DE112015001220T5

DE112015001220T5 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE112015001220T5
Application number: DE112015001220.6T
Authority: DE
Inventors: Makoto Okawa; Kazuhito Sakai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: US9976495B2; JP2015175243A; CN106103946B; CN106103946A; JP5776809B1; DE112015001220B4; US20170211488A1; WO2015137456A1

Abstract

In der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungskraftmaschine offenbart, die einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus (A) mit einem variablen mechanischen Verdichtungsverhältnis aufweist, wobei der variable Verdichtungsverhältnismechanismus (A) eine Antriebsvorrichtung (59) aufweist, um das Volumen einer Brennkammer (5) zu ändern, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Die Antriebsvorrichtung (59) hat eine Umkehreingabesperrkupplung (70) die in einem Antriebsleistungsübertragungspfad zum Übertragen der Rotationskraft eines Rotators angeordnet ist. Eine Steuervorrichtung (30) schätzt ein umgekehrt eingeleitetes Moment bzw. Umkehreingabemoment, das auf eine Ausgabewelle der Umkehreingabesperrkupplung (70) wirkt, und stellt einen Gradienten für die Drehmomentausgabe durch den Rotator sowie eine Fortführdauer zum Fortführen einer Drehmomenterhöhung auf Basis des Umkehreingabemoments ein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine.
STAND DER TECHNIK
In einer Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luft und Kraftstoff in einem verdichteten Zustand gezündet. Das Verdichtungsverhältnis, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch verdichtet wird, hat bekanntermaßen eine Wirkung auf die Ausgangsleistung und den Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine. Es ist möglich, das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen, um dadurch das Ausgabe- bzw. Ausgangsmoment zu erhöhen und die Wärmeausnutzung zu verbessern. Diesbezüglich ist bekannt, dass, wenn das Verdichtungsverhältnis zu stark erhöht wird, ein Klopfen sowie andere Arten von fehlerhafter Verbrennung auftreten. Aus dem Stand der Technik ist daher eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, die einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus aufweist, der das Verdichtungsverhältnis während der Betriebsdauer bzw. des Betriebs verändert.
Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus kann das Volumen einer Brennkammer zu dem Zeitpunkt ändern, wenn ein Kolben den oberen Totpunkt erreicht, um dadurch das Verdichtungsverhältnis zu ändern. Wenn Kraftstoff in einer Brennkammer verbrannt wird, steigt der Zylinderinnendruck. Zudem wirkt eine Kraft auf die Elemente, die die Brennkammer bilden, in eine Richtung, die das Volumen der Brennkammer erhöht. Diese Kraft wirkt auch auf den variablen Verdichtungsverhältnismechanismus. Insbesondere kann diese Kraft auf einen Motor oder eine andere rotierende Maschine übertragen werden, die den Mechanismus antreibt, der das Volumen der Brennkammer ändert.
Aus diesem Grund ist es bekannt, bei einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus eine Umkehreingabesperrkupplung (EN: reverse input blocking clutch) anzuordnen, die eine Rotationskraft aufgrund des Zylinderinnendrucks blockiert, so dass die Rotationskraft aufgrund des Zylinderinnendrucks nicht auf eine Ausgangswelle der rotierenden Maschine übertragen wird. Eine Umkehreingabesperrkupplung hat eine Sperrfunktion, die die Rotationskraft blockiert, die auf die Ausgangswelle der rotierenden Maschine übertragen wird. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis (EN: mechanical compression ratio) verändert wird, wird der gesperrte Zustand der Umkehreingabesperrkupplung gelöst und dann das Volumen der Brennkammer verändert.
Die japanische Offenlegungsschrift JP 2005-214088 A offenbart eine Verbrennungskraftmaschine bzw. Maschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, bei der ein sich hin und her bewegendes Element vorverstellt oder zurückgezogen werden kann, um die Position zu verändern, an welcher der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Bei dieser Maschine mit variablem Verdichtungsverhältnis wird das Verdichtungsverhältnis durch einen Aktuatormechanismus verändert. Der Aktuatormechanismus hat einen Kugelgewindetrieb, ein Rotationsübertragungssystem, das eine Rotation eines Motors auf eine Mutter des Kugelgewindetriebs überträgt, sowie eine Kupplung, die in das Rotationsübertragungssystem eingefügt ist. Diese Offenlegungsschrift lehrt die Verwendung einer eine Umkehreingabe beschränkenden Kupplung, die eine Rotation von einem Eingangselement, auf das die Antriebskraft des Motors eingegeben wird, auf eine Mutter überträgt und die Übertragung der Rotation auf das Eingangselement blockiert.
Die japanische Offenlegungsschrift JP 2012-229764 A offenbart einen Entsperrmechanismus, der eine Drehmomentdiode aufweist, die verhindert, dass ein Lastmoment einer Ausgangswelle auf eine Eingangswelle übertragen wird, wenn ein Moment von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle übertragen wird, und die einen Sperrzustand der Drehmomentdiode löst. Bezüglich dieses Entsperrmechanismus ist offenbart, das Entsperrmoment allmählich zu erhöhen, wenn der Sperrzustand selbst nach dem Fortführen der Beaufschlagung mit einem eingestellten Entsperrmoment für eine vorgegebene Zeitspanne nicht gelöst ist.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis verändert wird, ist es notwendig, den Sperrzustand der Umkehreingabesperrkupplung zu lösen. Während des Betriebs der Maschine wirkt eine Rotationskraft aufgrund des Zylinderinnendrucks auf die Umkehreingabesperrkupplung. Der Zylinderinnendruck verändert sich über die Zeit. Daher ändert sich das zum Lösen des Sperrzustands der Umkehreingabesperrkupplung benötigte Drehmoment über die Zeit.
Das mechanische Verdichtungsverhältnis kann nicht nur während des Betriebs der Maschine verändert werden, sondern auch, wenn die Maschine gestoppt ist. Beispielsweise wird manchmal das mechanische Verdichtungsverhältnis unmittelbar vor dem Start der Maschine verändert, um eine Anomalie bzw. einen Fehler des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus zu erfassen. Zudem gibt es bei einem Hybridantriebssystem, das von einer Verbrennungskraftmaschine und einem Elektromotor angetrieben wird, eine Zeitspanne, während der die Maschine zeitweilig gestoppt ist. Während dieser Zeitspanne wird manchmal das mechanische Verdichtungsverhältnis verändert, um einen Ölfilm auf einer Oberfläche exzentrischer Wellen etc. auszubilden, um ein Festfressen der Lager zu vermeiden.
Auf diese Weise kann, um den Sperrzustand einer Umkehreingabesperrkupplung in jedem Zustand zu lösen, der während der beiden Zeitspannen, wenn die Maschine arbeitet und wenn sie gestoppt ist, auftreten kann, darüber nachgedacht werden, eine rotierende Maschine mit einem hohen Ausgabemoment als rotierende Maschine zum Antreiben der Eingangswelle der Umkehreingangssperrkupplung zu wählen. Wenn jedoch die Kapazität bzw. Leistungsfähigkeit der rotierenden Maschine erhöht wird, besteht das Problem, dass der Stromverbrauch zunimmt oder der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine zunimmt. Ferner besteht das Problem, dass die rotierende Maschine größer wird und dass die Stellen für den Einbau der rotierenden Maschine begrenzt sind.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus mit einer Umkehreingabesperrkupplung aufweist und die in der Lage ist, die Größe der rotierenden Maschine, die den variablen Verdichtungsverhältnismechanismus antriebt, zu verringern.
Eine Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Erfindung hat einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis ändern kann. Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus weist eine Antriebsvorrichtung zum Ändern eines Volumens einer Brennkammer, wenn ein Kolben einen oberen Totpunkt erreicht, sowie eine Steuervorrichtung zum Steuern der Antriebsvorrichtung auf. Die Antriebsvorrichtung umfasst eine rotierende Maschine sowie eine Kupplung, die in einem Antriebskraftübertragungspfad angeordnet ist, welcher eine Rotationskraft der rotierenden Maschine überträgt. Die Kupplung ist derart ausgestaltet, um ein umgekehrt eingeleitetes Moment bzw. Umkehreingabemoment zu blockieren, das auf eine Ausgangswelle in eine Rotationsrichtung wirkt, die eine Abnahme des mechanischen Verdichtungsverhältnisses verursacht. Die Steuervorrichtung ermittelt bzw. schätzt ein Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle der Kupplung wirkt, stellt einen Drehmomentgradienten, der durch die rotierende Maschine auszugeben ist, sowie eine Fortführzeit zum Fortführen einer Erhöhung des Drehmoments basierend auf dem Umkehreingabemoment ein, und löst einen gesperrten Zustand bzw. Sperrzustand der Kupplung basierend auf dem Drehmomentgradienten und der Fortführzeit.
Gemäß der vorstehend genannten Erfindung weist die Kupplung eine Eingangswelle auf, auf welche eine Rotationskraft der rotierenden Maschine aufgebracht wird, eine Ausgangswelle, auf welche die Rotationskraft von der Eingangswelle übertragen wird, sowie einen Außenring, der sich nicht bewegt während die Kupplung angetrieben wird, wobei Rollen zwischen der Ausgangswelle und dem Außenring angeordnet sind, die Ausgangswelle und der Außenring Eingriffteile zum in Eingriff bringen mit den Rollen bilden, und die Kupplung derart ausgestaltet ist, dass, wenn das Umkehreingabemoment in die Rotationsrichtung, die eine Abnahme des mechanischen Verdichtungsverhältnisses verursacht, auf die Ausgangswelle wirkt, die Rollen mit den Eingriffteilen in Eingriff gebracht werden und die Ausgangswelle mit dem Außenring sperren, wodurch das Umkehreingabemoment bzw. Umkehreingabemoment blockiert wird. Die Steuervorrichtung lässt die Eingangswelle basierend auf dem Drehmomentgradienten und der Fortführzeit rotieren, um dadurch die Rollen von den Eingriffteilen zu lösen und die Verriegelung der Ausgangswelle aufzuheben.
Gemäß der vorstehend genannten Erfindung hat die rotierende Maschine einen Elektromotor, und die Steuervorrichtung verändert ein Tastverhältnis bzw. eine relative Einschaltdauer des Stroms, der an den Elektromotor angelegt wird, um dabei den Drehmomentgradienten zu steuern, und ändert eine Zeitspanne zum Versorgen des Elektromotors mit Leistung, um dadurch die Fortführzeit zu steuern.
Gemäß der vorstehend genannten Erfindung weist der variable Verdichtungsverhältnismechanismus eine Schmierölzufuhrvorrichtung auf, die der Kupplung Schmieröl zuführt, sowie einen Temperaturdetektor, der eine Temperatur des Schmieröls erfasst, und die Steuervorrichtung erfasst eine Temperatur des Schmieröls und steuert den Drehmomentgradienten sowie die Fortführzeit basierend auf der Temperatur des Schmieröls.
Gemäß der vorstehend genannten Erfindung weist die Maschine einen Akkumulator, der dem Elektromotor Leistung zuführt, und einen Spannungsdetektor, der eine Ausgangsspannung des Akkumulators erfasst, auf, wobei die Steuervorrichtung den Drehmomentgradienten und die Fortführzeit basierend auf einem Spannungsabfall einstellt, der zum Lösen des gesperrten Zustands bzw. Sperrzustands zulässig ist, wenn eine Ausgangsspannung des Akkumulators erfasst wird, und die Ausgangsspannung niedriger als ein vorgegebener Spannungsbestimmungswert ist.
Gemäß der vorstehend genannten Erfindung weist die Maschine eine Lagerstruktur mit einem Kurbelgehäuse, und einen Zylinderblock, der durch die Lagerstruktur gelagert wird, auf, wobei der variable Verdichtungsverhältnismechanismus Wellen umfasst, die zwischen der Lagerstruktur und dem Zylinderblock angeordnet sind und Exzenterwellen umfassen, und wobei die Antriebsvorrichtung eine Größe der Brennkammer ändert, indem die Wellen rotiert werden, um eine relative Position des Zylinderblocks bezüglich der Lagerstruktur zu verändern.
Gemäß der vorstehend genannten Erfindung weist die Maschine ein Vorspannelement auf, das den Zylinderblock in eine Richtung weg von der Lagerstruktur vorspannt, und die Steuervorrichtung stellt den Drehmomentgradienten und die Fortführzeit basierend auf einer Vorspannkraft des Vorspannelements ein, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis während einer Zeitspanne verringert wird, während welcher die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer gestoppt ist.
Gemäß der vorstehend genannten Erfindung weist die Maschine einen Zylinderinnendruckdetektor, der einen Zylinderinnendruck erfasst, und eine Rotationskraftschätzvorrichtung, welche das auf die Ausgangswelle der Kupplung wirkende Umkehreingabemoment schätzt, auf, wobei die Steuervorrichtung den Zylinderinnendruck erfasst, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis während der Betriebsdauer der Verbrennungskraftmaschine verringert wird, die rotierende Maschine steuert, um den Antrieb der Eingangswelle der Kupplung während der Zeitspanne zu starten, wenn sich der Zylinderinnendruck von einem lokalen Maximalwert zu einem lokalen Minimalwert verändert, das Umkehreingabemoment bzw. Umkehreingabemoment schätzt, wenn eine Amplitude der Schwingung des auf die Ausgangswelle der Kupplung wirkenden Umkehreingabemoments kleiner ist als ein vorgegebener Bestimmungswert, und den Drehmomentgradienten sowie die Fortführzeit basierend auf dem Umkehreingabemoment einstellt.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus aufweist, der eine Umkehreingabesperrkupplung umfasst, und die in der Lage ist, die Größe der rotierenden Maschine, die den variablen Verdichtungsverhältnismechanismus antriebt, zu verringern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einer Ausführungsform;
3 ist eine erste schematische Schnittansicht eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus zur Erläuterung einer Änderung eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses gemäß einer Ausführungsform;
4 ist eine zweite schematische Schnittansicht eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus zur Erläuterung einer Änderung eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses gemäß einer Ausführungsform;
5 ist eine dritte schematische Schnittansicht eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus zur Erläuterung einer Änderung eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses gemäß einer Ausführungsform;
6 ist eine erste schematische Schnittansicht einer Kupplung gemäß einer Ausführungsform;
7 ist eine zweite schematische Schnittansicht einer Kupplung gemäß einer Ausführungsform;
8 ist eine erste schematische Schnittansicht einer Kupplung gemäß einer Ausführungsform, wenn ein mechanisches Verdichtungsverhältnis verringert wird;
9 ist eine zweite schematische Schnittansicht einer Kupplung gemäß einer Ausführungsform, wenn ein mechanisches Verdichtungsverhältnis verringert wird;
10 ist eine schematische Schnittansicht einer Kupplung gemäß einer Ausführungsform, wenn ein mechanisches Verdichtungsverhältnis erhöht wird;
11 ist ein Graph zur Erläuterung eines Zustands, der das Lösen eines Sperrzustands bezüglich eines eingeleiteten Moments bzw. Eingabemoments, das auf eine Kupplung wirkt, ermöglicht, und eines Anwendungszeitpunkts zum Aufbringen des Eingabemoments gemäß einer Ausführungsform;
12 ist ein Graph zur Erläuterung eines Bereichs, der das Lösen eines Sperrzustands bezüglich einer Beschleunigung einer Eingangswelle ermöglicht, und einer Fortführzeit zum Fortführen einer Erhöhung eines Eingabemoments in eine Kupplung gemäß einer Ausführungsform;
13 ist ein Flussdiagramm einer ersten Betriebssteuerung zur Änderung eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses gemäß einer Ausführungsform;
14 ist ein Graph einer Kraft, die gemäß einer Ausführungsform durch Hubfedern bezüglich eines Exzenterwellenwinkels auf einen Zylinderblock aufgebracht wird;
15 ist ein Graph eines Winkelkoeffizienten, durch welchen ein Verbindungsmechanismus eine Rotationskraft bezüglich eines Exzenterwellenwinkels bei einer Ausführungsform überträgt;
16 ist ein Graph eines Umkehreingabemoments einer Kupplung bezüglich eines Exzenterwellenwinkels gemäß einer Ausführungsform;
17 ist ein Graph eines Ausgabemoments eines Motors, wenn ein Tastverhältnis bzw. eine relative Einschaltdauer eines Motors gemäß einer Ausführungsform verändert wird;
18 ist ein Graph eines Reibungskoeffizienten an Kontaktflächen von Rollen einer Kupplung gemäß einer Ausführungsform;
19 ist eine schematische Ansicht einer Leistungsversorgungsvorrichtung, die einen Motor eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einer Ausführungsform mit Strom versorgt;
20 ist ein Graph zur Erläuterung eines Bereichs, der das Lösen eines Sperrzustands bezüglich einer Beschleunigung einer Eingangswelle ermöglicht, und einer Fortführzeit zum Fortführen einer Erhöhung eines Eingabemoments in eine Kupplung gemäß einer Ausführungsform;
21 ist ein Flussdiagramm einer dritten Betriebssteuerung zur Änderung eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses gemäß einer Ausführungsform;
22 ist ein Graph eines Zylinderinnendrucks bezüglich eines Kurbelwinkels einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einer Ausführungsform;
23 ist ein Graph eines Umkehreingabemoments einer Kupplung bezüglich eines Kurbelwinkels einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einer Ausführungsform; und
24 ist ein Flussdiagramm einer vierten Betriebssteuerung zur Änderung eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses gemäß einer Ausführungsform.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 24 wird eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer Ausführungsform erläutert. In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielhaft eine an einem Fahrzeug montierte Verbrennungskraftmaschine mit Funkenzündung (d. h. ein Ottomotor) beschrieben. Die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform hat einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis ändern kann.
1 ist eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einer Ausführungsform. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst eine Maschine 90. Die Maschine 90 hat eine Lagerstruktur mit einem Kurbelgehäuse 1. Die Lagerstruktur ist derart ausgestaltet, um eine Kurbelwelle zu lagern. Die Maschine 90 hat einen Zylinderblock 2 sowie einen Zylinderkopf 3. In einem innerhalb des Zylinderblocks 2 ausgebildeten Bohrungsteil ist ein Kolben 4 angeordnet. An einem Mittelteil einer oberen Fläche einer Brennkammer 5 ist eine Zündkerze 6 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird der von einer Kronenfläche des Kolbens 4, dem Bohrungsteil des Zylinderblocks 2 und einem Zylinderkopf 3 an jeder Position des Kolbens 4 umgebene Raum als „Brennkammer” bezeichnet. Darüber hinaus ist, als Zylinderinnendruckdetektor der einen Druck der Brennkammer 5 erfasst, das bedeutet, den Zylinderinnendruck, ein Zylinderinnendrucksensor 23 angeordnet.
Am Zylinderkopf 3 sind eine Ansaugöffnung bzw. ein Einlasskanal 8 und eine Auslassöffnung bzw. ein Auslasskanal 10 ausgebildet. Am Endteil des Einlasskanals 8 ist ein Einlassventil 7 angeordnet. Das Einlassventil 7 öffnet und schließt durch die Rotation eines Einlassnockens 49. Am Endteil des Auslasskanals 10 ist ein Auslassventil 9 angeordnet. Der Einlasskanal 8 ist durch eine Einlasszweigleitung 11 mit einem Ausgleichsbehälter 12 verbunden. In der Einlasszweigleitung 11 ist ein Kraftstoffinjektor 13 zum Einspritzen von Kraftstoff in Richtung zur Innenseite des entsprechenden Einlasskanals 8 angeordnet. Es sei angemerkt, dass, anstelle der Anbringung des Kraftstoffinjektors 13 an der Einlasszweigleitung 11 dieser auch derart angeordnet sein kann, dass er Kraftstoff direkt in die Brennkammer 5 einspritzen kann.
Der Ausgleichsbehälter 12 ist durch eine Einlass- bzw. Ansaugleitung 14 mit einem Luftfilter 15 verbunden. Innerhalb der Ansaugleitung 14 ist ein Drosselventil bzw. eine Drosselklappe 17 angeordnet, die durch einen Aktuator 16 betätigt wird. Darüber hinaus ist innerhalb der Ansaugleitung 14 beispielsweise ein Ansaugluftdetektor 18, der einen Hitzdraht verwendet, angeordnet. Der Auslasskanal 10 dagegen ist durch einen Abgaskrümmer 19 mit einer Katalysatorvorrichtung 20 verbunden, die beispielsweise einen Drei-Wege-Katalysator umfasst. Im Abgaskrümmer 19 ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 21 angeordnet.
Die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus A, der das Volumen der Brennkammer 5 zu dem Zeitpunkt ändern kann, wenn sich der Kolben 4 am oberen Verdichtungstotpunkt befindet. Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus A ist derart ausgestaltet, um die relative Position des Zylinderblocks 2 bezüglich des Kurbelgehäuses 1 in Axialrichtung des Zylinders zu verändern. Zwischen dem Kurbelgehäuse 1 und dem Zylinderblock 2 sind Vorspannelemente bestehend aus Hubfedern 65 angeordnet. Die Hubfedern 65 sind derart ausgestaltet, um den Zylinderblock 2 in eine Richtung weg vom Kurbelgehäuse 1 vorzuspannen. Es sei angemerkt, dass die Vorspannelemente hierauf nicht beschränkt sind. Jede Art von Element, das den Zylinderblock in eine Richtung weg vom Kurbelgehäuse vorspannen kann, kann verwendet werden.
Im Kurbelgehäuse 1 und Zylinderblock 2 ist ein Relativpositionssensor 22 zur Erfassung der Relativposition bzw. relativen Position des Zylinderblocks 2 bezüglich des Kurbelgehäuses 1 angeordnet. Vom Relativpositionssensor 22 wird ein Ausgangssignal, das eine Änderung des Abstandes zwischen dem Kurbelgehäuse 1 und dem Zylinderblock 2 anzeigt, ausgegeben. Am Aktuator 16 zum Antreiben der Drosselklappe ist ein Drosselklappenöffnungsgradsensor 24 angebracht, der ein Ausgangssignal ausgibt, das einen Öffnungsgrad der Drosselklappe anzeigt.
Die Steuervorrichtung der Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine elektronische Steuereinheit 30. Die elektronische Steuereinheit 30 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Digitalcomputer. Der Digitalcomputer umfasst Komponenten, die miteinander durch einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind, beispielsweise ein ROM (Festspeicher) 32, ein RAM (Arbeitsspeicher) 33, eine CPU (Mikroprozessor) 34, einen Eingabekanal 35 sowie einen Ausgabekanal 36.
Die Ausgangssignale des Ansaugluftdetektors 18, des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 21, des Relativpositionssensors 22, des Zylinderinnendrucksensors 23 und des Drosselklappenöffnungsgradsensors 24 werden durch entsprechende A/D-Wandler 37 in den Eingabekanal 35 eingegeben. Darüber hinaus hat ein Gaspedal 40 einen Lastsensor 41, der eine Ausgangsspannung proportional zum Niederdrückbetrag des mit diesem verbundenen Gaspedals 40 ausgibt. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird über einen entsprechenden A/D-Wandler 37 in den Eingabekanal 35 eingegeben. Die Ausgabe des Lastsensors 41 kann verwendet werden, um eine geforderte Last zu ermitteln. Ferner ist ein Kurbelwinkelsensor 42, der jedes Mal einen Ausgabeimpuls erzeugt, wenn sich die Kurbelwelle beispielsweise um 30 Grad dreht, mit dem Eingabekanal 35 verbunden. Das Ausgabesignal des Kurbelwinkelsensors 42 kann verwendet werden, um den Kurbelwinkel und die Maschinendrehzahl zu erfassen.
Demgegenüber ist der Ausgabekanal 36 durch entsprechende Steuerschaltungen 38 mit den Zündkerzen 6, den Kraftstoffinjektoren 13, dem Drosselklappenantriebsaktuator 16 und dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus A verbunden. Diese Vorrichtungen werden durch die elektronische Steuereinheit 30 gesteuert.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform. 3 ist eine erste schematische Schnittansicht des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform. Bezug nehmend auf die 2 und 3 ist unter den beiden Seitenwänden des Zylinderblocks 2 eine Mehrzahl von vorstehenden Teilen 50 ausgebildet, die voneinander beabstandet sind. An jedem vorstehenden Teil 50 ist eine Nockeneinfügeöffnung 51 mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet. An der oberen Wand des Kurbelgehäuses 1 ist eine Mehrzahl vorstehender Teile 52 voneinander beabstandet ausgebildet, die zwischen die vorstehenden Teile 50 bringbar sind. Auch an diesen vorstehenden Teilen 52 sind Nockeneinfügeöffnungen 53 mit kreisförmigen Querschnitt ausgebildet.
Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform umfasst Wellen mit exzentrischen Wellen bzw. Exzenterwellen, die aus Nockenwellen 54 und 55 bestehen. Die Nockenwellen 54, 55 sind zwischen dem Kurbelgehäuse 1 und dem Zylinderblock 2 angeordnet. Eine jede Nockenwelle 54, 55 hat kreisförmige Nocken 58 die in die jeweilige Nockeneinfügeöffnung 53 drehbar eingesetzt werden können. Diese kreisförmigen Nocken 58 sind koaxial zu den Achslinien der Nockenwellen 54, 55. Demgegenüber sind an beiden Seiten eines jedes zylindrischen Nockens 58, wie in 3 dargestellt ist, Exzenterwellen 57 von der Mitte der Achslinien der Nockenwellen 54, 55 versetzt angeordnet. An jeder Exzenterwelle 57 ist ein anderer kreisförmiger Nocken 56 von der Mitte versetzt drehbar angebracht. Wie in 2 gezeigt ist, sind kreisförmige Nocken 56 an beiden Seiten eines jeden kreisförmigen Nocken 58 angebracht. Diese kreisförmigen Nocken 56 werden drehbar in entsprechende Nockeneinfügeöffnungen 51 eingebracht. Der Zylinderblock 2 wird durch das Kugelgehäuse 1 durch die Nockenwellen 54, 55 mit den Exzenterwellen 57 gelagert.
4 zeigt eine zweite schematische Schnittansicht eines variablen Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform. 5 zeigt eine dritte schematische Schnittansicht des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform. Die 3 bis 5 zeigen Schnittansichten zur Erläuterung der Funktion des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis im Normalbetrieb verändert wird. Aus dem in 3 gezeigten Zustand bewegt sich die Nocke 58, die an jeder Kurbelwelle 54, 55 angebracht ist, in eine Richtung, wodurch die Exzenterwellen 57 sich einander annähern, wenn sie in entsprechend entgegengesetzte Richtungen rotiert werden, wie durch die Pfeile 68 angedeutet. Die Exzenterwellen 57 drehen um die Achslinien der jeweiligen Nockenwellen 54, 55. Der Zylinderblock 2 bewegt sich, wie durch den Pfeil 99 angedeutet, in eine Richtung weg vom Kurbelgehäuse 1. Zu diesem Zeitpunkt rotieren die kreisförmigen Nocken 56 in den Nockeneinfügeöffnungen 51 und, wie in 4 gezeigt ist, verändern die Position der Exzenterwellen 57 von einer niedrigen Position auf eine Zwischenhöhenposition. Anschließend bewegt sich, wenn sich die ringförmigen Nocken 58 in die Richtung drehen, die durch die Pfeile 68 angedeutet ist, der Zylinderblock 2, wie durch den Pfeil 99 angedeutet, in eine Richtung weiter weg vom Kurbelgehäuse 1. Als Ergebnis gelangen, wie in 5 gezeigt ist, die Exzenterwellen 57 an ihre höchste Position.
Die 3 bis 5 zeigen die Positionsbeziehung zwischen der Mitte „a” eines kreisförmigen Nockens 58, der Mitte „b” einer Exzenterwelle 57 und der Mitte „c” eines kreisförmigen Nockens 56. Die aus einem Vergleich der 3 bis 5 ersichtlich ist, wird die Relativposition des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinders 2 durch die Distanz der Mitte „a” des kreisförmigen Nockens 58 und der Mitte „c” des kreisförmigen Nockens 56 bestimmt. Je größer die Distanz zwischen der Mitte „a” des kreisförmigen Nockens 58 und der Mitte „c” des kreisförmigen Nockens 56 ist, desto weiter ist der Zylinderblock 2 vom Kurbelgehäuse 1 entfernt. Das bedeutet, der variable Verdichtungsverhältnismechanismus A verändert die relative Position des Kurbelgehäuses 1 und des Zylinderblocks 2 aufgrund des die rotierenden Nocken verwendenden Verbindungs- bzw. Kurbelmechanismus.
Wenn sich der Zylinderblock 2 vom Kurbelgehäuse 1 wegbewegt, nimmt das Volumen der Brennkammer 5 zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben 4 am oberen Verdichtungstotpunkt ist, zu. Wenn sich der Zylinderblock 2 dem Kurbelgehäuse 1 annähert, nimmt das Volumen der Brennkammer 5 zu dem Zeitpunkt, wenn sich der Kolben 4 am oberen Verdichtungstotpunkt befindet, ab. Es ist daher möglich, die Nockenwellen 54, 55 zu drehen, um dadurch das Volumen der Brennkammer 5 zu dem Zeitpunkt zu verändern, wenn sich der Kolben 4 am oberen Verdichtungstotpunkt befindet.
Bezugnehmend auf 2 umfasst der variable Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Erfindung eine Antriebsvorrichtung zum Drehen der Nockenwellen 54, 55 zum Verändern des Volumens der Brennkammer 5. Die Antriebsvorrichtung umfasst eine rotierende Maschine bestehend aus einem Motor 59. Darüber hinaus umfasst die Antriebsvorrichtung eine Kupplung 70, Schnecken 61, 62 und Schneckenräder 63, 64 etc. Eine Welle 66 ist mit der Ausgangswelle des Motors 59 und der Eingangswelle der Kupplung 70 verbunden. Eine Welle 60 ist mit der Ausgangswelle der Kupplung 70 verbunden. An der Welle 60 ist ein Paar Schnecken 61, 62 mit entgegengesetzten Gewindegängen angebracht, um die Nockenwellen 54, 55 in wechselseitig entgegengesetzte Richtungen zu drehen. Die Schneckenräder 63, 64, die mit den Schnecken 61, 62 kämmen, sind an den Enden der Nockenwellen 54, 55 angebracht. Es sei angemerkt, dass die rotierende Maschine der Antriebsvorrichtung nicht auf einen Motor oder einen anderen Elektromotor begrenzt ist. Jede Vorrichtung, welche die Eingangswelle der Kupplung 70 drehen kann, kann verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform ist es durch Antreiben des Motors 59 möglich, das Volumen der Brennkammer 5 zu dem Zeitpunkt über einen weiten Bereich zu ändern, wenn sich der Kolben 4 am oberen Verdichtungstotpunkt befindet. Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus wird durch die elektronische Steuereinheit 30 gesteuert. Der Motor 59, der die Nockenwellen 54, 55 dreht, ist durch eine entsprechende Antriebsschaltung 38 mit dem Ausgabekanal 36 verbunden.
Auf diese Weise ist der variable Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform derart ausgestaltet, dass das Volumen der Brennkammer 5 zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, dadurch verändert werden kann, dass sich der Zylinderblock 2 relativ zum Kurbelgehäuse 1 bewegt. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Verdichtungsverhältnis, das ausschließlich anhand des Hubvolumens des Kolbens vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt und dem Volumen der Brennkammer zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, bestimmt ist, als „mechanisches Verdichtungsverhältnis” bezeichnet. Das mechanische Verdichtungsverhältnis stützt sich nicht auf den Schließzeitpunkt des Einlassventils etc. und kann durch (mechanisches Verdichtungsverhältnis) = (Volumen der Brennkammer zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht + Hubvolumen des Kolbens)/(Volumen der Brennkammer, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht) beschrieben werden.
Bei dem in 3 gezeigten Zustand wird das Volumen der Brennkammer 5 klein und das mechanische Verdichtungsverhältnis ist hoch. Wenn die Ansaugluftmenge ständig konstant ist, wird das tatsächliche Verdichtungsverhältnis hoch. Bei dem in 5 gezeigten Zustand dagegen wird das Volumen der Brennkammer 5 hoch und das mechanische Verdichtungsverhältnis ist gering bzw. niedrig. Wenn die Ansaugluftmenge ständig konstant ist, sinkt das tatsächliche Verdichtungsverhältnis.
Die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform kann das mechanische Verdichtungsverhältnis während des Betriebs verändern, um dadurch das tatsächliche Verdichtungsverhältnis zu ändern. Es ist beispielsweise möglich, den variablen Verdichtungsverhältnismechanismus zu nutzen, um das mechanische Verdichtungsverhältnis entsprechend dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zu ändern.
Bezugnehmend auf die 3 bis 5 drehen die Exzenterwellen 57 um die Achsen der Nockenwellen 54, 55, das bedeutet, die Achsen der kreisförmigen Nocken 58. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis gesenkt wird, drehen die Exzenterwellen 57 in die durch die Pfeile 68 angedeuteten Richtungen. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht wird, drehen die Exzenterwellen 57 in die durch die Pfeile 69 angedeuteten Richtungen.
Bezugnehmend auf 2 umfasst der variable Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform eine Kupplung 70, die in einem Antriebskraftübertragungspfad angeordnet ist, der die Rotationskraft der (das Ausgabemoment), die vom Motor 59 ausgegeben wird, auf die Nockenwellen 54, 55, überträgt.
Die Kupplung 70 dieser Ausführungsform ist eine sogenannte „Umkehreingabesperrkupplung”. Die Umkehreingabesperrkupplung der vorliegenden Ausführungsform ist derart ausgestaltet, um die Rotationskraft von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle zu übertragen, und die Rotationskraft von der Ausgangswelle zu blockieren. Das bedeutet, die Kupplung 70 ist derart ausgestaltet, dass die Rotationskraft der Welle 66, die vom Motor 59 übertragen wird, auf die Schnecken 61, 62 übertragen wird, und die Rotationskraft der Welle 60, die von den Schnecken 61, 62 übertragen wird, blockiert und nicht auf den Motor 59 übertragen wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird das auf die Eingangswelle der Kupplung 70 aufgrund der Drehmomentausgabe durch den Motor 59 wirkende Drehmoment als „eingeleitetes Moment bzw. Eingabemoment der Kupplung 70” bezeichnet. Ferner wird das durch die Exzenterwellen 57 aufgrund der auf den Zylinderblock 2 wirkenden Kraft auf die Ausgangswelle der Kupplung 70 wirkende Moment als „umgekehrt eingeleitetes Moment bzw. Umkehreingabemoment der Kupplung 70” bezeichnet.
Die Kupplung 70 der vorliegenden Ausführungsform ist zwischen dem Motor 59 und der Schnecke 62 angeordnet, wobei die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Sie kann an jeder Stelle in dem Antriebskraftübertragungspfad, der die Rotationskraft des Motors 59 auf die Nockenwellen 54, 55 überträgt, angeordnet sein. Beispielsweise kann die Kupplung 70 zwischen den Schneckenrädern 63, 64 und den Nockenwellen 54, 55 angeordnet sein. In diesem Fall können Kupplungen an den jeweiligen Nockenwellen 54, 55 angeordnet werden.
6 ist eine erste schematische Schnittansicht einer Kupplung der vorliegenden Ausführungsform. 7 ist eine zweite schematische Schnittansicht einer Kupplung der vorliegenden Ausführungsform. 7 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie X aus 6.
Bezugnehmend auf 6 und 7 umfasst die Kupplung 70 der vorliegenden Ausführungsform einen Außenring 77. Der Außenring 77 ist mittels einer Schraube 85 an einem Gehäuse 78 befestigt. Der Außenring 77 ist derart angebracht, dass er sich nicht bewegt, selbst wenn die Kupplung 70 angetrieben wird. Die Kupplung 70 hat eine Ausgangswelle 74. Die Ausgangswelle 74 dreht um eine Rotationsmittelachse 88. Die Ausgangswelle 74 ist mit Lochteilen 75 ausgestaltet. Einige der Lochteile 75 sind entlang der Umfangsrichtung der Rotation der Ausgangswelle 74 ausgebildet. Die Ausgangswelle 74 der vorliegenden Ausführungsform hat eine polygonale Querschnittsgestalt.
Die Kupplung 70 hat eine Eingangswelle 71. Die Eingangswelle 71 dreht um die Rotationsmittelachse 88. Die Eingangswelle 71 hat Einfügeteile 72 sowie Halteteile 73. Die Einfügeteile 72 und Halteteile 73 drehen miteinander.
Die Mehrzahl von Einfügeteilen 72 wird in die Lochteile 75 der Ausgangswelle 74 eingebracht. Die Innendurchmesser der Lochteile 75 sind derart ausgestaltet, dass sie größer sind als die Außendurchmesser der Einfügeteile 72. Spielräume sind zwischen den Einfügeteilen 72 und den Lochteilen 75 ausgebildet. Die Mehrzahl von Halteteilen 73 ist zwischen dem Außenring 77 und der Ausganswelle 74 angeordnet. Überdies sind die Halteteile 73 Rollen 80a, 80b zugewandt.
In dem Raum zwischen der Ausgangswelle 74 und dem Außenring 77 sind die Rollen 80a, 80b angeordnet. Die Rollen 80a, 80b der vorliegenden Ausführungsform sind säulenförmig ausgebildet. Zwischen den Rollen 80a und den Rollen 80b sind Federn 81 angeordnet. Die Federn 81 spannen die Rollen 80a, 80b in eine Richtung voneinander weg vor.
Durch die Ausgangswelle 74 und den Außenring 77 werden Eingriffteile 86a, 86b zum in Eingriff bringen mit den Rollen 80a, 80b ausgebildet. Die Eingriffteile 86a, 86b sind Teile, bei welchen die Abstände zwischen der Außenfläche der Ausgangswelle 75 und der Innenfläche des Außenrings 77 allmählich entlang der Richtung, in welche die Rollen 80a, 80b vorgespannt sind, abnehmen. Die Eingriffteile 86a, 86b sind ferner schmal ausgebildet, sodass die Rollen 80a, 80b nicht durch diese gelangen können.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Kupplung 70 der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Die Kupplung 70 der vorliegenden Ausführungsform überträgt eine Rotationskraft des Motors 59 auf die Ausgangswelle 74, wenn die Rotationskraft auf die Eingangswelle 71 aufgebracht wird. Dagegen sperrt und blockiert die Kupplung 70 eine Übertragung der Rotationskraft von Seiten der Nockenwellen 54, 55, wenn diese Rotationskraft auf die Ausgangswelle 74 aufgebracht wird. Insbesondere blockiert die Kupplung 70 diese Rotationskraft, wenn eine Rotationskraft, die eine Rotation in eine Rotationsrichtung verursacht, bei der das mechanische Verdichtungsverhältnis abnimmt, auf die Schnecken 61, 62 übertragen wird.
Bezugnehmend auf 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform der Zylinderblock 2 aufgrund der Hubfedern 65 in eine Richtung vom Kurbelgehäuse 1 weg vorgespannt. Während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wirkt, aufgrund der Schwerkraft oder aufgrund eines Unterdrucks beim Ansaughub in der Brennkammer 5 während eines Verbrennungszyklus, eine Kraft in eine Richtung, in welcher sich der Zylinderblock 2 dem Kurbelgehäuse 1 nähert. Da jedoch die Hubfedern 65 vorgesehen sind, wird der Zylinderblock 2 konstant in eine Richtung vorgespannt, die diesen vom Kugelgehäuse 1 wegbewegt, und es kann verhindert werden, dass es zu Vibrationen etc. im Zylinderblock 2 kommt. Darüber hinaus wirkt jedes Mal, wenn Kraftstoff in der Brennkammer 5 verbrannt wird, aufgrund des Zylinderinnendrucks eine Kraft in eine Richtung, in welche sich der Zylinderblock 2 vom Kurbelgehäuse 1 entfernt.
Die Vorspannkraft in eine Richtung, in welcher sich der Zylinderblock 2 vom Kurbelgehäuse 1 entfernt, wird auf die Nockenwellen 54, 55 übertragen und in eine Rotationskraft umgewandelt. Die an den Nockenwellen 54, 55 erzeugte Rotationskraft wird durch die Schneckenräder 63, 64 und Schnecken 61, 62 auf die Ausgangswelle 74 der Kupplung 70 übertragen. Bezugnehmend auf 6 zeigt der Pfeil 100 die Richtung, die derjenigen Richtung entspricht, in welche sich der Zylinderblock 2 bezüglich des Kurbelgehäuses 1 hebt. Das bedeutet, dies zeigt die Rotationsrichtung, in welche das mechanische Verdichtungsverhältnis kleiner wird, und die Brennkammer 5 zu dem Zeitpunkt, wenn der Kolben 4 den oberen Totpunkt erreicht, größer wird. Auf den Zylinderblock 2 wirkt kontinuierlich eine Kraft in eine Richtung, die diesen vom Kurbelgehäuse 1 wegbewegt, während auf die Ausgangswelle 74 eine Kraft in eine durch den Pfeil 100 dargestellte Richtung wirkt. Das bedeutet, ein umgekehrt eingeleitetes Drehmoment bzw. Umkehreingabemoment wirkt in eine Richtung, die durch den Pfeil 100 dargestellt ist.
Jede Rolle 80a wird durch die Feder 81 gedrückt und gelangt mit dem Eingriffteil 86a in Kontakt. Aus diesem Grund kommt es zu einem Keileffekt zwischen der Rolle 80a, die Rotation der Ausgangswelle 74 bezüglich des Außenrings 77 wird blockiert, und die Ausganswelle 74 wird gesperrt. Auf diese Weise kann die Kupplung 70 die Rotationskraft von der Ausgangsseite, die der Richtung entspricht, in welche sich der Zylinderblock 2 vom Kugelgehäuse 1 wegbewegt, blockieren. In ähnlicher Weise gelangt, wenn eine Rotationskraft in eine dem Pfeil 100 entgegengesetzte Richtung auf die Ausgangswelle 74 wirkt, jede Rolle 80b mit dem Eingriffteil 86b in Kontakt und die Ausgangswelle 74 wird verriegelt. Wenn der Motor 59 nicht angetrieben wird, gelangen die Rollen 80a, 80b mit den Eingriffteilen 86a, 86b in Kontakt und die Kupplung 70 sperrt die Ausgangswelle 74.
8 ist eine erste schematische Schnittansicht einer Kupplung 70, welche den Betrieb beim Verringern bzw. Absenken des mechanischen Verdichtungsverhältnisses erläutert. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis verringert wird, wird der Zylinderblock 2 in eine Richtung weg vom Kurbelgehäuse 1 bewegt. Durch das Antreiben des Motors 59 drehen die Einfügeteile 72 der Eingangswelle 71 in eine durch den Pfeil 101 gezeigte Richtung. Bevor die Einfügeteile 72 mit Innenflächen der Lochteile 75 in Kontakt gelangen, gelangen die Halteteile 73 mit den Rollen 80a in Kontakt.
9 ist eine zweite schematische Schnittansicht einer Kupplung 70 zur Erläuterung der Funktion, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis gesenkt wird. Durch das Weiterdrehen der Eingangswelle 71 drücken die Halteteile 73 gegen die Rollen 80a. Die Rollen 80a lösen sich von den Eingriffteilen 86a. Die Ausgangswelle 74 wird somit aus dem Sperrzustand bzw. gesperrten Zustand gelöst und kann bezüglich des Außenrings 77 in die durch den Pfeil 101 angedeutete Richtung drehen. Die Einfügeteile 72 der Eingangswelle 71 drehen in die durch den Pfeil 101 gezeigte Richtung, wodurch die Einfügeteile 72 gegen die Lochteile 75 der Ausgangswelle 74 drücken und somit die Ausgangswelle 74 drehen. Zu diesem Zeitpunkt dreht die Ausgangswelle 74 in eine Richtung, wodurch sich die Rollen 80b von den Eingriffteilen 86b entfernen, sodass der Sperrzustand aufgrund der Rollen 80b ebenfalls gelöst wird.
10 ist eine schematische Schnittansicht einer Kupplung 70 zur Erläuterung des Betriebs, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht wird. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht wird, wird der Zylinderblock 2 in eine Richtung hin zum Kugelgehäuse 1 bewegt. Durch das Antreiben des Motors 59 drehen die Einfügeteile 72 und Halteteile 73 der Eingangswelle 71 in die durch den Pfeil 102 angedeutete Richtung.
Dadurch, dass die Einfügeteile 72 und Halteteile 73 der Eingangswelle 71 in die durch den Pfeil 102 angedeutete Richtung drehen, drücken die Halteteile 73 gegen die Rollen 80b. Die Rollen 80b lösen sich von den Eingriffteilen 86b, wodurch der Keileffekt der Rollen 80b verschwindet. Anschließend drücken die Einfügeteile 72 der Eingangswelle 71 gegen die Lochteile 75 der Ausgangswelle 74, wodurch die Rotationskraft der Eingangswelle 71 auf die Ausgangswelle 74 übertragen werden kann. Die Ausgangswelle 74 dreht sich in die durch den Pfeil 102 gezeigte Richtung. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich die Ausgangswelle 74 in eine Richtung, wodurch sich die Rollen 80a von den Eingriffteilen 86a lösen, sodass der Sperrzustand der Rollen 80a ebenfalls gelöst wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Rotationskraft der Eingangswelle 71 auf die Ausgangswelle 74 zu übertragen.
Diesbezüglich führt die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform eine Steuerung zum Antreiben des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus in der Zeitspanne aus, wenn die Maschine 90 stoppt. Das „Stoppen der Maschine 90” bezeichnet hierbei nicht nur den Zustand, wenn die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer 5 endet, sondern auch, wenn die Drehmomentausgabe der Maschine 90 Null ist. Das bedeutet, es bezeichnet den Zustand, wenn die Maschinendrehzahl Null ist. Auch in einem solchen Zustand, bei dem die Maschine 90 gestoppt ist, wird beispielsweise das mechanische Verdichtungsverhältnis manchmal geändert, um das Vorliegen eines Fehlers im variablen Verdichtungsverhältnismechanismus zu bestimmen.
Bezugnehmend auf 1 stoppt in der Zeitspanne, wenn die Maschine 90 gestoppt ist, die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer 5. Aus diesem Grund ist die auf den Zylinderblock 2 aufgrund des Zylinderinnendrucks wirkende Kraft Null. Da jedoch die Hubfedern 65 zwischen dem Kurbelgehäuse 1 und dem Zylinderblock 2 angeordnet sind, wird der Zylinderblock 2 in eine Richtung weg vom Kurbelgehäuse 1 vorgespannt.
Bezugnehmend auf 2 wird die auf den Zylinderblock 2 wirkende Kraft durch Nockenwellen 54, 55, Schneckenräder 63, 64, Schnecken 61, 62 und die Welle 60 auf die Ausgangswelle 74 der Kupplung 70 aufgebracht. Die Richtung des Umkehreingabemoments, das zu diesem Zeitpunkt auf die Ausganswelle 74 aufgebracht wird, entspricht der Richtung, wodurch sich der Zylinderblock 2 vom Kurbelgehäuse 1 wegbewegt.
Bezugnehmend auf 6 wird, selbst während der Zeitspanne, wenn die Maschine 90 gestoppt ist, an der Kupplung 70 ein Umkehreingabemoment, das durch den Pfeil 100 angedeutet ist, auf die Ausgangswelle 74 aufgebracht. Die Rollen 80a greifen in die Eingriffteile 86a ein und die Übertragung des Umkehreingabemoments auf die Eingangswelle 71 wird in diesem Zustand blockiert. Das bedeutet, die Kupplung 70 ist in einem Sperrzustand.
Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis während der Stopp-Phase der Maschine 90 erhöht wird, kann eine ähnliche Steuerung wie während des Betriebs der Maschine 90 zum Lösen des Sperrzustands verwendet werden. Es ist überdies möglich, den Sperrzustand der Kupplung 70 durch ein relativ kleines Eingangsmoment bzw. Eingabemoment zu lösen. Das bedeutet, wie in 10 gezeigt ist, kann durch das Verwenden des Motors 59 zum Drehen der Eingangswelle 71 in eine durch den Pfeil 102 gezeigt Richtung der Sperrzustand durch die Rollen 80b gelöst werden, und das mechanische Verdichtungsverhältnis kann erhöht werden. Das Ausgabemoment des Motors 59 zu diesem Zeitpunkt kann auf einen vorgegebenen Sollwert gesteuert werden.
Wenn dagegen das mechanische Verdichtungsverhältnis während der Stopp-Phase der Maschine 90 gesenkt werden soll, wie in 8 und 9 gezeigt, wird der Motor 59 dazu verwendet, um die Eingangswelle 71 in die durch den Pfeil 101 gezeigte Richtung zu drehen, und dadurch die Rollen 80a von den Eingriffteilen 86a zu lösen. Während der Stopp-Phase der Maschine 90 nimmt das Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle 74 wirkt, einen im Wesentlichen konstanten Zustand ein. Darüber hinaus ist der Zylinderblock 2 in eine Richtung weg vom Kurbelgehäuse 1 vorgespannt. Aus diesem Grund ist es möglich, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis verringert wird, und es möglich ist, den Sperrzustand der Kupplung 70 zu lösen, das mechanische Verdichtungsverhältnis mittels eines kleinen Moments leicht zu senken.
Diesbezüglich haben die Erfinder herausgefunden, dass, wenn der Sperrzustand der Kupplung 70 gelöst wird, es nicht nur von der Größe des endgültigen Eingabemoments abhängt, das auf die Eingangswelle 71 aufgebracht wird, ob es möglich ist diese zu lösen, sondern auch von der Geschwindigkeit des Anstiegs des Eingabemoments der Eingangswelle 71, das bedeutet, dem Drehmomentgradienten. Die Erfinder haben ferner herausgefunden, dass es zum Lösen des Sperrzustands notwendig ist, den Anstieg des Eingabemoments für eine vorgegebene Zeitspanne aufrecht zu erhalten. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Zeitspanne zum Fortführen der Erhöhung des Eingabemoments der Kupplung 70 als „Fortführzeit” bezeichnet, während die Zeit zum Aufbringen des Eingabemoments auf die Kupplung 70 als „Anwendungszeit” bezeichnet wird. Die Anwendungszeit ist die Fortführzeit oder mehr.
11 zeigt einen Graph zur Erläuterung des Zustands zum Entsperren bezüglich der Anwendungszeit und des Eingabemoments der Kupplung 70, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis verringert wird. Ein konstantes Umkehreingabemoment wird auf die Ausgangswelle 74 der Kupplung 70 aufgebracht. Ein Beispiel, bei dem der Sperrzustand der Kupplung 70 erfolgreich gelöst wurde, wird durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Darüber hinaus wird ein Vergleichsbeispiel 1, bei dem das Lösen des Sperrzustands fehlgeschlagen ist, durch eine strichpunktierte Linie dargestellt, und ein Vergleichsbeispiel 2 wird durch eine doppelstrichpunktierte Linie gezeigt.
Bei der Steuerung dieser Ausführungsform ist der Gradient des Eingabemoments groß und der Sperrzustand wird zum Anwendungszeitpunkt t_id gelöst. Zum Anwendungszeitpunkt t_id wird das Drehmoment das Eingabemoment T_id. Demgegenüber wird bei der Steuerung von Vergleichsbeispiel 1 der Gradient des Eingabemoments T_i klein eingestellt. In diesem Fall wird das Eingabemoment allmählich erhöht, der Sperrzustand der Kupplung 70 wird jedoch beibehalten, ohne dass dieser gelöst wird. Darüber hinaus ist beim Vergleichsbeispiel 2 der Gradient des Eingabemoments groß, die Fortführzeit zum Fortführen der Erhöhung des Drehmoments ist jedoch kurz und der Anstieg des Eingabemoments wird bei einem Eingabemoment T_in gestoppt. Als Ergebnis wird der Sperrzustand beibehalten, ohne dass dieser gelöst wird. Auf diese Weise haben die Erfinder herausgefunden, dass zum Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 der Gradient des Eingabemoments sowie die Fortführzeit zum Fortführen der Erhöhung des Eingabemoments wichtige Faktoren sind.
12 zeigt einen Graph zur Erläuterung eines Bereichs, in welchem der Sperrzustand der Kupplung bezüglich der Beschleunigung der Eingangswelle der Kupplung und der Fortführzeit gelöst werden kann. Die Abszisse zeigt dabei die Beschleunigung der Eingangswelle 71 entsprechend dem Gradienten des Eingabemoments. Die Ordinate ist die Fortführzeit der Fortführung zum Erhöhen des Moments.
Die durchgezogene Linie zeigt einen Graph, bei dem das Umkehreingabemoment M₁ auf die Ausgangswelle 74 aufgebracht wird. Wenn die Beschleunigung der Eingangswelle kleiner ist als die Beschleunigung α_i1, ist es nicht möglich, den Sperrzustand der Kupplung 70 zu lösen, selbst wenn die Fortführzeit verlängert wird. Dieser Bereich ist der Bereich, bei welchem der Drehmomentgradient ungenügend ist. Wenn die Fortführzeit bei der Beschleunigung α_i1 der Eingangswelle oder mehr verlängert wird, ist es möglich, den Sperrzustand zu lösen. Um den Sperrzustand bei der Beschleunigung α_i1 der Eingangswelle zu lösen ist eine Fortführzeit t_i1 oder mehr notwendig. Wenn dagegen die Fortführzeit kürzer als eine vorgegebene Zeit ist, ist es nicht möglich, den Sperrzustand zu lösen. Dieser Bereich wird der Bereich, in welchen die Fortführzeit ungenügend ist. Die für das Lösen des Sperrzustands benötigte Fortführzeit t_i wird kürzer, je größer die Beschleunigung α_i der Eingangswelle ist. Die Eingangswellenbeschleunigung α_im ist die Maximalbeschleunigung der Eingangswelle, welche der Motor 59 liefern kann. Bei der Eingangswellenbeschleunigung α_im wird eine Fortführzeit t_ilm oder mehr zum Entriegeln benötigt. Auf diese Weise löst der Motor der vorliegenden Ausführungsform den Sperrzustand durch das Fortführen der Erhöhung des Drehmomentgradienten über eine vorgegebene Zeit in dem Zustand, der größer als die Beschleunigung α_i1 der Eingangswelle ist und kleiner als die Eingangswellenbeschleunigung α_im.
12 zeigt einen Graph bei einem Fall, bei dem sich das Umkehreingabemoment ändert. Das Umkehreingabemoment M₂ ist größer als das Umkehreingabemoment M₁. Wenn das das Umkehreingabemoment M₁ sich zum Umkehreingabemoment M₂ ändert, wie durch den Pfeil 105 angedeutet, verschiebt sich der Bereich, der das Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 ermöglicht. In dem Fall des Umkehreingabemoments M₂ ist eine Beschleunigung der Eingangswelle mit einer Beschleunigung von α_i2 oder darüber hinaus notwendig, um den Sperrzustand der Kupplung 70 zu lösen. Zum Zeitpunkt der Beschleunigung α_i2 der Eingangswelle ist eine Fortführzeit t_i2 oder mehr notwendig. Darüber hinaus ist im Fall der Maximalbeschleunigung α_1m der Eingangswelle des Motors 59 eine Fortführzeit t_i2m oder mehr zum Lösen des Sperrzustands notwendig.
Wie in 8 gezeigt ist, werden vor dem Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 die Rollen 80a in den Eingriffteilen 86a, die aus der Ausgangswelle 74 und dem Außenring 77 bestehen, gefangen. Um das Lösen der Rollen 80a von den Eingriffteilen 86a zu starten, geht man davon aus, dass es notwendig ist, die Eingangswelle 71 mit einem vorgegeben große Drehmomentgradienten oder mehr zu drehen. Nachdem sich die Rollen 80a zu lösen beginnen, wird ferner davon ausgegangen, dass, um die Rollen 80a von den Eingriffteilen 86a zu trennen und den Sperrzustand vollständig zu lösen, es notwendig ist, das Drücken der Rollen 80a für eine vorgegebene Fortführzeit fortzusetzen. In der vorliegenden Ausführungsform werden der Gradient des Eingabemoments der Kupplung 70 und die Fortführzeit zum Fortführen des Erhöhens des Eingabemoments derart eingestellt, um den Sperrzustand der Kupplung zu lösen.
Bezugnehmend auf 12 ist es möglich, wenn das Umkehreingabemoment M der Kupplung 70 bestimmt wird, den Drehmomentgradienten und die Fortführzeit entsprechend dem Umkehreingabemoment M zu wählen, um den Sperrzustand der Kupplung 70 zu lösen. Bezüglich der Beschleunigung α₁ der Eingangswelle ist es möglich, jeden Wert zu wählen, der ein Lösen des Sperrzustands zulässt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Bereich, in welchem der Gradient des Eingabemoments groß wird, gewählt. Die maximale Eingangswellenbeschleunigung α_im in dem Bereich, der das Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 zulässt, wird gewählt. Durch das Erhöhen der Beschleunigung α_i der Eingangswelle und Verkürzen der Fortführzeit t_i ist es möglich, die Menge an Leistung zu verringern, die zum Lösen des Sperrzustands benötigt wird. Das bedeutet, es ist möglich, den Leistungsverbrauch zum Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 zu senken. Es ist ferner möglich, das Ansprechverhalten zum Lösen des Sperrzustands zu verbessern.
13 zeigt ein Flussdiagramm einer ersten Betriebssteuerung zum Ändern des mechanischen Verdichtungsverhältnisses der vorliegenden Ausführungsform. Die Betriebsteuerung aus 13 kann wiederholt durch die elektronische Steuereinheit 30, beispielsweise in vorgegebenen Zeitintervallen, ausgeführt werden.
In Schritt 120 wird bestimmt, ob der Zustand ein Zustand ist, bei dem die Maschine 90 gestoppt ist. Beispielsweise wird bestimmt, ob die Maschinendrehzahl Null ist. Wenn in Schritt 120 die Maschine 90 mitten im Betrieb ist, endet die Steuerung. Wenn in Schritt 120 die Maschine mitten in der Stopp-Phase ist, fährt die Routine mit Schritt 121 fort.
In Schritt 121 wird bestimmt, ob eine Anforderung zum Ändern des mechanischen Verdichtungsverhältnisses erfasst wurde. Wenn keine Anforderung zum Ändern des mechanischen Verdichtungsverhältnisses erfasst wurde, endet die Steuerung. Wenn eine Anforderung zum Ändern des mechanischen Verdichtungsverhältnisses erfasst wurde, fährt die Routine mit Schritt 122 fort.
In Schritt 122 wird dann bestimmt, ob das mechanische Verdichtungsverhältnis verringert wird. Wenn in Schritt 122 bestimmt wird, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht wird, fährt die Routine mit Schritt 124 fort. In Schritt wird das mechanische Verdichtungsverhältnis auf das mechanische Soll-Verdichtungsverhältnis erhöht. In diesem Fall ist es möglich, den Sperrzustand durch Anlegen eines Stroms an den Motor 59 zu lösen, um den vorgegebene Drehmomentgradienten und die Fortführzeit zu erhalten. Nach dem Lösen des Sperrzustands ist es möglich, das mechanische Verdichtungsverhältnis auf das Soll-Verdichtungsverhältnis zu erhöhen. Wenn in Schritt 122 bestimmt wird, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis verringert werden soll, fährt die Routine mit Schritt 123 fort.
In Schritt 123 wird der Exzenterwellenwinkel θ beim augenblicklichen mechanischen Verdichtungsverhältnis berechnet. Bezugnehmend auf 3 bis 5 wird in der vorliegenden Ausführungsform der Winkel, der durch die Linie, welche die Mitte „a” der kreisförmigen Nocke 58 und die Mitte „b” der Exzenterwelle 57 sowie die Bewegungsrichtung des Zylinderblocks 2 verbindet, als „Winkel θ der Exzenterwelle” bezeichnet. Bezugnehmend auf 3 ist in der vorliegenden Ausführungsform in dem Zustand, bei welchem das mechanische Verdichtungsverhältnis am höchsten ist, der Exzenterwellenwinkel θ 0°. Je kleiner das mechanische Verdichtungsverhältnis ist, desto größer ist der Exzenterwellenwinkel θ. Wie zudem in 5 gezeigt ist, ist in dem Zustand, bei welchem das mechanische Verdichtungsverhältnis am kleinsten ist, der Exzenterwellenwinkel θ im Wesentlichen 180°.
Der Exzenterwellenwinkel θ kann basierend auf dem augenblicklichen mechanischen Verdichtungsverhältnis berechnet werden. Der Exzenterwellenwinkel θ kann beispielsweise basierend auf der Relativposition, die durch den Relativpositionssensor 22 erfasst wird (siehe 1), berechnet werden.
Bezugnehmend auf 13 wird in Schritt 125 das Umkehreingabemoment, das auf die Ausganswelle 74 der Kupplung 70 wirkt, berechnet. Das Verfahren zum Berechnen des Umkehreingabemoments, das auf die Ausgangswelle 74 der Kupplung 70 während der Stopp-Phase der Maschine 90 wirkt, wird nachfolgend erläutert.
14 ist ein Graph der auf den Zylinderblock 2 bezüglich des Exzenterwellenwinkels in einem Verbindungs- bzw. Kurbelmechanismus des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus wirkenden Kraft. Die Ordinate zeigt die auf den Zylinderblock 2 von den Hubfedern 65 (siehe 1) aufgebrachte Kraft. Je niedriger das mechanische Verdichtungsverhältnis ist, desto weiter ist der Zylinderblock 2 vom Kurbelgehäuse 1 entfernt, sodass die Kontraktionen der Hubfedern 65 verringert wird. Aus diesem Grund ist die auf den Zylinderblock 2 wirkende Kraft umso kleiner, je größer der Exzenterwellenwinkel θ ist. Selbst wenn der Exzenterwellenwinkel 180° wird, werden die Hubfedern 65 in diesem Zustand zusammengedrückt und eine minimale Kraft wirkt auf den Zylinderblock 2. Auf diese Weise wird die von den Hubfedern 65 auf den Zylinderblock 2 aufgebrachte Kraft basierend auf dem Exzenterwellenwinkel bestimmt.
15 zeigt einen Graph des Winkelkoeffizienten bezüglich des Exzenterwellenwinkels. Der Winkelkoeffizient der Ordinate entspricht der Übertragungsrate der Kraft, wenn die auf den Zylinderblock 2 wirkende Kraft durch den Verbindungsmechanismus auf die Schneckenräder 63, 64 übertragen wird. Abhängig vom Zustand des Verbindungsmechanismus, das bedeutet, des Exzenterwellenwinkels θ, verändert sich die auf die Schneckenräder 63, 64 übertragene Rotationskraft. Je größer der Winkelkoeffizient ist, desto größer ist das auf die Schneckenräder 63, 64 übertragene Moment.
16 ist ein Graph, der das Umkehreingabemoment bezüglich des Exzenterwellenwinkels zeigt. Durch Multiplizieren der in 14 gezeigten auf den Zylinderblock 2 wirkenden Kraft mit dem in 15 gezeigten Winkelkoeffizienten ist es möglich, das auf die Schneckenräder 63, 64 wirkende Moment zu berechnen. Es ist zudem möglich, das Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle 74 der Kupplung 70 wirkt, basierend auf dem Übersetzungsverhältnis der Schneckenräder 63, 64 und der Schnecken 61, 62 zu berechnen. Hierbei ist ersichtlich, dass das Umkehreingabemoment eine Funktion des Exzenterwellenwinkels ist. Auf diese Weise kann basierend auf der Relativposition des Zylinderblocks 2 bezüglich des Kurbelgehäuses 1 das Umkehreingabemoment berechnet werden.
Nachfolgend bezugnehmend auf 13 werden basierend auf dem Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle 74 wirkt, der Drehmomentgradient, der zum Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 benötigt wird, sowie die Fortführzeit zum Erhöhen des Eingabemoments eingestellt.
In Schritt 126 wird der auf die Eingangswelle 71 der Kupplung 70 eingebracht Drehmomentgradient eingestellt. In Schritt 127 wird die Fortführzeit zum Erhöhen des Drehmoments um den eingestellten Drehmomentgradienten eingestellt. Bezüglich des Drehmomentgradienten und der Fortführzeit werden beispielsweise Werte, die als Funktion des Umkehreingabemoments eingestellt sind, vorab bestimmt. Bezugnehmend auf 12 wird beispielsweise im Fall eines Umkehreingabemoments M₁ ein Drehmomentgradient, welcher der Beschleunigung α_im der Eingangswelle entspricht, eingestellt. Darüber hinaus wird eine Anwendungszeit, die aus der Fortführzeit t_ilm plus einer zusätzlichen Toleranz besteht, eingestellt.
Anschließend wird in Schritt 128 der Sperrzustand gelöst. Die Steuervorrichtung versorgt den Motor 59 mit Leistung, um den eingestellten Drehmomentgradienten und die Anwendungszeit zu erreichen.
17 ist ein Graph zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem an den Motor angelegte Strom und dem Eingangs- bzw. Eingabemoment der Kupplung. Das Eingabemoment der Kupplung 70 entspricht dem Ausgangs- bzw. Ausgabemoment des Motors 59. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Motor 59 durch eine Tastverhältnissteuerung gesteuert. Das bedeutet, das Verhältnis der Zeit zur Versorgung des Motors 59 mit Strom und der Zeit zum Stoppen der Versorgung mit Strom wird verändert, um den Drehmomentgradienten der Ausgabe des Motors 59 einzustellen.
Der Graph, bei dem das Tastverhältnis 100% ist, ist durch die durchgezogene Linie dargestellt, während der Graph, bei dem das Tastverhältnis 50% ist, durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Zum Zeitpunkt t1 wird der Motor 59 gestartet. Darüber hinaus wird zum Zeitpunkt t2 das Eingabemoment der Kupplung 70, nach Erreichen des vorgegebenen Werts, konstant. Bei der Steuerung, bei welcher ein Tastverhältnis von 100% gilt, wird die Geschwindigkeit des Anstiegs des Ausgabemoments des Motors, das bedeutet, der Drehmomentgradient, der auf die Eingangswelle 71 der Kupplung 70 wirkt, größer als bei der Steuerung bei einem Tastverhältnis von 50%. Durch Erhöhen des Tastverhältnisses ist es möglich, den auf die Eingangswelle 71 wirkenden Drehmomentgradienten zu erhöhen. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Tastverhältnis des an den Motor angelegten Stroms verändert, um den Drehmomentgradienten zu ändern.
Bezugnehmend auf 13 wird in Schritt 128 ein Lösen des Sperrzustands möglich. Die Steuervorrichtung legt einen Strom an den Motor 59 für die vorgegebene Anwendungszeit und bei dem Tastverhältnis an. Der Sperrzustand der Kupplung 70 wird gelöst.
Anschließend fällt in Schritt 129 das mechanische Verdichtungsverhältnis auf das mechanische Soll-Verdichtungsverhältnis. Nach dem Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 ist es möglich, selbst wenn das Eingabemoment der Kupplung 70 verringert wird, das mechanische Verdichtungsverhältnis zu senken. Die Steuervorrichtung kann das mechanische Verdichtungsverhältnis auf das mechanische Soll-Verdichtungsverhältnis verringern, indem ein vorgegebener niedriger Stromwert angelegt wird. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis das mechanische Soll-Verdichtungsverhältnis erreicht, endet die Steuerung.
Auf diese Weise schätzt die Steuervorrichtung der Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform das Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle der Kupplung wirkt. Basierend auf dem Umkehreingabemoment werden der Drehmomentgradient, welchen der Motor 59 ausgibt, sowie die Fortführzeit zum Fortführen der Erhöhung des Drehmoments eingestellt. Basierend auf der Fortführzeit wird die Anwendungszeit eingestellt. Basierend auf dem eingestellten Drehmoment und der Anwendungszeit wird dann das Drehmoment erhöht, um den Sperrzustand der Kupplung zu lösen. Durch die Anwendung dieser Steuerung ist es möglich, die Drehmomentausgabe durch den Motor und die an den Motor gelieferte Leistung zu optimieren. Aus diesem Grund ist es möglich zu vermeiden, dass die benötigte Leistungsfähigkeit des Motors übermäßig erhöht wird, und es ist möglich, den Motor kleiner auszubilden. Es ist überdies möglich, die vom Motor verbrauchte Leistung zu verringern.
In der vorliegenden Ausführungsform wird als rotierende Maschine ein Elektromotor verwendet. Die Steuervorrichtung ändert das Muster zum der Versorgung des Elektromotors mit Strom zum Steuern des Drehmomentgradienten. Darüber hinaus wird die Zeit zur Versorgung des Motors mit Strom geändert, um die Fortführzeit zu steuern. Durch Ausführen dieser Steuerung ist es leicht möglich, den Drehmomentgradienten, der an die Eingangswelle der Kupplung 70 angelegt wird, sowie die Fortführzeit zu steuern.
Es sei angemerkt, dass die rotierende Maschine des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus nicht auf einen Elektromotor beschränkt ist. Jede rotierende Maschine kann verwendet werden, die geeignet ist, die Eingangswelle der Kupplung zu drehen. Beispielsweise kann die rotierende Maschine derart ausgestaltet sein, um die Eingangswelle der Kupplung mittels eines Aktuators zu drehen, der einen Hydraulikdruck nutzt.
Nachfolgend wird eine zweite Betriebssteuerung der vorliegenden Ausführungsform erläutert. In der Kupplung 70 befinden sich Gleitteile, sodass das Innere der Kupplung 70 mit Schmieröl versorgt wird. Wenn der Sperrzustand der Kupplung 70 gelöst wird, gleiten der Außenring 77 und die Ausgangswelle 74 bezüglich der Rollen 80a, 80b. Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform hat eine Schmierölzuführvorrichtung, welche dem Inneren der Kupplung 70 Schmieröl zuführt. Bei der zweiten Betriebssteuerung wird unter Berücksichtigung des Zustands des Schmieröls das mechanische Verdichtungsverhältnis gesenkt.
In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die Kupplung 70 in einer Umgebung mit einem Schmieröldunst. Die Maschine 90 wird durch eine Schutzdichtung versiegelt, sodass der in der Ölwanne bevorratete Öldunst bzw. -dampf nicht nach außen dringt. Die Kupplung 70 befindet sich innerhalb des abgedichteten Raums der Maschine 90. Die Ölwanne und das Dichteelement dienen als Schmierölzuführvorrichtung. Es sei angemerkt, dass die Schmierölzuführvorrichtung hierauf nicht beschränkt ist. Sie kann beispielsweise derart ausgebildet sein, um das Schmieröl direkt in das Innere der Kupplung 70 zu liefern.
In der zweiten Betriebssteuerung der vorliegenden Ausführungsform wird der Reibungskoeffizient der Gleitteile in der Kupplung 70 ermittelt bzw. geschätzt, und der Drehmomentgradient sowie die Fortführzeit, die zum Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 benötig werden, werden basierend auf dem Reibungskoeffizient eingestellt. Wenn der Reibungskoeffizient kleiner wird, kann der Drehmomentgradient, der zum Lösen des Sperrzustands benötigt wird, kleiner eingestellt werden, und die Fortführzeit kann verkürzt werden.
18 ist ein Graph, der die Beziehung der Temperatur des Schmieröls und des Reibungskoeffizienten darstellt. Wenn der Sperrzustand der Kupplung 70 gelöst wird, wird der statische Reibungskoeffizient bezüglich des kinetischen Reibungskoeffizienten dominant. Hierbei bezeichnet der Reibungskoeffizient μ den statischen Reibungskoeffizient an den Kontaktflächen der Rollen 80a, 80b. Wenn die Kupplung 70 beispielsweise im Sperrzustand ist, stehen die Rollen 80a, 80b und der Außenring 77 direkt miteinander in Kontakt. Zudem wird durch die chemische Reaktion in dem Bereich zwischen den Rollen 80a, 80b und dem Außenring 77 ein Ölfilm ausgebildet. Je höher die Temperatur Tg des Schmieröls ist, desto stärker sinkt der Reibungskoeffizient μ. Basierend auf der in 18 gezeigten Beziehung kann die Temperatur Tg des Schmieröls dazu verwendet werden, um den Reibungskoeffizienten μ zu berechnen.
Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Temperaturdetektor zum Erfassen der Temperatur des Schmieröls. Der Temperaturdetektor der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Temperatur des Schmieröls, das in der Ölwanne gelagert ist. Es ist überdies möglich, den Reibungskoeffizienten basierend auf die Temperatur des Schmieröls zu berechnen.
Bezugnehmend auf 13 werden bei der zweiten Betriebssteuerung basierend auf der Temperatur des Schmieröls der Drehmomentgradient und die Fortführzeit gesteuert. In Schritt 126 kann basierend auf dem Reibungskoeffizienten der Drehmomentgradient eingestellt werden. In Schritt 127 kann basierend auf dem Reibungskoeffizienten die Fortführzeit eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Kennfeld der Funktion des Umkehreingabemoments und der Temperatur des Schmieröls vorab in der Steuervorrichtung hinterlegt werden. Darüber hinaus können der eingestellte Drehmomentgradient und die Fortführzeit mit einem Korrekturkoeffizienten basierend auf dem Reibungskoeffizienten multipliziert werden.
Bei der zweiten Betriebssteuerung können, durch das Berücksichtigen des Reibungskoeffizienten an den Gleitteilen in der Kupplung 70, der Drehmomentgradient und die Fortführzeit, welche zum Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 benötigt werden, genau eingestellt werden. Aus diesem Grund ist es möglich zu vermeiden, dass die benötigte Leistungsfähigkeit des Motors übermäßig erhöht wird. Es ist darüber hinaus möglich, den Stromverbrauch beim Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 zu senken.
Nachfolgend wird eine dritte Betriebssteuerung der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Bei der dritten Betriebssteuerung wird der Zustand eines Akkumulators 92 erfasst, wenn der Sperrzustand der Kupplung 70 gelöst wird. Basierend auf dem Zustand des Akkumulators 92 wird das Muster zur Versorgung des Motors 59 mit Strom bzw. Leistung eingestellt.
19 ist eine schematische Darstellung einer Leistungszuführvorrichtung zum Zuführen von Leistung zum Motor des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus. Die Verbrennungskraftmaschine hat einen Akkumulator 92 zum Zuführen von Leistung zum Motor 59, eine Leistungszufuhreinheit 94 sowie einen Spannungsdetektor 93 zum Erfassen der Ausgangsspannung des Akkumulators 92. Die Ausgabe des Spannungsdetektors 93 wird in die elektronische Steuereinheit 30 eingegeben. Die Leistungszufuhreinheit 94 versorgt basierend auf einer Anweisung von der elektronischen Steuereinheit 30 den Motor 59 mit Strom vom Akkumulator 92.
Bezugnehmend auf 12 werden bei der vorstehend genannten Betriebssteuerung der Drehmomentgradient und die Fortführzeit derart eingestellt, dass der Drehmomentgradient der Eingangswelle 71 der Kupplung 70 größer wird. Bei dieser Steuerung ist es möglich, den Stromverbrauch zu reduzieren, jedoch wird die Belastung des Akkumulators 92 größer. Darüber hinaus wird der Spannungsabfall des Akkumulators 92 beim Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 größer. Wenn der Spannungsabfall des Akkumulators 92 größer wird, ist es wahrscheinlich, dass Probleme bei der Steuerung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses nach dem Lösen des Sperrzustands auftreten. Alternativ können Probleme bei der Steuerung anderer Vorrichtungen, die mit dem Akkumulator 92 verbunden sind, auftreten.
Bei der dritten Betriebssteuerung wird vor dem Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 die Ausgangsspannung des Akkumulators 92 erfasst, und der Spannungsabfall, der zum Zeitpunkt des Abfalls des mechanischen Verdichtungsverhältnisses zulässig ist, wird berechnet. Wenn der zulässige Spannungsabfall ein vorgegebener Bestimmungswert oder mehr ist, wird eine Steuerung ähnlich der ersten Betriebssteuerung ausgeführt. Wenn dagegen der zulässige Spannungsabfall kleiner als der vorgegebene Bestimmungswert ist, werden der Drehmomentgradient und die Fortführzeit basierend auf dem zulässigen Spannungsabfall eingestellt. Der Drehmomentgradient wir kleiner eingestellt als der maximal Drehmomentgradient, den der Motor 59 ausgeben kann. Ferner wird die Fortführzeit länger eingestellt als die minimale Fortführzeit, die dem maximalen Drehmomentgradienten entspricht.
20 ist ein Graph, der den Bereich zeigt, in welchem der Sperrzustand der Kupplung bezüglich der Eingangswellenbeschleunigung und der Fortführzeit gelöst werden kann. 20 ist ein Graph bei einem Umkehreingabemoment M₁. Bei dieser Ausführungsform wird, wenn die Beschleunigung α₁ der Eingangswelle auf die Maximalbeschleunigung α_im der Eingangswelle des Motors 59 eingestellt wird, der Spannungsabfall größer und der Akkumulator 92 erreicht einen Zustand, der kleiner ist als ein vorgegebener Spannungsbestimmungswert. Aus diesem Grund wird basierend auf der erfassten Spannung des Akkumulators 92 der zulässige Spannungsabfall berechnet. Basierend auf dem zulässigen Spannungsabfall wird ferner die Beschleunigung α_i3 der Eingangswelle berechnet. Wie durch den Pfeil 103 dargestellt ist, ist die Beschleunigung α_i3 der Eingangswelle niedriger eintstellt als die Maximalbeschleunigung α_im der Eingangswelle. Die Fortführzeit t_i3 wird basierend auf die Beschleunigung α_i3 der Eingangswelle eingestellt. Das mechanische Verdichtungsverhältnis wird basierend auf der eingestellten Beschleunigung α_i3 der Eingangswelle und der Fortführzeit t_i3 verändert.
Durch Ausführen der dritten Betriebssteuerung ist es möglich zu verhindern, dass die Ausgangsspannung des Akkumulators unter die vorgegebene Spannung sinkt, wenn der Sperrzustand der Kupplung 70 gelöst wird, und zu vermeiden, dass Probleme bei der Steuerung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses nach dem Lösen des Sperrzustands auftreten. Es ist ferner möglich, Probleme bei der Steuerung anderer Vorrichtungen zu vermeiden.
21 zeigt ein Flussschaubild der dritten Betriebssteuerung der vorliegenden Ausführungsform. Diese Betriebssteuerung kann beispielsweise in vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt ausgeführt werden. Schritt 120 bis Schritt 125 sind ähnlich zur ersten Betriebssteuerung aus 13. In Schritt 125 wird basierend auf dem Exzenterwellenwinkel das Umkehreingabemoment berechnet.
Anschließend wird in Schritt 131 die Spannung des Akkumulators 92 durch den Spannungsdetektor 93 erfasst. Basierend auf der Spannung des Akkumulators 92 wird der zulässige Spannungsabfall für die Steuerung zum Senken des mechanischen Verdichtungsverhältnisses, d. h. der zulässige Wert des Spannungsabfalls, eingestellt.
Anschließend wird in Schritt 132 bestimmt, ob der zulässige Wert des Spannungsabfalls ein vorgegebener Bestimmungswert oder mehr ist. Beispielsweise kann der Bestimmungswert vorab auf den Spannungsabfall eingestellt werden, wenn der maximale Drehmomentgradient gewählt wird. Wenn der zulässige Wert des Spannungsabfalls der Bestimmungswert oder mehr ist, ist es möglich zu bestimmen, dass die Spannung, welche der Akkumulator 92 ausgibt, ausreichend hoch ist. In diesem Fall fährt die Routine mit Schritt 136 fort.
In Schritt 136 wird der maximale Drehmomentgradient, den der Motor 59 ausgeben kann, eingestellt. In Schritt 137 wird die Fortführzeit, welche dem eingestellten Drehmomentgradient entspricht, eingestellt. In Schritt 138 wird basierend auf dem eingestellten Drehmomentgradient und der Fortführzeit der Sperrzustand gelöst. Anschließend wird in Schritt 139 das mechanische Verdichtungsverhältnis gesenkt.
Wenn in Schritt 132 der zulässige Wert des Spannungsabfalls kleiner als der vorgegebene Bestimmungswert ist, fährt die Routine mit Schritt 133 fort. In diesem Fall wird bestimmt, dass die Spannung des Akkumulators 92 ungenügend ist, falls das mechanische Verdichtungsverhältnis mit dem maximalen Drehmomentgradienten gesenkt wird.
In Schritt 133 wird der Drehmomentgradient basierend auf dem zulässigen Wert des Spannungsabfalls eingestellt. Der Wert des Drehmomentgradienten mit dem zulässigen Wert des Spannungsabfalls als Funktion kann vorab in der elektronischen Steuereinheit 30 hinterlegt werden. Auf diese Weise kann basierend auf der augenblicklichen Ausgangsspannung des Akkumulators 92 der Drehmomentgradient eingestellt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, das Tastverhältnis bzw. die Einschaltdauer der an dem Motor 59 gelieferten Leistung einzustellen.
Anschließend wird in Schritt 134 basierend auf dem eingestellten Drehmomentgradienten die Fortführzeit eingestellt. In Schritt 135 werden der eingestellte Drehmomentgradient und die Fortführzeit verwendet, um den Sperrzustand aufzuheben. Anschließend wird in Schritt 139 das mechanische Verdichtungsverhältnis gesenkt.
Auf diese Weise ist es bei der dritten Betriebssteuerung möglich, den Abfall der Ausgangsspannung des Akkumulators 92 zu erfassen und die Steuerung so auszuführen, dass vermieden werden kann, dass die Ausgangsspannung des Akkumulators 92 nach dem Absinken den mechanischen Verdichtungsverhältnisses zu niedrig wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Betriebssteuerung wurde die Steuerung zum Ändern des mechanisches Verdichtungsverhältnisses während der Zeitspanne, wenn die Maschine 90 gestoppt ist, dargestellt, die Betriebssteuerung der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch während des Betriebs der Maschine 90 ausgeführt werden. Nachfolgend wird eine vierte Betriebssteuerung, welche das mechanische Verdichtungsverhältnis während des Betriebs der Maschine 90 verändert, erläutert.
22 ist ein Graph zu Erläuterung der Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel der Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform und den Zylinderinnendruck. Die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform hat eine Mehrzahl von Zylindern. In der vorliegenden Ausführungsform sind vier Zylinder ausgebildet. Jeder dieser Zylinder wird mit einem Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luft und Kraftstoff versorgt. Durch Entzünden desselben verbrennt der Kraftstoff und der Zylinderinnendruck steigt. Der Zylinderinnendruck kann durch den Zylinderinnendrucksensor 23 (siehe 1) erfasst werden. 22 beschreibt den Zylinderinnendruck für jeden der Zylinder #1, #3, #4 und #2 entsprechend der Zündreihenfolge. Der Kurbelwinkel der Abszisse entspricht der Zeit. Der Zylinderinnendruck der Ordinate entspricht der durch den Zylinderkopf 3 auf den Zylinderblock 2 wirkenden Kraft. Beim Zylinderinnendruck treten während des Verbrennens des Kraftstoffs ein lokales Maximum 191, wo der Zylinderinnendruck maximal wird, und ein lokales Minimum 192, wo der Zylinderinnendruck minimal wird. auf.
Bezugnehmend auf 10 verursachen während der Betriebsdauer der Zylinderinnendruck und die Vorspannkraft der Hubfedern 65, dass jede Ausgangswelle 74 ein Umkehreingabemoment in die durch den Pfeil 100 dargestellte Richtung aufnimmt. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht wird, ist es möglich, die Rollen 80b leicht von den Eingriffteilen 86b zu lösen, um gegen die Rollen 80b an den Eingriffteilen 86b auf der Seite zu drücken, welche das Umkehreingabemoment nicht blockieren. Das bedeutet, es ist leicht möglich, den Sperrzustand aufzuheben.
Wenn bezugnehmend auf 8 und 9 das mechanische Verdichtungsverhältnis gesenkt wird, dreht die Eingangswelle 71 in die durch den Pfeil 101 gezeigte Richtung. Die Rotationsrichtung der Eingangswelle 71 wird gleich der Rotationsrichtung der Rotationskraft, die auf die Ausgangswelle 74 wirkt und durch den Pfeil 100 angedeutet ist. Das Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle 74 wirkt, hängt vom Zylinderinnendruck ab. Wenn der Zylinderinnendruck größer wird, wird auch das Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle 74 wirkt, größer. Aus diesem Grund nimmt auch das Umkehreingabemoment wiederholt zu und ab. Die Vibrations- bzw. Schwingungsperiode des Umkehreingabemoments, das auf die Ausgangswelle 74 wirkt, ist ähnlich der Schwingungsperiode des Zylinderinnendrucks.
Bezugnehmend auf 22 nimmt beispielsweise ab dem Kurbelwinkel CAa in Richtung zum Kurbelwinkel CAb der Zylinderinnendruck zu. Das Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle 74 wirkt, steigt auch. Wenn der Zylinderinnendruck zunimmt, nimmt der Betrag, mit dem die Rollen 80a durch die Eingriffsteile 86a gehalten werden, zu. Zu diesem Zeitpunkt wird eine große Kraft nötig, um das mechanische Verdichtungsverhältnis zu senken, selbst wenn man versucht, mit den Halteteilen 73 gegen die Rollen 80a zu drücken und den Sperrzustand der Rollen 80a zu lösen.
Wenn dagegen der Zylinderinnendruck fällt, nimmt auch das Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle 74 wirkt, ab. Der Betrag, mit welchem die Rollen 80a in den Eingriffteilen 86a gehalten sind, wird geringer. Die Rollen 80a bewegen sich relativ in eine Richtung weg von den Eingriffteilen 86a. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Halteteile 73 verwendet werden, um gegen die Rollen 80a zu drücken, kann das Lösen der Rollen 80a von den Eingriffteilen 86a unterstützt werden, und eine geringe Kraft kann dazu verwendet werden, um den Eingriffszustand der Rollen 80a zu lösen.
Beispielsweise nimmt in der Zeitspanne S vom Kurbelwinkel CA1 (lokaler Maximalpunkt 191 des Zylinderinnendrucks) zum Kurbelwinkel CA2 (lokaler Minimalpunkt 192 des Zylinderinnendrucks) der Zylinderinnendruck ab. Durch Starten eines Druckvorgangs der Rollen 80 während der Zeitspanne S zum Senken des mechanischen Verdichtungsverhältnisses kann eine kleine Kraft dazu verwendet werden, um den Eingriffszustand der Rollen 80a zu lösen. In der vorliegenden Ausführungsform wird er Betrieb des Motors 59 der Antriebsvorrichtung beim lokalen Maximalpunkt 191 des Zylinderinnendrucks gestartet.
Wenn die Zeitspanne S verstreicht, beginnt der Zylinderdruck erneut zu steigen. Aus diesem Grund wird das Lösen der Rollen 80a von den Eingriffteilen 86a vorzugsweise innerhalb der Zeitspanne S beendet. Das bedeutet, die Rollen 80a werden vorzugsweise von den Eingriffteilen 86a innerhalb der Dauer der Zeitspanne S gelöst. Die Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform steuert den Motor 59, sodass sich die Rollen 80a von den Eingriffteilen 86a lösen, bevor die Zeitspanne S des Übergangs des Zylinderinnendrucks vom lokalen Maximalpunkt 191 zum lokalen Minimalpunkt 192 endet.
Durch das Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 während der Übergangszeit des Zylinderinnendrucks vom lokalen Maximalpunkt 191 zum lokalen Minimalpunkt 192 ist es möglich, den Sperrzustand der Kupplung 70 mit einer kleinen Antriebskraft zu lösen. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis gesenkt wird, ist es möglich, den Sperrzustand der Kupplung 70 selbst ohne Ausführen der vorstehend beschriebenen Betriebssteuerung zum Einstellen des Drehmomentgradienten und der Fortführzeit zu lösen.
Wenn jedoch die Verbrennungskraftmaschine weiterhin benutzt wird, wird aufgrund eines Fehlers des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, einer Alterung der Teile, welche die Exzenterwelle, etc. bilden, die Schwankung bzw. Fluktuation des Zylinderinnendrucks manchmal nicht ausreichend auf die Ausgangswelle 74 der Kupplung 70 übertragen. Aufgrund einer Abnutzung der Lager der Exzenterwellen, eines Abfalls der Leistungsübertragungseffizienz der Schneckenräder aufgrund von Lockerheit, etc. wird manchmal die Schwankung bzw. Fluktuation der Rotationskraft aufgrund des Zylinderinnendrucks nicht ausreichend auf die Ausgangswelle 74 der Kupplung 70 übertragen. Alternativ kann aufgrund der Verschlechterung des Schmieröls, welches den Mechanismus der Exzenterwellen schmiert, manchmal die Schwankung des Zylinderinnendrucks nicht ausreichend auf die Ausgangswelle 74 übertragen werden. Als Ergebnis wird manchmal die Amplitude der Schwingung des Umkehreingabemoments, das auf die Ausgangswelle 74 der Kupplung 70 wirkt, kleiner.
23 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kurbelwinkel und dem Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle der Kupplung wirkt, zeigt. 23 zeigt einen Graph zu dem Zeitpunkt des Nutzungsbeginns des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus und einen Graph zum Zeitpunkt der Alterung. Zum Zeitpunkt des Nutzungsbeginns des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, beispielsweise zum Zeitpunkt eines neuen Produktes, gibt es keine Alterung, sodass die Amplitude des Umkehreingabemoments größer ist. Demgegenüber nimmt, wenn es zu einer Alterung oder einem Fehler beim variablen Verdichtungsverhältnismechanismus kommt, die Amplitude des Umkehreingabemoments ab und wird kleiner.
Wenn die Steuerung zum Lösen des Sperrzustands der Kupplung 70 in der Übergangsphase des Zylinderinnendrucks vom lokalen Maximalpunkt 193 zum lokalen Minimalpunkt 194 ausgeführt wird, ist es, wenn die Amplitude der Schwingung des Umkehreingabemoments kleiner wird, manchmal schwierig, den Sperrzustand der Kupplung 70 zu lösen. Insbesondere ist es, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis verringert wird, manchmal schwierig, den Sperrzustand der Kupplung 70 zu lösen.
Daher führt die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform eine ähnlich Steuerung wie die erste Betriebssteuerung bis dritte Betriebssteuerung der vorliegenden Ausführungsform durch, wenn die Amplitude der Schwingung des Umkehreingabemoments, das auf die Ausgangswelle 74 wirkt, kleiner als ein vorgegebener Bestimmungswert wird. Das bedeutet, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis gesenkt wird, werden der Drehmomentgradient und die Fortführzeit zum Steuern des Motors 59 eingestellt. Ein Beispiel zum Ausführen der ersten Betriebssteuerung wird zum Zwecke der Erläuterung aufgegriffen.
24 zeigt ein Flussschaubild der vierten Betriebssteuerung der vorliegenden Ausführungsform. Diese Betriebssteuerung kann beispielsweise wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen ausgeführt werden.
In Schritt 150 wird bestimmt, ob sich die Maschine 90 in Betrieb befindet. Es wird beispielsweise bestimmt, ob die Maschinendrehzahl größer als Null ist. Wenn die Maschine 90 gestoppt hat, endet diese Steuerung. Wenn sich die Maschine 90 mitten im Betrieb befindet, fährt die Routine mit Schritt 121 fort.
Schritt 121, Schritt 122 und Schritt 124 sind ähnlich wie bei der ersten Betriebssteuerung (siehe 13). Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis in Schritt 122 gesenkt wird, fährt die Routine mir Schritt 151 fort.
In Schritt 151 wird die Amplitude der Schwingung des Umkehreingabemoments geschätzt. Hier wird Steuerung zum Ermitteln bzw. Schätzen der Amplitude der Schwingung des Umkehreingabemoments erläutert. Die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Rotationskraftschätzvorrichtung zum Schätzen des Umkehreingabemoments, das auf die Ausgangswelle 74 der Kupplung 70 während des Betriebs wirkt. Bezugnehmend auf 2 hat die Rotationskraftschätzvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform einen Drehmomentdetektor 89, der das Umkehreingabemoment der Ausgangswelle 74 der Kupplung 70 erfasst.
Der Drehmomentdetektor 89 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Dehnungsmesser. Der Drehmomentdetektor 89 kann die Torsion der Ausgangswelle 74 erfassen und die erfasste Torsion dazu verwenden, um das Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle 74 wirkt, zu erfassen. Die Rotationskraftschätzvorrichtung ist hierauf nicht beschränkt. Jede Vorrichtung, die das Umkehreingabemoment misst, das auf die Ausgangswelle 74 wirkt, kann verwendet werden. Beispielsweise kann als Rotationskraftschätzvorrichtung ein Magnetostriktion-Drehmomentsensor verwendet werden.
Bezugnehmend auf 23 erfasst die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Ausführungsform die Größe der Torsion der Ausgangswelle 74, die durch die Rotationskraftschätzvorrichtung ermittelt wurde, und das Umkehreingabemoment des lokalen Maximalpunkt 193 und das Umkehreingabemoment des lokalen Minimalpunkts 194 werden basierend auf der erfassten Größe der Torsion ermittelt. Basierend auf den lokalen Maximalwert und dem lokalen Minimalwert des Umkehreingabemoments wird die Amplitude ATrg der Schwingung des Umkehreingabemoments berechnet. Beim Berechnen der Amplitude ATrg basierend auf einem einzelnen lokalen Maximalpunkt 193 und einem einzelnen lokalen Minimalpunkt 194 kann eine einzelne Amplitude ATrg berechnet werden. Alternativ kann auf Basis einer Mehrzahl von lokalen Maximalpunkten 193 und einer Mehrzahl von lokalen Minimalpunkten 194 ein Mittelwert einer Mehrzahl von Amplituden etc. genutzt werden.
Bezugnehmend auf 24 wird anschließend in Schritt 152 bestimmt, ob die Amplitude ATrg der Schwingung des Umkehreingabemoments ein vorgegebener Bestimmungswert der Amplitude oder mehr ist. Wenn die Amplitude ATrg des Umkehreingabemoments der vorgegebene Bestimmungswert der Amplitude oder mehr ist, kann beurteilt werden, dass die Amplitude der Schwingung des Umkehreingabemoments zum Verringern des mechanischen Verdichtungsverhältnisses ausreichend groß ist. In diesem Fall fährt die Routine mit Schritt 153 fort.
In Schritt 153 kann, wie vorstehend beschrieben, die Entsperrsteuerung während des Betriebs genutzt werden, um den Sperrzustand zu lösen. Beispielsweise kann, bezugnehmend auf 22, der Sperrzustand während der Zeitspanne von Zeitspanne S gelöst werden. Fernen kann, in Schritt 129, das mechanische Verdichtungsverhältnis auf das mechanische Soll-Verdichtungsverhältnis gesenkt werden.
Wenn in Schritt 152 die Amplitude ATrg das Umkehreingabemoments kleiner als der vorgegebene Bestimmungswert der Amplitude ist, wird bestimmt, dass die Amplitude der Schwingung des Umkehreingabemoments ungenügend ist, um das mechanische Verdichtungsverhältnis zu senken. In diesem Fall fährt die Routine mit Schritt 125 fort.
Die Schritte 125 bis 128 sind ähnlich zur ersten Betriebssteuerung der vorliegenden Ausführungsform. Das bedeutet, der Drehmomentgradient und die Fortführzeit zum Fortführen der Erhöhung des Drehmoments werden berechnet und der Sperrzustand der Kupplung wird basierend auf dem berechneten Drehmomentgradient und der Fortführzeit gelöst.
Bei der Berechnung des Umkehreingabemoments in Schritt 125 wird das Umkehreingabemoment aufgrund des Zylinderinnendrucks berücksichtigt. Beispielsweise wird die Größe der Torsion der Ausgangswelle 74, die durch den Drehmomentdetektor 89 erfasst wird, berechnet und das Umkehreingabemoment beim lokalen Maximalpunkt 193 sowie das Umkehreingabemoment beim lokalen Minimalpunkt 194 werden basierend auf der berechneten Größe der Torsion geschätzt. Der Durchschnittswert des Umkehreingabemoments beim lokalen Maximalpunkt 193 und des Umkehreingabemoments beim lokalen Minimalpunkt 194 kann als Umkehreingabemoment, das auf die Ausgangswelle wirkt, genutzt werden. Alternativ kann basierend auf dem Ausgabewert des Zylinderinnendrucksensors und dem Winkel der Exzenterwelle das Umkehreingabemoment ermittelt werden.
Nach dem Lösen des Sperrzustands in Schritt 128 ist es ferner möglich, das mechanische Verdichtungsverhältnis in Schritt 129 auf das mechanische Soll-Verdichtungsverhältnis zu senken.
Bei der vierten Betriebssteuerung der vorliegenden Ausführungsform werden der lokale Maximalwert und der lokale Minimalwert des Umkehreingabemoment ermittelt, um die Amplitude der Schwingung des Umkehreingabemoments zu berechnen, die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Es ist möglich, jede Art von Steuerung auszuführen, die eine Bestimmung zulässt, ob die Amplitude der Schwingung des Umkehreingabemoments kleiner als der Bestimmungswert ist oder nicht. Beispielsweise ist es möglich, den Maximalwert (lokaler Maximalwert) des Umkehreingabemoments in einem vorgegebenen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zu ermitteln und, wenn der erfasste Maximalwert des Umkehreingabemoments kleiner als ein vorgegebener Bestimmungswert des Maximalwerts ist, zu bestimmen, dass die Amplitude der Schwingung des Umkehreingabemoments kleiner als der vorgegebene Bestimmungswert der Amplitude ist.
In die vierte Betriebssteuerung kann ebenso die dritte Betriebssteuerung einbezogen werden. Das bedeutet, wenn bestimmt wird, dass die Spannung des Akkumulators kleiner wird als der zulässige Wert, wenn der Sperrzustand beim maximalen Drehmomentgradient während der Betriebsphase gelöst wird, ist es möglich, das Muster der Versorgung der rotierenden Maschine mit Strom basierend auf dem zulässigen Wert des Spannungsabfalls des Akkumulators einzustellen.
Die Kupplung der vorliegenden Ausführungsform ist derart ausgestaltet, um die Rotationskraft von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle in die beiden Richtungen der Rotationsrichtung zu übertragen, bei der das mechanische Verdichtungsverhältnis zunimmt und der Rotationsrichtung, bei der das mechanische Verdichtungsverhältnis fällt, und die Rotationskraft in die beiden Richtungen von der Ausgangswelle zu blockieren. Die Kupplung ist hierauf nicht beschränkt. Es ist ausreichend, dass diese derart ausgestaltet ist, um die Rotationskraft in beide Richtungen von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle zu übertragen, und die Rotationskraft von der Ausgangswelle in die Rotationsrichtung zu blockieren, bei der das mechanische Verdichtungsverhältnis abnimmt.
Darüber hinaus umfasst der variable Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform Wellen, die zwischen der Lagerstruktur und dem Zylinderblock angeordnet sind, und Exzenterwellen umfassen, und verändert die Relativposition des Zylinderblocks bezüglich der Lagerstruktur, wobei die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann bei einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus mit Exzenterwellen zum Verändern der Volumen der Brennkammern zu dem Zeitpunkt, wenn die Kolben den oberen Totpunkt erreichen und einer Antriebsvorrichtung zum Steuern der Rotation der Exzenterwellen Anwendung finden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde eine Verbrennungskraftmaschine, die an einem Fahrzeug montiert ist, zur Erläuterung beschrieben, wobei die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung kann bei einer Verbrennungskraftmaschine, die in einer anderen Vorrichtung oder einem Gebäude installiert ist, Anwendung finden.
Die vorstehenden Ausführungsformen können kombiniert werden. In den vorstehenden Zeichnungen werden gleiche oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Darüber hinaus kann bei den vorstehend genannten Steuerroutinen die Reihenfolge der Schritte in geeigneter Weise innerhalb eines Bereichs verändert werden, der die Funktion und Wirkung nicht verändert. Es sei angemerkt, dass die vorstehenden Ausführungsformen nur beispielhaft sind und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung zu beschränken. Darüber hinaus umfassen die Ausführungsformen Veränderungen, welche von den Ansprüchen umfasst sind.
Bezugszeichenliste

1: Kurbelgehäuse
2: Zylinderblock
5: Brennkammer
22: Relativpositionssensor
23: Zylinderinnendrucksensor
30: Elektronische Steuereinheit
54, 55: Nockenwelle
56, 58: kreisförmiger Nocken
57: Exzenterwelle
59: Motor
65: Hubfeder
70: Kupplung
71: Eingangswelle
74: Ausgangswelle
77: Außenring
80a, 80b: Rollen
89: Drehmomentdetektor
90: Maschine
92: Akkumulator
93: Spannungsdetektor
A: variabler Verdichtungsverhältnismechanismus

Claims

Verbrennungskraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis ändern kann, wobei der variable Verdichtungsverhältnismechanismus eine Antriebsvorrichtung zum Ändern eines Volumens einer Brennkammer, wenn ein Kolben einen oberen Totpunkt erreicht, sowie eine Steuervorrichtung zum Steuern der Antriebsvorrichtung aufweist, die Antriebsvorrichtung eine rotierende Maschine sowie eine Kupplung umfasst, die in einem Antriebskraftübertragungspfad angeordnet ist, welcher eine Rotationskraft der rotierenden Maschine überträgt, die Kupplung derart ausgestaltet ist, um ein Umkehreingabemoment zu blockieren, das auf eine Ausgangswelle in eine Rotationsrichtung wirkt, die eine Abnahme des mechanischen Verdichtungsverhältnisses verursacht, und die Steuervorrichtung ein Umkehreingabemoment ermittelt, das auf die Ausgangswelle der Kupplung wirkt, einen Drehmomentgradienten, der durch die rotierende Maschine auszugeben ist, sowie eine Fortführzeit zum Fortführen einer Erhöhung des Drehmoments basierend auf dem Umkehreingabemoment einstellt, und einen Sperrzustand der Kupplung basierend auf dem Drehmomentgradienten und der Fortführzeit löst.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Kupplung eine Eingangswelle aufweist, auf welche eine Rotationskraft der rotierenden Maschine aufgebracht wird, eine Ausgangswelle, auf welche die Rotationskraft von der Eingangswelle übertragen wird, sowie einen Außenring, der sich nicht bewegt während die Kupplung angetrieben wird, wobei Rollen zwischen der Ausgangswelle und dem Außenring angeordnet sind, die Ausgangswelle und der Außenring Eingriffteile zum in Eingriff bringen mit den Rollen bilden, und die Kupplung derart ausgestaltet ist, dass, wenn das Umkehreingabemoment in die Rotationsrichtung, die eine Abnahme des mechanischen Verdichtungsverhältnisses verursacht, auf die Ausgangswelle wirkt, die Rollen mit den Eingriffteilen in Eingriff gebracht werden und die Ausgangswelle mit dem Außenring sperren, wodurch das Umkehreingabemoment blockiert wird, und die Steuervorrichtung die Eingangswelle basierend auf dem Drehmomentgradienten und der Fortführzeit rotieren lässt, um dadurch die Rollen von den Eingriffteilen zu lösen und die Verriegelung der Ausgangswelle aufzuheben.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die rotierende Maschine einen Elektromotor umfasst, und die Steuervorrichtung ein Tastverhältnis des Stroms verändert, der an den Elektromotor angelegt wird, um dabei den Drehmomentgradienten zu steuern, und eine Zeitspanne zum Versorgen des Elektromotors mit Leistung ändert, um dadurch die Fortführzeit zu steuern.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der variable Verdichtungsverhältnismechanismus eine Schmierölzufuhrvorrichtung aufweist, die der Kupplung Schmieröl zuführt, sowie einen Temperaturdetektor, der eine Temperatur des Schmieröls erfasst, und die Steuervorrichtung eine Temperatur des Schmieröls erfasst und den Drehmomentgradienten sowie die Fortführzeit basierend auf der Temperatur des Schmieröls steuert.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Maschine aufweist einen Akkumulator, der dem Elektromotor Leistung zuführt, und einen Spannungsdetektor, der eine Ausgangsspannung des Akkumulators erfasst, wobei die Steuervorrichtung den Drehmomentgradienten und die Fortführzeit basierend auf einem Spannungsabfall einstellt, der zum Lösen des Sperrzustands zulässig ist, wenn eine Ausgangsspannung des Akkumulators erfasst wird, und die Ausgangsspannung niedriger als ein vorgegebener Spannungsbestimmungswert ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Maschine aufweist eine Lagerstruktur mit einem Kurbelgehäuse, und einen Zylinderblock, der durch die Lagerstruktur gelagert wird, wobei der variable Verdichtungsverhältnismechanismus Wellen umfasst, die zwischen der Lagerstruktur und dem Zylinderblock angeordnet sind und Exzenterwellen umfassen, und wobei die Antriebsvorrichtung eine Größe der Brennkammer ändert, indem die Wellen rotiert werden, um eine relative Position des Zylinderblocks bezüglich der Lagerstruktur zu verändern.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, wobei die Maschine ein Vorspannelement aufweist, das den Zylinderblock in eine Richtung weg von der Lagerstruktur vorspannt, und die Steuervorrichtung den Drehmomentgradienten und die Fortführzeit basierend auf einer Vorspannkraft des Vorspannelements einstellt, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis während einer Zeitspanne verringert wird, während welcher die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer gestoppt ist.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, wobei die Maschine aufweist einen Zylinderinnendruckdetektor, der einen Zylinderinnendruck erfasst, und eine Rotationskraftschätzvorrichtung, welche das auf die Ausgangswelle der Kupplung wirkende Umkehreingabemoment schätzt, wobei die Steuervorrichtung den Zylinderinnendruck erfasst, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis während der Betriebsdauer der Verbrennungskraftmaschine verringert wird, die rotierende Maschine steuert, um den Antrieb der Eingangswelle der Kupplung während der Zeitspanne zu starten, wenn sich der Zylinderinnendruck von einem lokalen Maximalwert zu einem lokalen Minimalwert verändert, das Umkehreingabemoment schätzt, wenn eine Amplitude der Schwingung des auf die Ausgangswelle der Kupplung wirkenden Umkehreingabemoments kleiner ist als ein vorgegebener Bestimmungswert, und den Drehmomentgradienten sowie die Fortführzeit basierend auf dem Umkehreingabemoment einstellt.