DE112011104720T5

DE112011104720T5 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112011104720T5
Application number: DE112011104720T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ashizawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2013-11-07
Also published as: US20120272937A1; JP5083470B2; CN102713212B; JPWO2012095999A1; WO2012095999A1; CN102713212A

Abstract

Ein Verbrennungsmotor ist mit einer Variabel-Volumen-Vorrichtung, welche das Volumen einer Verbrennungskammer durch Zusammendrücken einer Gasfeder ändert, wenn der Druck in der Verbrennungskammer einen Steuerdruck erreicht, einer Druckänderungsvorrichtung, welche einen Druck des Gases der Gasfeder ändert, und einer Volumenänderungsvorrichtung versehen, welche ein Volumen eines Kompressionsraumes ändert, in dem das Gas der Gasfeder komprimiert ist. Der Verbrennungsmotor erfasst den Betriebszustand und führt eine Steuerung durch zum Reduzieren des Druckes des Gases der Gasfeder und Reduzieren des Volumens des Kompressionsraumes, desto größer die Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes in der Verbrennungskammer ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor.
STAND DER TECHNIK
Ein Verbrennungsmotor versorgt eine Verbrennungskammer mit Kraftstoff und Luft und verbrennt den Kraftstoff in der Verbrennungskammer, sodass eine Antriebskraft ausgegeben wird. Beim Verbrennen von Kraftstoff in der Verbrennungskammer ist das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luft und Kraftstoff in einem Komprimiert-Zustand. Es ist bekannt, dass das Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors einen Effekt auf die Ausgabe und den Kraftstoffverbrauch hat. Durch Anheben des Kompressionsverhältnisses ist es möglich, das Ausgabemoment zu erhöhen oder den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. In diesem Zusammenhang ist es, wenn das Kompressionsverhältnis extrem hoch ausgebildet wird, bekannt, dass in der Verbrennungskammer eine abnormale Verbrennung stattfindet.
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift (A) Nr. 2000-230439 offenbart einen Verbrennungsmotor vom Selbstzündungstyp, welcher eine Verbrennungskammer mit einer Nebenkammer bereitstellt, welche durch einen Druckregler in Verbindung gebracht ist, wobei der Druckregler ein Ventilelement und einen Ventilschaft hat, welcher mit dem Ventilelement verbunden ist und welcher zur Verbrennungskammerseite hin vorgespannt ist. Es ist offenbart, dass dieser Verbrennungsmotor vom Selbstzündungstyp den Druckregler gegen den Druck eines Federelements hochtreibt und den Druck an die Nebenkammer freigibt, wenn eine übermäßige Frühzündung usw. bewirkt, dass der Verbrennungsdruck einen vorbestimmten zulässigen Druckwert überschreitet. Diese Veröffentlichung offenbart einen Druckregler, welcher bei einem Druck arbeitet, der größer als der Druck ist, welcher infolge einer übermäßigen Frühzündung usw. auftritt. Ferner ist in dieser Veröffentlichung ein Verbrennungsmotor offenbart, wobei eine Nebenkammer ausgebildet ist, welche mit der Verbrennungskammer in Verbindung steht, und ein Nebenkolben vertikal bewegbar in die Nebenkammer eingesetzt ist. Der Nebenkolben wird von einer mechanischen Feder angedrückt. Es ist offenbart, dass, wenn der Kraftstoff verbrannt wird, der Druck in der Verbrennungskammer bewirkt, dass die mechanische Feder zusammengedrückt wird und der Nebenkolben hochgeht und das Volumen der Nebenkammer, welche mit der Verbrennungskammer in Verbindung steht, größer wird.
ZITIERLISTE
Patentliteratur

PLT1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift (A) Nr. 2000-230439

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
In einer Vorrichtung, die beim Verbrennen von Kraftstoff den Druck in einer Verbrennungskammer steuert, kann als das Element, welches zusammengedrückt wird, wenn der Druck in der Verbrennungskammer ansteigt, zusätzlich zu der mechanischen Feder, welche in der obigen japanischen Patent-Offenlegungsschrift (A) Nr. 2000-230439 offenbart ist, eine Gasfeder verwendet werden, in welcher ein Gas eingeschlossen ist. Eine Gasfeder kann leicht den hohen Druck in einer Verbrennungskammer bewältigen durch Anheben des Gasdrucks im Inneren. Das heißt, durch Verwenden einer Gasfeder ist es möglich, in einfacher Weise die Elastizität zu verbessern.
In diesem Zusammenhang ist es in einer Vorrichtung, die den Druck in einer Verbrennungskammer steuert, wenn der Druck erreicht wird, bei dem der Nebenkolben sich bewegen sollte, bevorzugt, dass der Nebenkolben sich sofort bewegt und der Anstieg im Druck der Verbrennungskammer unterdrückt wird. In diesem Zusammenhang hat in der Realität der Nebenkolben eine Trägheit, sodass eine Ansprechverzögerung in der Bewegung des Nebenkolbens auftritt. In der Zeitspanne, in welcher eine Ansprechverzögerung auftritt, steigt der Druck in der Verbrennungskammer fortgesetzt an, sodass manchmal der aktuelle Druck in der Verbrennungskammer höher wird als der gewünschte Druck. Zum Beispiel steigt manchmal infolge der Ansprechverzögerung des Nebenkolbens nach einer Zündung in der Verbrennungskammer der Druck in der Verbrennungskammer fortgesetzt an und als Ergebnis wird letztendlich der Druck, bei welchem eine abnormale Verbrennung stattfindet, erreicht.
Durch Vergrößern der den Druck in der Verbrennungskammer aufnehmenden Fläche des Nebenkolbens ist es möglich, das Bewegungsansprechen des Nebenkolbens zu verbessern. Jedoch gibt es in einem Verbrennungsmotor Beschränkungen für die Größe des Raumes zum Platzieren der Vorrichtung zum Steuern des Drucks in der Verbrennungskammer. Es gab daher das Problem, dass es schwierig war, die druckaufnehmende Fläche des Nebenkolbens zu vergrößern.
Die vorliegende Erfindung hat als ihr Ziel die Bereitstellung eines Verbrennungsmotors, welcher mit einer Vorrichtung versehen ist, welche den Druck in einer Verbrennungskammer steuert und welche es ermöglicht, dass der Druck in einer Verbrennungskammer so ausgebildet wird, dass er sich genau an einen Solldruck annähert.
PROBLEMLÖSUNG
Der Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Variabel-Volumen-Vorrichtung, welche eine Gasfeder aufweist, die wegen eines komprimierten Gases Elastizität hat, und welche, wenn der Druck in einer Verbrennungskammer einen vorbestimmten Steuerdruck erreicht, die Änderung im Druck der Verbrennungskammer als eine Antriebsquelle nutzt, sodass die Gasfeder zusammengedrückt wird, wodurch das Volumen der Verbrennungskammer oder das Volumen eines mit der Verbrennungskammer in Verbindung stehenden Raumes sich ändert, eine Druckänderungsvorrichtung, welche einen Druck des Gases der Gasfeder ändert, und eine Volumenänderungsvorrichtung, welche ein Volumen eines Kompressionsraumes ändert, in welchem das Gas der Gasfeder komprimiert ist. Der Betriebszustand des Verbrennungsmotors wird verwendet als die Basis zum Schätzen einer Verbrennungsgeschwindigkeit von Kraftstoff in der Verbrennungskammer. Der Druck des Gases der Gasfeder wird reduziert und das Volumen des Kompressionsraumes kleiner gemacht, desto größer die Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer ist.
In der obigen Erfindung erfasst der Motor den Betriebszustand des Verbrennungsmotors, wählt einen Solldruck aus, welchen eine Verbrennungskammer in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand erreichen sollte, und reduziert den Druck des Gases der Gasfeder, sodass ein Maximalwert des Drucks in der Verbrennungskammer im Wesentlichen der Solldruck wird.
In der obigen Erfindung weist die Variabel-Volumen-Vorrichtung ein rohrförmiges Teil, welches mit der Verbrennungskammer in Verbindung steht, und ein Bewegungselement auf, welches im Inneren des rohrförmigen Teils bewegbar angeordnet ist, wobei das Bewegungselement einen Raum im Inneren des rohrförmigen Teils definiert, wodurch auf der der Verbrennungskammer zugewandten Seite eine Nebenkammer gebildet ist und wodurch auf der zu der der Verbrennungskammer zugewandten Seite entgegengesetzten Seite eine Gaskammer als Kompressionsraum gebildet ist, und wobei die Druckänderungsvorrichtung zum Ändern des Druckes in der Gaskammer mit der Gasfeder verbunden ist.
In der obigen Erfindung weist die Volumenänderungsvorrichtung einen Gastank, welcher mit der Gaskammer verbunden ist, und ein Absperrventil auf, welches in einem Strömungspfad zwischen der Gaskammer und dem Gastank angeordnet ist. Das Absperrventil kann betätigt werden, um das Volumen des Kompressionsraumes der Gasfeder zu ändern.
In der obigen Erfindung weist die Druckänderungsvorrichtung bevorzugt ein Isolierventil zum Isolieren der Gasfeder auf und wird eine Steuerung durchgeführt zum Schließen des Isolierventils in der Zeitspanne, während der die Gasfeder zusammengedrückt wird.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welcher mit einer Vorrichtung versehen ist, welche den Druck in einer Verbrennungskammer steuert und welche es ermöglicht, dass der Druck in einer Verbrennungskammer so ausgebildet wird, dass er sich genau einem Solldruck annähert.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors in einer Ausführungsform 1.
2 ist eine schematische Ansicht einer Variabel-Volumen-Vorrichtung und einer Volumenänderungsvorrichtung und einer Druckänderungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors in einer Ausführungsform 1.
3 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen einem Kurbelwinkel und einem Druck in einer Verbrennungskammer in einem Verbrennungsmotor in einer Ausführungsform 1 zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches einen Normalbetrieb und einen Betrieb erläutert, in welchem der Steuerdruck in einem Verbrennungsmotor in einer Ausführungsform 1 reduziert wird.
5 ist ein Diagramm, welches einen Betrieb zum Absenken des Steuerdrucks und einen Betrieb beim Absenken des Steuerdrucks und weiteren Reduzieren des Kompressionsraums der Gasfeder in einem Verbrennungsmotor in einer Ausführungsform 1 erläutert.
6 ist ein Ablaufdiagramm einer Betriebssteuerung in einer Ausführungsform 1.
7 ist eine schematische Ansicht eines mit einer anderen Volumenänderungsvorrichtung versehenen Verbrennungsmotors in einer Ausführungsform 1.
8 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors in einer Ausführungsform 2.
9 ist ein Ablaufdiagramm einer Betriebssteuerung in einer Ausführungsform 2. 10 ist ein Diagramm, welches einen Betriebszustand eines Verbrennungsmotors in einer Ausführungsform 2 erläutert.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
Bezugnehmend auf 1 bis 7 wird ein Verbrennungsmotor in einer Ausführungsform erläutert werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Erläuterung unter Bezugnahme auf das Beispiel eines Verbrennungsmotors, welcher in einem Fahrzeug montiert ist, gegeben werden.
1 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors in der vorliegenden Ausführungsform. Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform ist ein Funkenzündungstyp. Der Verbrennungsmotor ist mit einem Motorkörper 1 versehen. Der Motorkörper 1 weist einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 4 auf. Im Inneren des Zylinderblocks 2 sind Kolben 3 angeordnet. In der vorliegenden Erfindung werden der Raum im Inneren eines Zylinders, der von der Deckfläche des Kolbens und dem Zylinderkopf umgeben ist, wenn der Kolben den oberen Totpunkt bei Kompression erreicht, und der Raum im Inneren des Zylinders, der von der Deckfläche des Kolbens und dem Zylinderkopf bei irgendeiner Position umgeben ist, die „Verbrennungskammer” genannt werden. Die obere Fläche der Verbrennungskammer 5 ist von dem Zylinderkopf 4 gebildet, wohingegen die untere Fläche der Verbrennungskammer 5 von der Deckfläche des Kolbens 3 gebildet ist.
Eine Verbrennungskammer 5 ist für jeden Zylinder ausgebildet. Jede Verbrennungskammer 5 ist mit einer Motoreinlasspassage und einer Motorauslasspassage verbunden. An dem Zylinderkopf 4 sind ein Einlasskanal 7 und ein Auslasskanal 9 ausgebildet. Ein Einlassventil 6 ist an einem Ende des Einlasskanals 7 angeordnet und ist so ausgebildet, dass es die Motoreinlasspassage, welche mit der Verbrennungskammer 5 in Verbindung steht, öffnen und schließen kann. Ein Auslassventil 8 ist an einem Ende des Auslasskanals 9 angeordnet und ist so ausgebildet, dass es die Motorauslasspassage, welche mit der Verbrennungskammer 5 in Verbindung steht, öffnen und schließen kann. An dem Zylinderkopf 4 ist eine als eine Zündeinrichtung dienende Zündkerze 10 befestigt. Die Zündkerze 10 ist ausgebildet zum Zünden des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer 5.
Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 versehen zum Zuführen von Kraftstoff zu jeder Verbrennungskammer 5. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 in der vorliegenden Ausführungsform ist so angeordnet, dass sie Kraftstoff in den Einlasskanal 7 einspritzt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 ist nicht auf diese beschränkt. Es ist ausreichend, dass sie so angeordnet ist, dass sie der Verbrennungskammer 5 Kraftstoff zuführen kann. Zum Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtung so angeordnet sein, dass sie Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer einspritzt.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 ist durch eine Variabelausgabe-Kraftstoffpumpe 29 vom elektronisch gesteuerten Typ mit einem Kraftstofftank 28 verbunden. Der Kraftstoff, welcher in dem Kraftstofftank 28 gespeichert ist, wird mittels der Kraftstoffpumpe 29 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 zugeführt.
Der Einlasskanal 7 jedes Zylinders ist durch einen entsprechenden Einlassverteilerkanal 13 mit einem Zwischenbehälter 14 verbunden. Der Zwischenbehälter 14 ist durch eine Ansaugleitung 15 und einen Luftdurchflussmengenmesser 16 mit einem Luftreiniger (nicht gezeigt) verbunden. An der Ansaugleitung 15 ist der Luftdurchflussmengenmesser 16 angeordnet zum Erfassen der Menge von Ansaugluft. Im Inneren der Ansaugleitung 15 ist ein Drosselventil 18 angeordnet, welches von einem Schrittmotor 17 angetrieben wird. Andererseits ist der Auslasskanal 9 jedes Zylinders mit einem entsprechenden Auslassverteilerkanal 19 verbunden. Der Auslassverteilerkanal 19 ist mit einem katalytischen Wandler 21 verbunden. Der katalytische Wandler 21 in der vorliegenden Ausführungsform weist einen Dreiwege-Katalysator 20 auf. Der katalytische Wandler 21 ist mit einem Auspuffrohr 22 verbunden.
Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer elektronischen Steuereinheit 31 versehen. Die elektronische Steuereinheit 31 in der vorliegenden Ausführungsform weist einen Digitalrechner auf. Die elektronische Steuereinheit 31 weist miteinander durch einen bidirektionalen Bus 32 verbundene Komponenten auf, wie beispielsweise ein RAM (Direktzugriffspeicher) 33, ein ROM (Nur-Lese-Speicher) 34, eine CPU (Mikroprozessor) 35, einen Eingabeport 36 und einen Ausgabeport 37.
Der Luftdurchflussmengenmesser 16 erzeugt eine Ausgabespannung, welche proportional zu der Ansaugluftmenge ist, welche in jede Verbrennungskammer 5 aufgenommen wird. Diese Ausgabespannung wird durch einen entsprechenden AD-Wandler 38 in den Eingabeport 36 eingegeben. Ein Gaspedal 40 hat einen damit verbundenen Lastsensor 41. Der Lastsensor 41 erzeugt eine Ausgabespannung, welche proportional zu dem Niederdrückausmaß des Gaspedals 40 ist. Diese Ausgabespannung wird durch einen entsprechenden AD-Wandler 38 in den Eingabeport 36 eingegeben.
Ein Kurbelwinkelsensor 42 erzeugt jedes Mal, wenn eine Kurbelwelle sich zum Beispiel um einen vorbestimmten Winkel dreht, einen Ausgabeimpuls. Dieser Ausgabeimpuls wird in den Eingabeport 36 eingegeben. Die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 42 kann verwendet werden zum Erfassen der Motordrehzahl. Ferner kann die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 42 zum Erfassen des Kurbelwinkels verwendet werden.
Der Ausgabeport 37 der elektronischen Steuereinheit 31 ist durch entsprechende Treiberschaltkreise 39 mit jeder Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 und jeder Zündkerze 10 verbunden. Die elektronische Steuereinheit 31 in der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass sie die Kraftstoffeinspritzung steuert und die Zündung steuert. Das heißt, der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge werden von der elektronischen Steuereinheit 31 gesteuert. Ferner wird der Zündzeitpunkt jeder Zündkerze 10 von der elektronischen Steuereinheit 31 gesteuert. Der Ausgabeport 37 ist durch die entsprechenden Treiberschaltkreise 39 außerdem mit dem Schrittmotor 17 zum Antreiben des Drosselventils 18 und der Kraftstoffpumpe 29 verbunden. Diese Einrichtungen werden von der elektronischen Steuereinheit 31 gesteuert.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Variabel-Volumen-Vorrichtung, einer Volumenänderungsvorrichtung und einer Druckänderungsvorrichtung in einem Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform. Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Verbrennungsdruck-Steuersystem versehen, welches den Druck in jeder Verbrennungskammer steuert, wenn der Kraftstoff verbrannt wird. Das Verbrennungsdruck-Steuersystem in der vorliegenden Ausführungsform ist versehen mit einer Variabel-Volumen-Vorrichtung, mittels welcher das Volumen des mit der Verbrennungskammer in Verbindung stehenden Raumes geändert wird. Die Variabel-Volumen-Vorrichtung weist eine Gasfeder 50 auf. Die Gasfeder 50 ist mit jeder Verbrennungskammer 5 in jedem Zylinder verbunden. Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform hat eine Nebenkammer 60 als den Raum, welcher mit jeder Verbrennungskammer 5 in Verbindung steht.
Die Variabel-Volumen-Vorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform nutzt die Druckänderung in jeder Verbrennungskammer 5, wenn der Druck der Verbrennungskammer 5 den Steuerdruck erreicht, als die Antriebsquelle zum Ändern des Volumens der Nebenkammer 60. Das heißt, die Variabel-Volumen-Vorrichtung arbeitet durch die Druckänderung in der Verbrennungskammer 5. Der Steuerdruck in der vorliegenden Erfindung ist ein Druck in der Verbrennungskammer, wenn die Variabel-Volumen-Vorrichtung zu arbeiten beginnt. Das heißt, dies ist der Druck in der Verbrennungskammer, wenn der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 sich zu bewegen beginnt. Die Variabel-Volumen-Vorrichtung hält den Druck in der Verbrennungskammer 5 davon ab, dass er der Druck eines Auftretens einer abnormalen Verbrennung oder mehr wird.
Die abnormale Verbrennung in der vorliegenden Erfindung umfasst zum Beispiel eine Verbrennung, die anders als der Zustand ist, wenn eine Zündeinrichtung das Luft-Kraftstoff-Gemisch zündet und sich die Verbrennung allmählich von dem Zündpunkt aus ausbreitet. Eine abnormale Verbrennung umfasst zum Beispiel das Klopf-Phänomen, das Detonations-Phänomen und das Vorzündungs-Phänomen. Das Klopf-Phänomen umfasst das Zündungsklopfen-Phänomen. Das Zündungsklopfen-Phänomen ist das Phänomen, bei dem Kraftstoff in einer Funkeneinrichtung gezündet wird, sich die Flamme zentriert von der Zündeinrichtung aus ausbreitet und das unverbrannten Kraftstoff enthaltene Luft-Kraftstoff-Gemisch an der am weitesten von der Zündeinrichtung befindlichen Position selbstzündet. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch an der am weitesten von der Zündeinrichtung befindlichen Position wird von dem Verbrennungsgas in der Nähe der Zündeinrichtung komprimiert, bekommt eine hohe Temperatur und einen hohen Druck, und zündet selbst. Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch selbstzündet, wird eine Druckwelle erzeugt.
Das Detonations-Phänomen ist das Phänomen, bei dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch infolge einer Druckwelle zündet, die durch das eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisende Luft-Kraftstoff-Gemisch hindurch passiert. Diese Druckwelle wird zum Beispiel infolge des Funkenzündungs-Phänomens erzeugt. Das Vorzündungs-Phänomen wird auch das „Frühzündungs-Phänomen” genannt. Das Vorzündungs-Phänomen ist das Phänomen dahingehend, dass Metall an der Spitze einer Zündkerze oder im Inneren einer Verbrennungskammer abgelagerte Kohlenstoffrückstände usw. auf eine vorbestimmte Temperatur oder mehr erwärmt sind und in dem dieses aufrecht erhaltenden Zustand dieses Teil der Funken zum Zünden und Verbrennen von Kraftstoff vor dem Zündzeitpunkt wird.
Die Variabel-Volumen-Vorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Rohrelement 51 versehen, das jedes rohrförmige Teil bildet. Das Rohrelement 51 in der vorliegenden Ausführungsform ist in einer zylindrischen Form ausgebildet. Im Inneren des Rohrelements 51 ist ein Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 als das Bewegungselement angeordnet. Der Raum in Inneren des Rohrelements 51 wird von dem Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 geteilt. Im Inneren des Rohrelements 51 ist auf der der Verbrennungskammer 5 zugewandten Seite eine Nebenkammer 60 ausgebildet. Ferner ist im Inneren des Rohrelements 51 auf der zu der der Verbrennungskammer 5 zugewandten Seite entgegengesetzten Seite eine Gaskammer 61 ausgebildet.
Jeder Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 ist nicht an dem Rohrelement 51 befestigt, sondern ist zum Bewegen in der Axialrichtung des Rohrelements 51 ausgebildet. Der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 bewegt sich, wie durch den Pfeil 100 gezeigt, im Inneren des Rohrelements 51. Der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 kontaktiert das Rohrelement 51 durch als Dichtelemente dienende Kolbenringe. Infolge der Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 ändert sich das Volumen der Nebenkammer 60. Das Verbrennungsgas strömt in die Nebenkammer 60.
Die Gasfeder 50 der Variabel-Volumen-Vorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass sie durch im Inneren eingeschlossenes Gas Elastizität aufweist. Die Gaskammer 61 der Gasfeder 50 ist mit unter Druck gesetztem Gas gefüllt, sodass der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 beginnt sich zu bewegen, wenn der Druck der Verbrennungskammer 5 den gewünschten Steuerdruck erreicht. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Gaskammer 61 mit Luft befüllt. Das Gas, welches in die Gaskammer 61 gefüllt wird, ist nicht auf Luft beschränkt. Jedes Gas kann verwendet werden.
Die Gasfeder 50 in der vorliegenden Ausführungsform hat einen Kompressionsraum, in welchem das Gas im Inneren zu dem Zeitpunkt einer Kompression komprimiert wird. Ferner ist der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform mit einer Volumenänderungsvorrichtung versehen, welche das Volumen des Kompressionsraums ändert. Die Volumenänderungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform weist einen Gastank 90, welcher mit der Gaskammer 61 verbunden ist, und ein Absperrventil 86 auf. Das Absperrventil 86 ist in dem Strömungspfad zwischen der Gaskammer 61 und dem Gastank 90 angeordnet. Die Volumenänderungsvorrichtung wird von der elektronischen Steuereinheit 31 gesteuert. Das Absperrventil 86 in der vorliegenden Ausführungsform wird von der elektronischen Steuereinheit 31 gesteuert. Durch Öffnen des Absperrventils 86 bilden die Gaskammer 61 und der Gastank 90 den Kompressionsraum. Ferner bildet durch Schließen des Absperrventils 86 die Gaskammer 61 den Kompressionsraum.
Bei dem Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform wird der Kompressionsraum geschlossen in der Zeitspanne, während der der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 sich bewegt, das heißt, in der Zeitspanne, während der die Gasfeder 5 zusammengedrückt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist in der Zeitspanne, während der die Gasfeder 50 zusammengedrückt wird, der Druckregler 85 geschlossen. Durch Schließen des Druckreglers 85 ist es möglich, den Strömungspfad, welcher mit dem Kompressionsraum verbunden ist, abzusperren. Die Gasfeder 50 hat infolge dessen, dass der Kompressionsraum geschlossen ist, Elastizität. Wegen des Drucks in dem Kompressionsraum wird der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 mit Druck beaufschlagt.
Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer Druckänderungsvorrichtung versehen, welche den Druck in dem Kompressionsraum der Gasfeder ändert. Die Druckänderungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform ist mit dem Gastank 90 verbunden.
Die Druckänderungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform weist einen Motor 71 und einen Kompressor 72 auf, welcher von dem Motor 71 angetrieben wird. An dem Auslass des Kompressors 72 ist ein Rückschlagventil 82 angeordnet. Das Rückschlagventil 82 verhindert, dass Gas aus der Gaskammer 61 rückwärts ausströmt. Der Kompressor 72 ist mit dem Rückschlagventil 81 und einem Filter 73 verbunden. Der Filter 73 entfernt Fremdmaterial aus der Luft, welche in den Kompressor 72 eingesogen wird. Das Rückschlagventil 81 verhindert, dass die Luft von dem Kompressor 72 aus rückwärts strömt.
Die Druckänderungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform weist einen Drucksensor 74 auf, der als eine Druckerfassungseinrichtung dient, welche den Druck in dem Kompressionsraum der Gasfeder 50 erfasst. Der Drucksensor 74 in der vorliegenden Ausführungsform ist in dem Strömungspfad angeordnet, welcher die Gaskammer 61 und das Absperrventil 86 verbindet.
Die Druckänderungsvorrichtung wird von der elektronischen Steuereinheit 31 gesteuert. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Motor 71 von der elektronischen Steuereinheit 31 gesteuert. Das Luftablassventil 84 und der Druckregler 85 in der vorliegenden Ausführungsform werden von der elektronischen Steuereinheit 31 gesteuert. Die Ausgabe des Drucksensors 74 wird in die elektronische Steuereinheit 31 eingegeben.
Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht das Füllen mit Luft, sogar wenn während des Betriebszeitraums oder des Leerlaufzeitraums Luft aus dem Kompressionsraum der Gasfeder 50 entweicht. Zum Beispiel ist es durch Verwenden des Motors 71 zum Antreiben des Kompressors 72 und außerdem Öffnen des Druckreglers 85 und des Absperrventils 86 möglich, der Gaskammer 61 Luft zuzuführen.
Die Druckänderungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform kann den Druck des Kompressionsraums in der Gasfeder 50 anheben. Ferner kann die Druckänderungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform das Gas aus dem Kompressionsraum der Gasfeder 50 ablassen. Durch Öffnen des Druckreglers 85 und des Luftablassventils 84 kann der Druck in dem Kompressionsraum abgesenkt werden. Auf diese Weise ist es durch Ändern des Drucks in dem Kompressionsraum möglich, den Steuerdruck zu ändern. Die Druckänderungsvorrichtung ist nicht auf diese beschränkt. Es ist möglich, irgendeine andere Vorrichtung zu verwenden, welche den Druck in dem Kompressionsraum der Gasfeder ändern kann.
3 zeigt einen Graphen für den Druck in einer Verbrennungskammer in dem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Abszisse zeigt den Kurbelwinkel, wohingegen die Ordinate den Druck in der Verbrennungskammer und die Verlagerung eines Nebenkammerverwendungs-Kolbens zeigt. 3 zeigt einen Graphen für den Kompressionshub und den Expansionshub in dem Verbrennungszyklus. Der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 hat eine Null-Verlagerung, wenn er auf dem Boden des Rohrelements 51 aufsitzt. Bei der Variabel-Volumen-Vorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform bewegt sich der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55, wenn der Druck in der Verbrennungskammer den Steuerdruck in dem Zeitraum von dem Kompressionshub bis zu dem Expansionshub des Verbrennungszyklus erreicht. Als Ergebnis wird das Volumen der Nebenkammer 60 der Gasfeder 50 größer.
Bezugnehmend auf 2 und 3 sitzt zu dem Zeitpunkt des Beginns des Kompressionshubes der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 auf dem Boden des Rohrelements 51 auf. In dem Kompressionshub geht der Kolben 3 nach oben und der Druck in der Verbrennungskammer 5 steigt an. Hier ist in dem Kompressionsraum der Gasfeder 50 Gas mit einem dem Steuerdruck entsprechenden Druck eingeschlossen, sodass der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 in dem Aufsitzend-Zustand gehalten wird, bis der Druck in der Verbrennungskammer 5 der Steuerdruck wird.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform wird eine Zündung bei einem Kurbelwinkel geringfügig nach 0° (OT) durchgeführt. Infolge der Zündung steigt der Druck in der Verbrennungskammer 5 rapide an. Wenn der Druck in der Verbrennungskammer 5 den Steuerdruck erreicht, beginnt sich der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 zu bewegen. Wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch die Verbrennung fortsetzt, wird die Gasfeder 50 zusammengedrückt und nimmt das Volumen der Nebenkammer 60 zu. Aus diesem Grund wird der Anstieg des Drucks in der Verbrennungskammer 5 und der Nebenkammer 60 unterdrückt. In der in 3 gezeigten Ausführungsform wird der Druck in der Verbrennungskammer 5 im Wesentlichen konstant gehalten.
Wenn sich die Verbrennung von Kraftstoff in der Verbrennungskammer weiter fortsetzt, wird die Verlagerung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 ein Maximum und wird dann kleiner. Der Druck in der Gaskammer 61 wird vermindert und die Verlagerung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 kehrt zurück auf null. Das heißt, der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 kehrt auf eine Aufsitzend-Position zurück. Wenn der Druck in der Verbrennungskammer 5 geringer als der Steuerdruck wird, wird der Druck in der Verbrennungskammer 5 einhergehend mit dem Fortschreiten des Kurbelwinkels reduziert.
Auf diese Weise kann das Verbrennungsdruck-Steuersystem in der vorliegenden Ausführungsform das Ansteigen des Drucks in der Verbrennungskammer unterdrücken, wenn der Druck in der Verbrennungskammer 5 den Steuerdruck erreicht, und kann eine Steuerung so durchführen, dass der Druck in der Verbrennungskammer nicht der Druck wird, bei dem eine abnormale Verbrennung auftritt und mehr.
3 zeigt einen Graphen für den Druck in einer Verbrennungskammer eines Vergleichsbeispiels 1 und eines Vergleichsbeispiels 2. Das Vergleichsbeispiel 1 und das Vergleichsbeispiel 2 sind Verbrennungsmotoren, welche nicht die Variabel-Volumen-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweisen. Der Verbrennungsmotor schwankt in dem Druck einer Verbrennungskammer in Übereinstimmung mit dem Zündzeitpunkt. Der Verbrennungsmotor hat einen Zündzeitpunkt Θmax, bei dem das Ausgabemoment maximal wird. Das Vergleichsbeispiel 1 ist ein Graph dafür, wenn eine Zündung zu dem Zündzeitpunkt Θmax durchgeführt wird. Indem die Zündung zu dem Zündzeitpunkt durchgeführt wird, bei dem das Ausgabemoment maximal wird, wird der Druck in der Verbrennungskammer hoch und wird die Wärmeausnutzung die beste. In diesem Zusammenhang wird, wenn der Zündzeitpunkt wie in dem Vergleichsbeispiel 1 vorverlegt wird, der Druck in der Verbrennungskammer höher als der Druck, bei dem eine abnormale Verbrennung auftritt. Der Graph des Vergleichsbeispiels 1 nimmt an, dass eine abnormale Verbrennung nicht auftritt. Andererseits wird in einem realen Verbrennungsmotor der Zündzeitpunkt verzögert, sodass der maximale Druck in der Verbrennungskammer kleiner als der Druck wird, bei dem eine abnormale Verbrennung auftritt.
Bei dem Verbrennungsmotor des Vergleichsbeispiels 2 wird, um das Auftreten einer abnormalen Verbrennung zu vermeiden, eine Zündung verzögert zu dem Zündzeitpunkt durchgeführt, zu dem das Ausgabemoment maximal wird. Wenn der Zündzeitpunkt verzögert wird, wird der maximale Druck in einer Verbrennungskammer kleiner als in dem Fall, in dem eine Zündung zu einem Zündzeitpunkt durchgeführt wird, zu dem das Ausgabemoment maximal wird.
Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform kann Kraftstoff in dem Zustand verbrennen, in dem der Druck in einer Verbrennungskammer niedriger als der Druck gehalten wird, bei dem eine abnormale Verbrennung auftritt. Es ist möglich, das Auftreten einer abnormalen Verbrennung zu unterdrücken, sogar wenn der Zündzeitpunkt vorverlegt wird. Insbesondere ist es sogar bei einem Motor mit einem hohen Kompressionsverhältnis möglich, eine abnormale Verbrennung zu unterdrücken. Außerdem ist es möglich, die Zeit auszudehnen, bei der der Druck in der Verbrennungskammer hoch ist. Aus diesem Grund wird die Wärmeausnutzung gegenüber jener eines Verbrennungsmotors gemäß Vergleichsbeispiel 2, welcher den Zündzeitpunkt verzögert, verbessert. Es ist möglich, das Ausgabemoment zu erhöhen. Ferner ist es möglich, den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
Die in 3 gezeigte Ausführungsform zeigt den idealen Betriebszustand der Variabel-Volumen-Vorrichtung. In der in 3 gezeigten Ausführungsform wird während der Zeitspanne, während der der Nebenkammerverwendungs-Kolben sich bewegt, der Druck in der Verbrennungskammer im Wesentlichen auf dem Steuerdruck konstant gehalten. In diesem Zusammenhang tritt bei einer realen Variabel-Volumen-Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors manchmal direkt nachdem der Druck in der Verbrennungskammer den Steuerdruck erreicht ein Überschwingen auf. Ferner steigt infolge der Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens der Druck in dem Kompressionsraum an, sodass der Druck in der Verbrennungskammer ebenfalls ansteigt.
Bezugnehmend auf 2 beginnt sich der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 zu bewegen, wenn der Druck in der Verbrennungskammer 5 den Steuerdruck erreicht. Zu diesem Zeitpunkt hat der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 eine mit seinem Gewicht übereinstimmende Trägheit. Aus diesem Grund tritt in der Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 eine Ansprechverzögerung auf. Zurzeit eines Normalbetriebs des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird während der Zeitspanne, während der der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 sich bewegt, eine Steuerung auf einen Zustand durchgeführt, in dem das Absperrventil 86 geöffnet ist. Der Kompressionsraum der Gasfeder 50 weist die Gaskammer 61 und den Gastank 90 auf.
4 zeigt ein erstes Diagramm, welches den Druck in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors in der vorliegenden Ausführungsform erläutert. In 4 ist ein Normalbetrieb durch die unterbrochene Linie gezeigt, wohingegen ein später erläuterter Betrieb, welcher den Steuerdruck reduziert, durch die Einpunkt-Ketten-Linie gezeigt ist. Ein Beispiel für einen Betrieb, bei dem ein Überschwingen genau nachdem der Druck in der Verbrennungskammer den Steuerdruck erreicht auftritt, ist gezeigt.
Der Solldruck ist so gesetzt, dass der maximale Druck in der Verbrennungskammer nicht den Druck überschreitet, bei dem eine abnormale Verbrennung auftritt unter Bedingungen, bei denen in einem Normalbetrieb eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Ausführungsform kein Überschwingen im Druck der Verbrennungskammer auftritt. Für den Solldruck der Verbrennungskammer in der vorliegenden Ausführungsform wird der Druck, bei welchem ein abnormale Verbrennung auftritt, minus einem vorbestimmten Druck verwendet. Im Normalbetrieb entspricht der Solldruck der Verbrennungskammer dem Steuerdruck. Zum Beispiel wird der Steuerdruck bestimmt auf Basis der Motordrehzahl und der angeforderten Last des Verbrennungsmotors.
Bei einer Steuerung im Normalbetrieb bewegt sich der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 in der Zeitspanne von dem Kurbelwinkel ΘS1 bis zu dem Kurbelwinkel ΘE1. Wenn der Druck in der Verbrennungskammer 5 den Steuerdruck gemäß Normalbetrieb erreicht, tritt in der Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 eine Ansprechverzögerung auf. Aus diesem Grund steigt der Druck in der Verbrennungskammer 5 fortgesetzt an und tritt ein Überschwingen auf. Genau nachdem der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 beginnt sich zu bewegen, überschreitet der Druck in der Verbrennungskammer 5 in hohem Grade den Solldruck.
Danach wird der Druck in der Verbrennungskammer 5 einhergehend mit der Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 reduziert. Eine Ansprechverzögerung tritt auf, wenn der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 sich in Richtung zu der Aufsitzend-Position hin bewegt. Aus diesem Grund wird in der Zeitspanne, während der eine Verlagerung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 reduziert wird, der Druck in der Verbrennungskammer 5 kleiner als der Solldruck. Insbesondere wird in der letzten Hälfte der Zeitspanne, in welcher der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 sich bewegt, der Druck in der Verbrennungskammer 5 kleiner als der Solldruck.
Diese Ansprechverzögerung wird auffallend in dem Betriebszustand, in dem die Bewegungsgeschwindigkeit des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 schnell ist. Das heißt, sie wird in dem Betriebszustand auffallend, in dem die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Verbrennungskammer 5 schnell ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird in dem Betriebszustand bei der Verbrennungsgeschwindigkeit bzw. -rate in der Verbrennungskammer 5 eine Steuerung durchgeführt, sodass der Steuerdruck abgesenkt wird, wenn der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 sich zu bewegen beginnt. Ferner wird eine Steuerung durchgeführt zum Reduzieren des Volumens des Kompressionsraums der Gasfeder 50.
Zuerst wird eine Steuerung zum Absenken des Steuerdrucks erläutert werden. Zum Absenken des Steuerdrucks wird der Druck der Gaskammer 61 reduziert. Der Druck in dem Kompressionsraum der Gasfeder 50 wird reduziert. Der Steuerdruck wird kleiner als der Solldruck der Verbrennungskammer 5. Bezugnehmend auf den Graphen der Einpunkt-Ketten-Linie von 4 wird durch Reduzieren des Steuerdrucks der maximale Druck, welchen die Verbrennungskammer 5 erreicht, kleiner. Die Zeitspanne von dem Kurbelwinkel ΘS2 zu dem Kurbelwinkel ΘE2 ist die Zeitspanne, in welcher sich der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 bewegt.
Bezugnehmend auf 2 wird, wenn der Steuerdruck durch Öffnen des Druckreglers 85 in dem Zustand mit geöffnetem Luftablassventil 84 reduziert wird, der Druck in dem Kompressionsraum der Gasfeder 50 abgesenkt. Indem der Druck in der Gaskammer 61 abgesenkt ist, kann der Druck in der Verbrennungskammer 5, wenn der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 sich zu bewegen beginnt, das heißt der Steuerdruck, reduziert werden.
In dem in 4 gezeigten Betriebsbeispiel überschreitet, wenn die Variabel-Volumen-Vorrichtung auf den Steuerdruck gemäß Normalbetrieb angesteuert wird, der maximale Druck in der Verbrennungskammer 5 den Druck des Auftretens einer abnormalen Verbrennung. Durch Reduzieren des Steuerdrucks ist es möglich, den Druck in der Verbrennungskammer 5 davor zu bewahren, dass er der Druck wird, bei dem eine abnormale Verbrennung auftritt oder mehr, sogar wenn in dem Druck in der Verbrennungskammer 5 ein Überschwingen auftritt.
Ferner wird, da der Druck in dem Kompressionsraum der Gasfeder 50 kleiner wird, das Ansprechen des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 verbessert. Aus diesem Grund ist es möglich, das Ausmaß eines Druckanstieges infolge von Überschwingen zu reduzieren. Ferner ist es zum Verbessern des Ansprechens des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 möglich, das Ausmaß einer Druckreduzierung in der letzten Hälfte der Zeitspanne zu reduzieren, während der sich der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 bewegt.
Der Reduzierungsbetrag im Steuerdruck wird bevorzugt so gesetzt, dass der maximale Druck in der Verbrennungskammer 5, nachdem der Steuerdruck fällt, kleiner als der Druck wird, bei welchem eine abnormale Verbrennung auftritt. Ferner wird der Reduzierungsbetrag des Steuerdrucks bevorzugt so gesetzt, dass der maximale Druck in der Verbrennungskammer 5, nachdem der Steuerdruck fällt, etwa gleich wie der Solldruck wird.
Als Nächstes wird eine Steuerung zum Reduzieren des Volumens des Kompressionsraums der Gasfeder erläutert werden.
5 ist ein zweites Diagramm zum Erläutern des Druckes in einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors in der vorliegenden Ausführungsform. In 5 ist ein Betrieb, welcher den Steuerdruck reduziert, durch die Einpunkt-Ketten-Linie gezeigt, wohingegen ein Betrieb, welcher den Steuerdruck reduziert und das Volumen des Kompressionsraumes reduziert, durch die Volllinie gezeigt ist.
Wenn die Druckaufnahmefläche des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 im Wesentlichen die Gleiche ist, wird der Anstieg des Druckes in dem Kompressionsraum, wenn sich der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 um eine Längeneinheit bewegt, durch Reduzieren des Volumens des Kompressionsraumes größer. Indem das Volumen des Kompressionsraums der Gasfeder 50 kleiner gemacht wird, wird der Anstieg des Druckes in der Gaskammer 61 größer. Aus diesem Grund wird der Anstieg des Druckes in der Verbrennungskammer 5 in der Zeitspanne, während der der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 sich bewegt, größer.
Bezugnehmend auf 2 wird als die Steuerung zum Reduzieren des Volumens des Kompressionsraums in der vorliegenden Ausführungsform eine Steuerung zum Schließen des Absperrventils 86 durchgeführt. Durch Schließen des Absperrventils 86 wird der Gastank 90 isoliert. Der Kompressionsraum der Gasfeder 50 weist die Gaskammer 61 auf.
Wie in 5 gezeigt, nähert sich mit nur einer Steuerung zum Absenken des Steuerdrucks der Druck in der Verbrennungskammer dem Solldruck bei Beginn der Zeitspanne an, während der sich der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 bewegt. In diesem Zusammenhang ist danach der Druck in der Verbrennungskammer viel geringer ausgebildet als der Solldruck. Daher kann durch Reduzieren des Volumens des Kompressionsraumes in der Zeitspanne, während der sich der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 bewegt, der Druck in der Verbrennungskammer 5 angehoben werden. Es ist möglich zu bewirken, dass der Druck in der Verbrennungskammer 5 während des Zeitraumes, in dem sich der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 bewegt, sich dem Solldruck annähert.
Die Steuerung in der vorliegenden Ausführungsform zum Reduzieren des Steuerdrucks und außerdem Reduzieren des Volumens des Kompressionsraums wird bevorzugt in einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors durchgeführt, indem die Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer schnell wird. Bei dem Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform wird der Betriebszustand erfasst. Wenn entschieden wird, dass die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Verbrennungskammer schnell ist, wird eine Steuerung durchgeführt zum Reduzieren des Steuerdrucks und außerdem Reduzieren des Volumens des Kompressionsraums.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine Betriebssteuerung des Verbrennungsmotors in der vorliegenden Ausführungsform. Die in 6 gezeigte Betriebssteuerung kann zum Beispiel jedes vorbestimmte Zeitintervall durchgeführt werden.
Zuerst wird in Schritt 108 der Betriebszustand des Verbrennungsmotors erfasst. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Motordrehzahl und eine angeforderte Last erfasst. Bezugnehmend auf 1 kann die Motordrehzahl durch die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 42 erfasst werden. Die angeforderte Last kann durch die Ausgabe des Lastsensors 41 erfasst werden. Der Solldruck in der Verbrennungskammer wird auf Basis des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors bestimmt. Der Solldruck in der Verbrennungskammer 5 kann zum Beispiel in der elektronischen Steuereinheit 31 in der Form eines Kennfeldes als eine Funktion der Motordrehzahl und der angeforderten Last abgespeichert sein.
Als Nächstes wird in Schritt 109 auf Basis des erfassten Betriebszustandes des Verbrennungsmotors entschieden, ob die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Verbrennungskammer schnell ist. Wenn in Schritt 109 entschieden wird, dass die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Verbrennungskammer nicht schnell ist, schreitet die Routine zu Schritt 110 fort. Wenn in Schritt 109 entschieden wird, dass die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Verbrennungskammer schnell ist, schreitet die Routine zu Schritt 111 fort.
In Schritt 110 wird der Steuerdruck im Normalbetrieb ausgewählt. Zum Beispiel ist es möglich, als den Steuerdruck einen Druck auszuwählen, der im Wesentlichen gleich zu dem Solldruck der Verbrennungskammer 5 ist. Ferner wird der zu dem Steuerdruck korrespondierende Druck in der Gaskammer 61 bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Bereich des Druckes in der Gaskammer 61 bestimmt. Bezugnehmend auf 2 werden in der vorliegenden Ausführungsform der Oberflächenbereich des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 auf der Seite der Nebenkammer 60 und der Oberflächenbereich auf der Seite der Gaskammer 61 im Wesentlichen die gleichen, sodass der Druck in der Gaskammer 61 im Wesentlichen der gleiche wie der Steuerdruck wird.
In Schritt 111 wird der Steuerdruck abgesenkt als bei bzw. im Vergleich zum Normalbetrieb. Zum Beispiel ist es möglich, als den Steuerdruck den Solldruck in der Verbrennungskammer 5 minus einem vorbestimmten Reduzierungsbetrag auszuwählen. Auf Basis des ausgewählten Steuerdrucks wird der Druck in der Gaskammer 61 erfasst. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Bereich des Druckes der Gaskammer 61 bestimmt.
Danach wird in Schritt 112 der aktuelle Druck in der Gaskammer 61 erfasst. Das heißt, der Druck in dem Kompressionsraum wird erfasst. Der Druck in der Gaskammer 61 kann durch den Drucksensor 74 erfasst werden.
Als Nächstes wird in Schritt 113 und in Schritt 115 entschieden, ob der Druck in der Gaskammer 61 innerhalb des ausgewählten Bereichs des Drucks der Gaskammer 61 ist. In Schritt 113 wird entschieden, ob der aktuelle Druck in der Gaskammer 61 größer als der hochdruckseitige Entscheidungswert des Druckbereichs ist. Wenn in Schritt 113 der aktuelle Druck in der Gaskammer 61 größer als der hochdruckseitige Entscheidungswert ist, schreitet die Routine zu Schritt 114 fort.
In Schritt 114 wird eine Steuerung zum Reduzieren des Drucks in der Gaskammer 61 durchgeführt. Wenn in Schritt 113 der aktuelle Druck in der Gaskammer 61 der hochdruckseitige Entscheidungswert oder kleiner ist, schreitet die Routine zu Schritt 115 fort.
In Schritt 115 wird entschieden, ob der aktuelle Druck in der Gaskammer 61 kleiner als der niederdruckseitige Entscheidungswert des Druckbereichs ist. Wenn der aktuelle Druck in der Gaskammer 61 kleiner als der niederdruckseitige Entscheidungswert ist, schreitet die Routine zu Schritt 116 fort. In Schritt 116 wird eine Steuerung zum Unterdrucksetzen der Gaskammer 61 durchgeführt. Wenn in Schritt 115 der aktuelle Druck in der Gaskammer 61 der niederdruckseitige Entscheidungswert oder mehr ist, schreitet die Routine zu Schritt 117 fort. In diesem Fall befindet sich der aktuelle Druck in der Gaskammer 61 in dem Bereich des Solldrucks der Gaskammer 61.
Danach wird in Schritt 117 das Volumen des Kompressionsraums der Gasfeder ausgewählt. In der vorliegenden Ausführungsform wird als die Basis zum Auswählen des Volumens des Kompressionsraums die Entscheidung in Schritt 109 darüber, ob die Verbrennungsgeschwindigkeit der Verbrennungskammer schnell ist, verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Verbrennungsgeschwindigkeit schnell ist, nur die Gaskammer 61 als der Kompressionsraum ausgewählt. Wenn die Verbrennungsgeschwindigkeit nicht schnell ist, werden die Gaskammer 61 und der Gastank 90 als der Kompressionsraum ausgewählt.
Als Nächstes wird in Schritt 118 entschieden, ob der Zeitpunkt der Zeitpunkt zum Starten einer Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 ist. Der Zeitpunkt zum Starten einer Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 kann zum Beispiel durch Erfassen des Kurbelwinkels bestimmt werden. Wenn in Schritt 118 nicht der Zeitpunkt zum Starten einer Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 ist, wird diese Steuerung wiederholt. Wenn in Schritt 118 der Zeitpunkt zum Starten einer Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 ist, schreitet die Routine zu Schritt 119 fort.
Danach wird in Schritt 119 auf Basis der Entscheidung in Schritt 117 entschieden, ob ein in Verbindung bringen des Gastanks 90 notwendig ist. Zu der Zeit eines Normalbetriebs ist das Absperrventil 86 im Geöffnet-Zustand. Die Gaskammer 61 und der Gastank 90 bilden den Kompressionsraum. Wenn ein in Verbindung bringen des Gastanks 90 in Schritt 119 notwendig ist, wird diese Steuerung beendet. Wenn in Schritt 119 entschieden wird, dass ein in Verbindung bringen des Gastanks 90 unnötig ist, schreitet die Routine zu Schritt 120 fort.
Als Nächstes wird in Schritt 120 eine Steuerung zum Schließen des Absperrventils 86 durchgeführt. Der Kompressionsraum der Gasfeder 50 weist die Gaskammer 61 auf.
Danach wird in Schritt 121 entschieden, ob die Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 geendet hat. Während der Zeitspanne, während der der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 sich bewegt, wird Schritt 121 wiederholt. Das heißt, der Geschlossen-Zustand des Absperrventils 86 wird aufrechterhalten. Wenn in Schritt 121 entschieden wird, dass die Bewegung des Nebenkammerverwendungs-Kolbens geendet hat, schreitet die Routine zu Schritt 122 fort.
Danach ist es in Schritt 122 möglich, das Absperrventil 86 zu öffnen und in den Zustand eines Normalbetriebs zu wechseln. Auf diese Weise ist es in dem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Betriebszustand zu erfassen und in dem Betriebszustand, in dem die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Verbrennungskammer schnell ist, den Steuerdruck zu reduzieren und das Volumen des Kompressionsraums der Gasfeder zu reduzieren.
Als der Betriebszustand, in dem die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Verbrennungskammer schnell wird, kann zum Beispiel der Zustand einer hohen Motordrehzahl aufgezeigt werden. Ferner kann der Betriebszustand, in dem die Zündzeitsteuerung in der Verbrennungskammer schnell ist, aufgezeigt werden.
Außerdem kann der Betriebszustand, in dem das in der Verbrennungskammer verbleibende Abgas weniger wird, aufgezeigt werden. Zum Beispiel wird, wenn der Verbrennungsmotor mit einem Variabel-Ventil-Mechanismus versehen ist und es eine Überlappung gibt, bei der das Einlassventil und das Auslassventil gleichzeitig öffnen, in dem Betriebszustand, in dem die Überlappungszeit lang wird, das im Inneren der Verbrennungskammer verbleibende Abgas wenig und wird die Verbrennungsgeschwindigkeit schnell.
Außerdem ist es möglich, eine Steuerung zum Vorantreiben des Zeitpunkts des Schließens des Einlassventils aufzuzeigen. Das heißt, es ist möglich eine Steuerung aufzuzeigen, die bewirkt, dass sich der Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils dem unteren Totpunkt des Kolbens annähert. Wenn der Zeitpunkt des Schließens des Einlassventils vorangetrieben wird, wird der Druck in der Verbrennungskammer zum Zündzeitpunkt in der Verbrennungskammer höher. Aus diesem Grund wird die Verbrennungsgeschwindigkeit schneller.
Ferner kann als ein Betriebszustand, in dem die Verbrennungsgeschwindigkeit schnell wird, ein Zustand aufgezeigt werden, in dem die Temperatur der Außenluft hoch ist. Wenn die Temperatur der Außenluft hoch ist, wird die Temperatur der Luft, welche in die Verbrennungskammer eingesaugt wird, ebenfalls hoch. Aus diesem Grund wird die Temperatur zum Zeitpunkt der Verbrennung höher und wird die Verbrennungsgeschwindigkeit schneller.
Außerdem ist es, wenn der Verbrennungsmotor mit einem Verwirbelungs-Steuerventil versehen ist, möglich den Betriebszustand aufzuzeigen, in dem ein Verwirbelungs-Steuerungsventil verwendet wird zum Unterstützen der Verwirbelungsströmung in der Verbrennungskammer. Indem die Verwirbelungsströmung unterstützt wird, wird das Gas im Inneren der Verbrennungskammer ausreichend bewegt, sodass die Verbrennung erleichtert wird. Aus diesem Grund wird die Verbrennungsgeschwindigkeit schneller.
Der Betriebszustand, in dem die Verbrennungsgeschwindigkeit schneller wird, ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Es ist möglich, irgendeinen Betriebszustand, in dem die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Verbrennungskammer schneller wird, zu verwenden.
Die Volumenänderungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform weist einen Gastank, welcher mit der Gaskammer der Gasfeder verbunden ist, und ein Absperrventil auf, welches in dem Strömungspfad zwischen der Gaskammer und dem Gastank angeordnet ist. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, dass sie das Volumen des Kompressionsraumes der Gasfeder durch Betätigen des Absperrventils aktiviert. Durch Verwenden dieser Konfiguration ist es möglich, das Volumen des Kompressionsraums der Gasfeder in einfacher Weise zu ändern. Die Volumenänderungsvorrichtung ist nicht auf diese beschränkt, sondern es ist möglich, irgendeine Vorrichtung zu verwenden, welche das Volumen des Kompressionsraums der Gasfeder ändern kann.
7 ist eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors, welcher mit einer anderen Volumenänderungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform versehen ist. Die Volumenänderungsvorrichtung ist so ausgebildet, dass das Volumen des Kompressionsraums der Gasfeder in zwei Stufen geändert wird. In dieser anderen Volumenänderungsvorrichtung kann das Volumen des Kompressionsraums in mehreren Stufen geändert werden.
Die andere Volumenänderungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform weist eine Mehrzahl von Gastanks 90 auf. Eine Gaskammer 61 ist mit einer Mehrzahl von Gastanks 90 verbunden. Druckregler 85 und Absperrventile 86 sind korrespondierend zu diesen Gastanks 90 angeordnet. Während der Zeitspanne, während der der Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 sich bewegt, werden alle Druckregler 85 in einem Geschlossen-Zustand gehalten. Während der Zeitspanne, während der sich der Nebenkammverwendungs-Kolben 55 bewegt, ist es möglich, die Anzahl der geöffneten Absperrventile 86 auszuwählen, um das Volumen des Kompressionsraums in mehreren Stufen zu ändern.
Auf diese Weise kann das Volumen des Kompressionsraums der Gasfeder in mehreren Stufen gesteuert werden. Ferner kann auch der Reduzierungsbetrag des Steuerdrucks in mehreren Stufen gesteuert werden, indem der Druck des Kompressionsraums reguliert wird. Aus diesem Grund kann der Verbrennungsmotor den Betriebszustand erfassen und eine Steuerung durchführen, um den Steuerdruck allmählich zu reduzieren, desto schneller die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Verbrennungskammer ist, und außerdem allmählich das Volumen des Kompressionsraums der Gasfeder zu reduzieren. Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, den Steuerdruck und das Volumen des Kompressionsraums der Gasfeder in Stufen zu steuern.
Die Variabel-Volumen-Vorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass sie eine Veränderung des Volumens der Nebenkammer als einem mit der Verbrennungskammer in Verbindung stehenden Raum ermöglicht, aber die Erfindung ist nicht auf diese beschränkt. Sie kann auch ausgebildet sein, sodass sie eine Veränderung des Volumens der Verbrennungskammer ermöglicht. Zum Beispiel ist die Variabel-Volumen-Vorrichtung an dem die Verbrennungskammer bildenden oberen Ende des Kolbens ausgebildet und ist so ausgebildet, dass sie eine Veränderung des Volumens der Verbrennungskammer ermöglicht.
In den vorliegenden Ausführungsformen wurde die Erläuterung unter Bezugnahme auf einen in einem Automobil montierten Verbrennungsmotor als einem Beispiel gegeben, aber die Erfindung ist nicht auf dieses beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann bei irgendeinem Verbrennungsmotor angewendet werden.
Ausführungsform 2
Bezugnehmend auf 8 bis 10 wird ein Verbrennungsmotor in einer Ausführungsform 2 erläutert werden. Die Konfiguration der Variabel-Volumen-Vorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich der Konfiguration der Variabel-Volumen-Vorrichtung des Verbrennungsmotors in der Ausführungsform 1 (siehe 2). In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verbrennungsmotor, welcher mit einer Mehrzahl von Zylindern versehen ist, als ein Beispiel erläutert werden.
8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Verbrennungsmotors in der vorliegenden Ausführungsform. Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform hat eine Mehrzahl von Zylindern. Der erste Zylinder, der zweite Zylinder, der dritte Zylinder und der vierte Zylinder sind in dieser Reihenfolge angeordnet. Diese Zylinder sind mit Verbrennungskammern 5a bis 5d ausgebildet. Die Kolben 3, welche in diesen Zylindern angeordnet sind, sind mit Pleuelstangen 45 verbunden. Die Pleuelstangen 45 sind mit einer Kurbelwelle 46 verbunden. Die Kurbelwelle 46 ist an dem Zylinderblock 2 so abgestützt, dass sie frei rotieren kann.
Die Variabel-Volumen-Vorrichtungen in der vorliegenden Ausführungsform weisen Gasfedern 50a bis 50d auf. Die Gasfedern 50a bis 50d sind an den Zylindern mit den Verbrennungskammern 5a bis 5d verbunden. Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform ändert die Volumina der Nebenkammern 60, welche mit den Verbrennungskammern 5a bis 5d in Verbindung stehen.
Die Gasfedern 50a bis 50b sind mit den Gastanks 90 verbunden. Eine Gasfeder ist mit einem Gastank 90 verbunden. An den Einlässen und Auslässen der Gastanks 90 sind Druckregler 85 und die Absperrventile 86 angeordnet. Der Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer Druckänderungsvorrichtung versehen, welche die Drücke der Kompressionsräume der Gasfedern 50a bis 50b ändert. Die Druckänderungsvorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform ändert die Drücke in den Gaskammern 61 und den Gastanks 90 der Gasfedern 50a bis 50d.
Bei dem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die Druckänderungsvorrichtung einen Kompressor 72 auf. Wenn ein Druckregler 85 und ein Absperrventil 86 während der Zeitspanne einer Bewegung eines Nebenkammerverwendungs-Kolbens 55 geöffnet sind, wird der Druck in der Gaskammer 61 manchmal durch den Betriebszustand des Kompressors 72 beeinflusst. Ferner wird der Druck in der Gaskammer 61 von einem Zylinder manchmal durch die Druckschwankungen infolge des Betriebs der Gasfeder eines anderen Zylinders beeinflusst. Außerdem wird der Druck in einer Gaskammer 61 manchmal durch akustische Schwingung des Rohres der Druckänderungsvorrichtung usw. beeinflusst.
Auf diese Weise wird der Druck in einer Gaskammer 61 einer Gasfeder 50 manchmal durch die Druckänderungsvorrichtung beeinflusst. Ferner beeinflussen in einem Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Zylindern die Betriebe der Mehrzahl von Gasfedern manchmal zusammen die Drücke in den Gasfedern 61.
Bei dem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird an den Zylindern in der Zeitspanne, während der sich die Nebenkammerverwendungs-Kolben 55 bewegen, das heißt, in der Zeitspanne, während der die Gasfedern 50a bis 50d zusammengedrückt werden, eine Steuerung zum Isolieren der Gasfedern 50a bis 50d durchgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform fungieren die Druckregler 85 als Isolierventile, welche die Gasfedern 50a bis 50d isolieren. In der Zeitspanne, während der die Gasfedern zusammengedrückt werden, wird eine Steuerung zum Schließen der Druckregler 85 durchgeführt. Mittels Durchführens solch einer Steuerung kann der Effekt von Druckschwankungen von der Druckänderungsvorrichtung unterdrückt werden.
Ferner sind bei dem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform an den Zylindern Druckregler 85 angeordnet, welche die Gasfedern 50a bis 50d isolieren können. Aus diesem Grund ist es an den Gasfedern möglich, eine Steuerung zum Schließen der korrespondierenden Druckregler während der Zeitspanne durchzuführen, während der die Gasfedern zusammengedrückt werden. Durch Verwenden dieser Konfiguration ist es möglich, den Effekt der Druckschwankung infolge des Betriebs der Gasfedern anderer Zylinder zu unterdrücken. Außerdem ist es möglich, die Effekte von akustischer Schwingung im Inneren der Rohre usw. zu unterdrücken.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine Betriebssteuerung des Verbrennungsmotors in der vorliegenden Ausführungsform. Die in 9 gezeigte Betriebssteuerung kann zum Beispiel für jeden Zylinder durchgeführt werden. Außerdem kann sie für jeden vorbestimmten Kurbelwinkel durchgeführt werden.
Zuerst wird in Schritt 131 der Kurbelwinkel des Verbrennungsmotors erfasst. Als Nächstes wird in Schritt 132 entschieden, ob der erfasste Kurbelwinkel in einer Zeitspanne ist, während der die Gasfeder zusammengedrückt wird. Das heißt, es wird entschieden, ob es der Betriebszeitraum der Variabel-Volumen-Vorrichtung ist. Wenn in Schritt 132 der erfasste Kurbelwinkel in der Zeitspanne ist, während der die Gasfeder zusammengedrückt wird, schreitet die Routine zu Schritt 133 fort. Ferner schreitet die Routine zu Schritt 134 fort, wenn in Schritt 132 der Kurbelwinkel nicht in der Zeitspanne ist, während der die Gasfeder zusammengedrückt wird. In der Auswahl der Zeitspanne, während der die Gasfeder zusammengedrückt wird, ist es ebenfalls möglich, die Zeitspanne auszuwählen, während der der Nebenkammerverwendungs-Kolben sich bewegt, plus einer extra Zeitspanne.
In Schritt 133 wird das Isolierventil der Gasfeder geschlossen. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Druckregler 85 geschlossen. In dem Fall des Zustandes, in dem der Druckregler 85 bereits geschlossen ist, wird eine Steuerung durchgeführt zum Beibehalten dieses Zustandes.
In Schritt 134 wird eine Steuerung durchgeführt zum Öffnen des Isolierventils. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Steuerung durchgeführt zum Öffnen des Druckreglers 85. Wenn der Druckregler 85 bereits offen ist, wird eine Steuerung durchgeführt zum Beibehalten dieses Zustandes.
10 zeigt ein Diagramm zum Erläutern des Druckes in der Verbrennungskammer in einem Zylinder in dem Verbrennungsmotor in der vorliegenden Ausführungsform. Die Abszisse zeigt den Kurbelwinkel, wohingegen die Ordinate den Druck in der Verbrennungskammer zeigt. Ein Graph für den Fall, wenn die Gasfeder in der Zeitspanne isoliert wird, während der die Gasfeder zusammengedrückt wird, und ein Graph für den Fall, wenn die Gasfeder nicht isoliert wird, sind gezeigt.
Wenn die Gasfeder nicht isoliert wird, tritt, wenn der Druck in der Verbrennungskammer den Solldruck erreicht, eine Druckschwingung auf. Im Gegensatz dazu kann, wenn die Gasfeder isoliert wird, die Druckschwingung in der Verbrennungskammer unterdrückt werden. Auf diese Weise ist in der Zeitspanne, während der die Gasfeder zusammengedrückt wird, ein stabiler Betrieb möglich, indem die Gasfeder isoliert wird.
In der Betriebssteuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird außerhalb der Zeitspanne, in welcher die Gasfeder zusammengedrückt wird, eine Steuerung durchgeführt zum Öffnen des Isolierventils, aber die Erfindung ist nicht auf diese beschränkt. Irgendeine Steuerung kann durchgeführt werden. Zum Beispiel ist es auch möglich, die Druckänderungsvorrichtung zum Ändern der Drücke in dem Gastank und der Gaskammer zu verwenden und dann eine Steuerung durchzuführen zum Schließen des Druckreglers als einem Isolierventil.
Ferner ist in dem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Volumenänderungsvorrichtung mit einem Gastank angeordnet, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Es ist ebenso gut auch möglich, eine Steuerung durchzuführen zum Isolieren der Gasfeder in der vorliegenden Ausführungsform in einem Verbrennungsmotor, in welchem keine Volumenänderungsvorrichtung vorgesehen ist.
Der Rest der Konfiguration, Funktion und Effekte sind ähnlich zur Ausführungsform 1, sodass die Erläuterung hier nicht wiederholt werden wird.
In der Betriebssteuerung in den obigen Ausführungsformen ist es möglich, die Reihenfolge der Schritte in Übereinstimmung mit dem Bedarf geeignet zu ändern.
Ferner können die obigen Ausführungsformen geeignet kombiniert werden. In den obigen Figuren sind die gleichen oder korrespondierende Teile den gleichen Bezugszeichen zugeordnet. Es ist zu bemerken, dass die obigen Ausführungsformen Veranschaulichungen sind und die Erfindung nicht beschränken. Ferner sind in die Ausführungsformen die in den Ansprüchen aufgezeigten Änderungen eingeschlossen.
Bezugszeichenliste

3: Kolben
5: Verbrennungskammer
31: elektronische Steuereinheit
40: Gaspedal
41: Lastsensor
42: Kurbelwinkelsensor
50 und 50a bis 50d: Gasfeder
51: Rohrelement
55: Nebenkammerverwendungs-Kolben
60: Nebenkammer
61: Gaskammer
72: Kompressor
74: Drucksensor
84: Luftablassventil
85: Druckregler
86: Absperrventil
90: Gastank

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-230439 A [0003, 0005]

Claims

Verbrennungsmotor mit: einer Variabel-Volumen-Vorrichtung, welche eine Gasfeder aufweist, die wegen eines komprimierten Gases Elastizität hat, und welche, wenn ein Druck in einer Verbrennungskammer einen vorbestimmten Steuerdruck erreicht, eine Änderung im Druck in der Verbrennungskammer als eine Antriebsquelle nutzt, sodass die Gasfeder zusammengedrückt wird, wodurch ein Volumen der Verbrennungskammer oder ein Volumen eines mit der Verbrennungskammer in Verbindung stehenden Raumes sich ändert; einer Druckänderungsvorrichtung, welche einen Druck des Gases der Gasfeder ändert; und einer Volumenänderungsvorrichtung, welche ein Volumen eines Kompressionsraumes ändert, in dem das Gas der Gasfeder komprimiert ist; wobei ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors als die Basis zum Schätzen einer Verbrennungsgeschwindigkeit von Kraftstoff in der Verbrennungskammer verwendet wird, und wobei der Druck des Gases der Gasfeder reduziert wird und das Volumen des Kompressionsraumes kleiner gemacht wird, desto größer die Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs in der Verbrennungskammer ist.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei der Motor den Betriebszustand des Verbrennungsmotors erfasst, in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand einen Solldruck auswählt, welchen eine Verbrennungskammer erreichen sollte, und den Druck des Gases in der Gasfeder reduziert, sodass ein Maximalwert des Druckes in der Verbrennungskammer im Wesentlichen der Solldruck wird.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Variabel-Volumen-Vorrichtung ein rohrförmiges Teil, welches mit der Verbrennungskammer in Verbindung steht, und ein Bewegungselement aufweist, welches bewegbar im Inneren des rohrförmigen Teils angeordnet ist, wobei das Bewegungselement einen Raum im Inneren des rohrförmigen Teils definiert, wodurch auf der der Verbrennungskammer zugewandten Seite eine Nebenkammer gebildet ist und wodurch auf der zu der der Verbrennungskammer zugewandten Seite entgegengesetzten Seite eine Gaskammer als ein Kompressionsraum gebildet ist, und wobei die Druckänderungsvorrichtung mit der Gasfeder verbunden ist, um den Druck in der Gaskammer zu ändern.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 3, wobei die Volumenänderungsvorrichtung aufweist: einen Gastank, welcher mit der Gaskammer verbunden ist, und ein Absperrventil, welches in einem Strömungspfad zwischen der Gaskammer und dem Gastank angeordnet ist, wobei das Absperrventil betätigt wird, um das Volumen des Kompressionsraums der Gasfeder zu ändern.
Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Druckänderungsvorrichtung ein Isolierventil zum Isolieren der Gasfeder aufweist, und wobei eine Steuerung durchgeführt wird zum Schließen des Isolierventils in der Zeitspanne, während der die Gasfeder zusammengedrückt wird.