwert efsfb, ein Auffüll-Korrekturwert efsbh berechnet, der auf der Grundlage des mechanischen Kompressionsverhältnisses usw. berechnet wird, und wird dieser Ausgangskorrekturwert efsfb und der Auffüll-Korrekturwert efsfbh zu dem Ausgangswert VAF addiert, der bei Schritt S22 in 11 berechnet wurde.
21 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen dem mechanischen Kompressionsverhältnis und dem Auffüll-Korrekturwert efsfbh zeigt. Die durchgezogene Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 zu der verzögerten Seite eingestellt ist, die gestrichelte Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf die vorgestellte Seite eingestellt ist, und die Punkt-Strich-Linie in der Figur zeigt den Fall, in welchem die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 auf ein mittleres Ausmaß der Zeitabstimmung eingestellt ist.
Wie aus 21 ersichtlich ist, wird der Auffüll-Korrekturwert ifswh größer gemacht, während das mechanische Kompressionsverhältnis hoch ist, nämlich im Vergleich damit, wenn dieses gering ist. Im Einzelnen wird der Auffüll-Korrekturwert efsfbh größer gemacht, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird. Anders gesagt wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn das S/V-Verhältnis höher wird, der Auffüll-Korrekturwert efsfbh größer gemacht.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird auch dann, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird und der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht, der Auffüll-Korrekturwert efsfbh um exakt den Betrag größer gemacht und wird der Betrag der Korrektur des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 durch die Sub-F/B-Regelung erhöht, so dass als Folge der korrigierte Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 das tatsächliche Abgasluftkraftstoffverhältnis zeigen wird. Ferner verändert sich der Auffüll-Korrekturwert efsfbh gemäß dem mechanischen Kompressionsverhältnis, so dass es möglich ist, auf Veränderungen des mechanischen Kompressionsverhältnisses rasch zu reagieren. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nämlich die Sub-F/B-Regelung zu raschen Korrigieren um exakt den Betrag der Abweichung verwendet, die in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 aufgrund der Tatsache auftritt, dass das mechanische Kompressionsverhältnis höher wird, wodurch die Abweichung, die in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, ausgeglichen wird.
Ferner wird, wie aus 21 ersichtlich ist, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 sich auf der vorgestellten Seite befindet, im Vergleich damit, wenn diese sich auf der verzögerten Seite befindet, der Auffüll-Korrekturwert efsfbh größer gemacht. Im Einzelnen wird dann, wenn die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird, der Auffüll-Korrekturwert efsfbh größer gemacht.
Auch wenn gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird und der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht, wird der Auffüll-Korrekturwert efsfbh um exakt den Betrag größer gemacht und wird der Betrag der Korrektur des Ausgangswerts des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 durch die Sub-F/B-Regelung erhöht, so dass als Folge der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 das tatsächliche Abgasluftkraftstoffverhältnis zeigt. Ferner verändert der Auffüll-Korrekturwert efsfbh sich gemäß der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7, so dass es möglich ist, rasch auf Veränderungen der Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 zu reagieren. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nämlich der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 um exakt den Betrag der Abweichung korrigiert, der in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 aufgrund der Tatsache auftritt, dass die Schließzeitabstimmung des Einlassventils 7 vorgestellt wird, wodurch die Abweichung, die in dem Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 auftritt, ausgeglichen wird.
Ferner ist es ebenso möglich, den Auffüll-Korrekturwert efsfbh zu erhöhen, wenn der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 im Vergleich mit dem Fall klein ist, wenn dieser groß ist. In diesem Fall wird im Einzelnen der Auffüll-Korrekturwert efsfbh größer gemacht, wenn der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 kleiner wird. Aufgrund dieser Tatsache wird auch dann, wenn der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 24 kleiner gemacht wird und der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 zu der fetten Seite abweicht, der Auffüll-Korrekturwert efsfbh um dieses Ausmaß größer gemacht, so dass als Folge der Ausgangswert des Luftkraftstoffverhältnissensors 22 das tatsächliche Abgasluftkraftstoffverhältnis zeigt.
Es ist anzumerken, dass in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel die Erklärung von dem Fall angegeben wurde, dass der Luftkraftstoffverhältnissensor 22 an der stromaufwärtigen Seite des Dreiwegekatalysators 21 angeordnet ist und der Sauerstoffsensor 22' an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, aber ist eine ähnliche Steuerung möglich, auch wenn ein Sauerstoffsensor an der stromaufwärtigen Seite verwendet wird oder ein Luftkraftstoffverhältnissensor an der stromabwärtigen Seite verwendet wird.
Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung im Einzelnen auf der Grundlage von spezifischen Ausführungsbeispielen erklärt wurde, aber der Fachmann verschiedenartige Änderungen, Abwandlungen usw, ohne Abweichen von den Ansprüchen und dem Konzept der vorliegenden Erfindung vornehmen könnte.
Bezugszeichenliste

1: KURBELGEHÄUSE
2: ZYLINDERBLOCK
3: ZYLINDERKOPF
4: KOLBEN
5: BRENNKAMMER
6: EINLASSVENTIL
70: FÜR DEN EINLASSVENTILBETRIEB VERWENDETE NOCKENWELLE
A: MECHANISMUS MIT VARIABLEM KOMPRESSIONSVERHÄLTNIS
B: MECHNISMUS MIT VARIABLER VENTILZEITABSTIMMUNG

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-303423 A [0002, 0004]

Claims

Steuersystem einer Brennkraftmaschine mit einem S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus, der ein S/V-Verhältnis einer Brennkammer verändern kann, und einer Erfassungsvorrichtung, deren Ausgangswert sich gemäß einer Wasserstoffkonzentration in dem Abgas verändert, die sich mit einem Anstieg des S/V-Verhältnisses erhöht, wobei die Brennkraftmaschine durch den Ausgangswert des Erfassungswerts gesteuert wird, wobei der Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung oder ein Parameter, der sich auf einen Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, gemäß dem S/V-Verhältnis des vorstehend genannten S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus korrigiert wird.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung oder der Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, so korrigiert wird, dass die Wirkung der Wasserstoffkonzentration in dem Abgas, die sich mit einem Anstieg des S/V-Verhältnisses erhöht, kleiner wird.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung eine Vorrichtung ist, die eine Konzentration eines spezifischen Bestandteils in dem Abgas erfasst, der ein anderer als Wasserstoff ist, und wobei die Konzentration des spezifischen Bestandteils, die durch die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung erfasst wird, gemäß dem S/V-Verhältnis des S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus korrigiert wird.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung eine Vorrichtung ist, die eine Konzentration eines spezifischen Bestandteils in dem Abgas außer dem Wasserstoff erfasst, und wobei ein Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, gemäß dem S/V-Verhältnis des S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus korrigiert wird.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung ein Sauerstoffsensor oder ein Luftkraftstoffverhältnissensor ist, die die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas oder das Luft kraftstoffverhältnis erfasst.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, ein Soll-Luftkraftstoffverhältnis ist.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung ein NO_x-Sensor ist, der eine NO_x-Konzentration in dem Abgas erfasst.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, ferner mit einem Mechanismus mit variabler Ventilzeitabstimmung, die eine Schließzeitabstimmung des Einlassventils steuern kann, wobei der Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung oder der Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, nicht nur gemäß dem S/V-Verhältnis des S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus, sondern ebenso gemäß der Schließzeitabstimmung des Einlassventils korrigiert wird.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, ferner mit einem EGR-Durchgang, der einen Kraftmaschineneinlassdurchgang und einen Kraftmaschinenauslassdurchgang verbindet, und mit einem EGR-Ventil, das den EGR-Durchgang öffnet und schließt, wobei der Ausgangswert der Erfassungsvorrichtung oder der Parameter, der sich auf den Betrieb der Brennkraftmaschine bezieht, nicht nur gemäß dem S/V-Verhältnis des S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus, sondern ebenso gemäß dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils korrigiert wird.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, ferner mit einem Abgasreinigungskatalysator, der in einem Kraftmaschinenabgasdurchgang angeordnet ist, wobei die vorstehend genannte Erfassungsvorrichtung einen stromaufwärtigen Sauerstoffsensor oder Luftkraftstoffverhältnissensor hat, der an einer stromaufwärtigen Seite des vorstehend genannten Abgasreinigungskatalysators angeordnet ist, und einen stromabwärtigen Sauerstoffsensor oder Luftkraftstoffverhältnissensor hat, der an einer stromabwärtigen Seite des Abgasreinigungskatalysators angeordnet ist, wobei die Menge der Förderung des Kraftstoffs auf der Grundlage des Ausgangswerts des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors gesteuert wird, so dass das Abgasluftkraftstoffverhältnis das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird, wobei dann, wenn der Ausgangswert des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors von dem Ist-Abgasluftkraftstoffverhältnis abweicht, der Ausgangswert des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors oder der Betrag der Kraftstoffförderung auf der Grundlage des Ausgangswerts des stromabwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors korrigiert wird, und wobei der Betrag der Korrektur des Ausgangswerts des stromaufwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors oder der Menge des Kraftstoffs auf der Grundlage des Ausgangswerts des stromabwärtigen Sauerstoffsensors oder Luftkraftstoffverhältnissensors gemäß dem S/V-Verhältnis des S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus korrigiert wird.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der S/V-Verhältnisveränderungsmechanismus ein Mechanismus mit variablem Kompressionsverhältnis ist, der das mechanische Kompressionsverhältnis verändern kann.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 11, ferner mit einem Mechanismus mit variabler Ventilzeitabstimmung, der die Schließzeitabstimmung des Einlassventils steuern kann, wobei die Menge der Einlassluft, die in einer Brennkammer gefördert wird, hauptsächlich durch Verändern der Schließzeitabstimmung des Einlassventils gesteuert wird, und wobei das mechanische Kompressionsverhältnis zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last im Vergleich mit dem Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit hoher Last höher gemacht wird.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 11, wobei zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last das mechanische Kompressionsverhältnis zum maximalen mechanischen Kompressionsverhältnis gemacht wird.
Steuersystem einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 11, wobei zum Zeitpunkt des Kraftmaschinenbetriebs mit niedriger Last das Expansionsverhältnis zu 20 oder mehr gemacht wird.