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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor des Typs, bei
dem Einlassventile elektromagnetisch betätigt werden, wie im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 angegeben ist.
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Ein
bisheriger Verbrennungsmotor des Typs, bei dem ein Motorventil betätigt wird,
um einen Öffnungs-
und Schließvorgang
zweifach in einem Motorzyklus auszuführen, wurde in der japanischen
vorläufigen
Patentveröffentlichung
Nr. 5-157008 offenbart. Der Motor ist mit einem Vorratsraum versehen,
der mit einem Brennraum oder einem Motorzylinder verbindbar ist.
Das Motorventil oder das Vorratsraumventil ist beweglich zwischen
dem Vorratsraum und dem Brennraum angeordnet. Das Vorratsraumventil führt seinen
ersten Öffnungs-
und Schließvorgang
im Arbeitstakt aus, um dadurch zeitweilig Verbrennungsgas oder verbranntes
Gas in dem Brennraum zu bevorraten. Daher führt das Vorratsraumventil seinen
zweiten Öffnungs-
und Schließvorgang
im Verdichtungstakt aus, um dadurch das gekühlte verbrannte Gas zurück in den
Brennraum zurückzuführen oder
zu rezirkulieren.
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Der
obige herkömmliche
Motor erfordert jedoch einen Kanal für den Vorratsraum und das Vorratsraumventil
zusätzlich
zu den Einlass- und Auslasskanälen
und den Einlass- und
Auslassventilen. Außerdem
erfordert der Vorratsraum einen Ventilbetätigungsmechanismus für diesen.
Dieses macht die Struktur des Motors kompliziert, macht den Motor großbauend
und verkompliziert die Form des Brennraums.
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Im
allgemeinen ist auf einer Brennraumwand der Bereich für die Einlass-
und Auslassventile (-kanäle)
begrenzt. Entsprechenderweise wird im Fall des Vorsehens des Kanals
für den
Vorratsraum der Bereich für
die Einlass- und Auslassventile (-kanäle) beim Hinzufügen des
Vorratsraumventils verringert.
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Außerdem wird
bei dem obigen herkömmlichen
Motor die Betätigung
der Einlass- und Auslassventile und des Brennraumventils nicht elektromagnetisch
gesteuert und daher kann der Öffnungs-
und Schließvorgang
des Vorratsraumsventils nicht zweifach bei einem Takt des Motorzyklus
ausgeführt
werden, wodurch es unmöglich
gemacht wird, auf geeignete Weise die Ansaugluft zu steuern. Demzufolge
ist es erforderlich, andere Sys teme bereitzustellen, wie z.B. ein
Ansaugluftsteuersystem, welches dazu angepasst ist, die Länge und
das Volumen eines Ansaugkrümmers
zu verändern,
z.B. in Übereinstimmung
mit den Lastzuständen
des Motors. Dieses macht unvermeidlich den Motor und die Peripheriegeräte großbauend.
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Ein
Verbrennungsmotor, wie er in dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegeben ist, ist aus der
DE 197 33 139 A1 bekannt, wobei das Einlassventil
desselben unterschiedlich durch das Steuergerät gesteuert werden kann, nicht
nur solcherart, dass zum Beginn der Ventilöffnungsperiode das Einlassventil
nur für
einen kurzen Zeitintervall und einen kleinen Betrag geöffnet wird
und dann geschlossen wird und nachfolgend auf seinen vollen Betrag
geöffnet wird.
Aufgrund dessen wird durch eine erste Mischlast eine Bewegung innerhalb
der Zylinderkammer eingeleitet, während eines erhöhten oder
verstärkten
Unterdrucks, solcherart, dass nachfolgend bei einem vollständigen Öffnen des
Einlassventils aufgrund des erhöhten
Unterdrucks die Volllastmenge mit hoher Geschwindigkeit einströmen kann.
In einer anderen Ausführungsform
ist es möglich,
das Einlassventil bei einer anfänglichen Öffnung auf
den vollen Betrag zu bewegen, dann zurück auf einen verringerten Öffnungsbetrag
zu bewegen und dann auf die vollständig geschlossene Position
zu bewegen. Durch diesen Vorgang ist es möglich, eine Restmenge an Frischgas
mit hoher Geschwindigkeit in den Zylinder am Ende des Einlasstakts
zuzuführen, um
die Lastbewegung innerhalb der Zylinderkammer zu verbessern.
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Daher
gibt es bei diesem Stand der Technik einige Ausführungsformen, bei dem eine
Steuereinheit das Öffnen
und Schließen
des Einlassventils solcherart steuert, dass das Einlassventil nicht
vollständig
zwischen dem ersten und zweiten Öffnungsvorgang
geschlossen wird, sondern stattdessen weiter aus einem kleinen Betrag
auf einen vergrößerten Betrag,
oder umgekehrt, geöffnet
wird.
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Die
US 5 215 987 A offenbart
einen Verbrennungsmotor, bei dem ein Einlassventil nicht vollständig zwischen
seinem Öffnungs-
und Schließvorgang und
seinem zweiten Öffnungs-
und Schließvorgang geschlossen
wird. Um die Resonanz innerhalb des Ansaugkrümmerkanals zu verändern und
um der Motordrehzahl zu entsprechen, wird der Hub des Einlassventils
während
des Einlasstakts verändert.
Da der Einlassventilhub verringert ist und der Kolben fortführt, Luft
anzusaugen, wird die Geschwindigkeit der Luft vergrößert. Da
der Einlassventilhub vergrößert ist
und der Kolben fortführt,
Luft anzusaugen, wird die Geschwindigkeit der Luft verringert. Somit verändert die
fortdauernde Veränderung
des Ventilhubs die Resonanz in dem Ansaugkrümmer.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Verbrennungsmotor zu schaffen,
der stark ein Füllungsgrad
des Motors verbessert, ohne den Motor kompliziert und großbauend
auszuführen.
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Diese
Aufgabe wird durch das Merkmal, wie es im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 beansprucht ist, gelöst.
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Weiterentwicklungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht. Die Steuereinheit
ist zum Steuern des elektromagnetischen Betätigungsorgans angeordnet, um
zu bewirken, dass das Einlassventil erste und zweite Öffnungs-
und Schließvorgänge in einem
Ansaugtakt im Gleichlauf mit einer Ansaugluftpulsation ausführt. Der
erste Öffnungs- und
Schließvorgang
findet zeitmäßig vor
dem zweiten Öffnungs-
und Schließvorgang
statt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Verbrennungsmotors
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen einem Ventilhub (Betrag) und
einem Kurbelwinkel (Grad) zeigt, die eine Betriebsweise der Einlassventile
des Motors von 1 erläutern;
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3 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen Druck (Bar) und Kurbelwinkel
(Grad) zeigt, der eine Ansaugluftpulsation in dem Motor von 1 erläutert;
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4 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen einem akkumulierten Massenstrom
(kg) der Ansaugluft und des Kurbelwinkels (Grad) zeigt, der den
Massenstrom der in einen Brennraum vom Motor von 1 zugeführten Ansaugluft
erläutert;
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5 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen einem Massenstromverhältnis und
einem Ventilhub (Betrag) des Einlassventils zeigt und eine Ventilhubempfindlichkeit
des Einlassventils einer zweiten Ausführungsform des Verbrennungsmotors
gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert;
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6A ist
eine erläuternde
Draufsicht eines Teils einer Innenwand eines Zylinderkopfs, der
einen Brennraum begrenzt und einen Betriebszustand von Einlassventilen
in einem Beispiel einer dritten Ausführungsform des Verbrennungsmotors
(des Vier-Ventil-Typs)
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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6B ist
eine erläuternde
Draufsicht ähnlich
zu 6A, die aber einen anderen Betriebszustand der
Einlassventile von 6A darstellt;
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7A ist
eine erläuternde
Draufsicht eines Teils einer Innenwand eines Zylinderkopfs, die
einen Brennraum begrenzt, und die einen Betriebszustand von Einlassventilen
bei einem anderen Beispiel der dritten Ausführungsform des Verbrennungsmotors (des
Fünf-Ventil-Typs)
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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7B ist
eine erläuternde
Draufsicht ähnlich
zu 7A, die aber einen anderen Betriebszustand der
Einlassventile von 7A darstellt;
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8 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen einem Verwirbelungsverhältnis oder
Rotierverhältnis
und einem Ventilhub des Einlassventils zeigt und einen Verwirbelungsstrom
erzeugenden Effekt und einen Rotierstrom erzeugenden Effekt im Motor der 6A und 6B erläutert;
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9 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Füllungsgrad und der Motordrehzahl zeigt
und Effekte einer vierten Ausführungsform
des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert;
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10A ist eine erläuternde Schnittansicht, die
eine örtliche
Beziehung zwischen einem Einlassventil und einem Ventilsitz zeigt
und einen Öffnungsbereich
des Einlassventils erläutert;
und
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10B ist eine Perspektivdarstellung einer imaginären im allgemeinen
kegelstumpfförmigen
Fläche,
die den Öffnungsbereich
in Verbindung mit 10B repräsentiert.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf 1 der Zeichnungen ist eine erste
Ausführungsform
des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden
Erfindung durch das Bezugszeichen E dargestellt. Der Motor E dieser
Ausführungsform
ist für
ein Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) vorgesehen. Der Motor E umfasst
einen Zylinderblock 1, der mit einer Vielzahl von Zylindern 1a ausgebildet
ist, obgleich nur ein Zylinder 1a gezeigt ist. Ein Kolben 2 ist
in jedem Zylinder 1a angeordnet, um in einer hin- und hergehenden
Weise beweglich zu sein. Ein Zylinderkopf 3 ist fest auf
dem Zylinderblock angeordnet, um den oberen Teil jedes Zylinders 1a zu
verschließen.
Ein Brennraum 4 ist in dem Zylinder 1a und zwischen
dem Kolben 2 und dem Zylinderkopf 3 definiert.
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Der
Zylinderkopf 3 ist mit einem Ansaugkanal 5 und
einem Auslasskanal 7 für
jeden Brennraum 4 oder jeden Zylinder 1a ausgebildet.
Der Ansaugkanal 5 weist einen Endbereich auf, der zu dem
Brennraum 4 hin geöffnet
ist. Der Auslasskanal 7 weist einen Endbereich auf, der
zu dem Brennraum 4 hin geöffnet ist. Ein Einlassventil 6 ist
beweglich an dem Zylinderkopf 3 angeordnet, um den Endbereich
des Ansaugkanals 5 zu öffnen
oder zu verschließen.
Der Endbereich des Ansaugkanals 5 ist verschlossen, wenn
das Einlassventil 6 geschlossen ist, während er geöffnet ist, um Ansaugluft zu
ermöglichen,
in den Brennraum 4 zu strömen, wenn das Einlassventil 6 geöffnet ist.
Ein Auslassventil 8 ist axial beweglich an dem Zylinderkopf 3 angeordnet,
um den Endbereich des Auslasskanals 7 zu öffnen oder
zu verschließen. Der
Endbereich des Auslasskanals 7 ist verschlossen, wenn das
Auslassventil 8 geschlossen ist, während es geöffnet ist, um Abgas zu ermöglichen,
durch den Abgaskanal 7 ausgestoßen zu werden, wenn das Auslassventil 8 geöffnet ist.
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Ein
Kraftstoffeinspritzventil 9 ist fest an dem Zylinderkopf 3 angeordnet,
um Kraftstoff in den Brennraum 4 einzuspritzen, um ein
Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Brennraum 4 zu bilden, beim
Mischen mit Ansaugluft, die durch den Ansaugkanal 5 in
den Brennraum 4 geführt
wird. Eine Zündkerze 10 ist
fest an dem Zylinderkopf 3 in einer solchen Weise angeordnet,
dass ihr vorderes Ende in den Brennraum 4 so hervorsteht,
um das Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Brennraums 4 zu zünden. Mit
einer solchen Anordnung wird Brennstoff, wie z.B. Benzin od. dgl.
aus dem Kraftstoffeinspritzventil 9 eingespritzt, um das
Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Brennraums 4 zu bilden.
Das so gebildete Kraftstoff Luft-Gemisch wird durch den sich anhebenden
Kolben 2 im Verdichtungstakt unter Druck gesetzt, um ein
Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem höheren Druck und einer höheren Temperatur zu
erzielen. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch die Zündkerze 10 gezündet und
in dem Brennraum verbrannt.
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Die
Einlass- und Auslassventile 6, 8 sind treibend
mit jeweils elektromagnetischen Betätigungsorganen 12, 13 verbunden
und werden jeweils elektromagnetisch angetrieben oder durch die
elektromagnetischen Betätigungsorgane 12, 13 betätigt, um
aufwärts
und abwärts
bewegt zu werden. Das Einlassventil 6 wird geschlossen,
um den Ansaugkanal 5 bei einer Aufwärtsbewegung zu verschließen, während es
geöffnet
wird, um den Ansaugkanal 5 bei einer Abwärtsbewegung
zu öffnen.
Das Auslassventil 8 wird geschlossen, um den Auslasskanal 7 bei
einer Aufwärtsbewegung
zu verschließen,
während
es geöffnet
wird, um den Auslasskanal 7 bei einer Abwärtsbewegung
zu öffnen.
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Die
elektromagnetischen Betätigungsorgane 12, 13 sind
elektrisch und steuerbar mit einer Motorsteuereinheit 11 verbunden
und sind so angeordnet, dass sie aufwärts und abwärts zu bestimmten Zeitpunkten
in Übereinstimmung
mit Steuersignalen, die von der Motorsteuereinheit 11 zugeführt werden,
unabhängig
bewegt werden. Die Motorsteuereinheit 11 wird mit einer
Vielzahl von Eingangssignalen versorgt, die Betriebszustände des
Motors E von innerhalb und außerhalb
des Motors E repräsentieren. Beispiele
der Eingangssignale sind ein Motordrehzahlsignal, das eine Motordrehzahl
des Motors E repräsentiert,
ein Motorlastsignal, das eine Motorlast des Motors E repräsentiert,
ein Motoröltemperatursignal,
das eine Temperatur des Motoröls
repräsentiert,
ein Motorkühlmitteltemperatursignal,
das eine Temperatur eines Motorkühlmittels
repräsentiert,
ein Ansaugluftmengensignal, das eine Ansaugluftmenge repräsentiert,
ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Signal, das
ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis
des Kraftstoff-Luft-Gemischs, das innerhalb des Brennraums 4 zu
bilden ist, repräsentiert.
Die Motorsteuereinheit 11 ist dazu angeordnet oder programmiert,
eine Verarbeitungsoperation in Übereinstimmung
mit obigen Signalen auszuführen,
um dadurch einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu bestimmen, bei
dem Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 9 eingespritzt
wird, eine Kraftstoffeinspritzmenge so bestimmen, wobei Kraftstoff
durch das Kraftstoffeinspritzventil 9 eingespritzt wird,
einen Zündzeitpunkt
zu bestimmen, bei dem die Zündkerze 10 einen
Zündfunken
erzeugt, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden und um dadurch den Betrieb
der elektromagnetischen Betätigungsorgane 12, 13 zu
steuern.
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Bei
der Verarbeitungsoperation der Motorsteuereinheit 11 werden
die elektromagnetischen Betätigungsorgane 12, 13 so
gesteuert, dass sie die Einlass- und Auslassventile 6, 8 des
Motors E in einer solchen Art und Weise betätigen, wie in 2 gezeigt
ist, wel che die Beziehung zwischen dem Ventilhub (Betrag) und einem
Arbeitszyklus oder Kurbelwinkel des Motors in dieser Ausführungsform
darstellt. In 2 gibt eine durchgehende Kurve
die Ventilzeitpunkte des Einlassventils 6 an, während eine
gestrichelte Kurve die Ventilzeitpunkte des Auslassventils 8 angibt.
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Wie
in 2 in dieser Ausführungsform dargestellt ist,
wird ein Öffnungs-
und Schließvorgang des
Einlassventils 6 zweifach bei einem Ansaugtakt des Motors
E ausgeführt.
Mit anderen Worten, erste und zweite Öffnungs- und Schließvorgänge (oder erste
und zweite Lufteinlässe)
des Ansaugventils 6 werden beim Ansaugtakt ausgeführt. In 2 gibt eine
durchgehende Kurve S1 den ersten Öffnungs- und Schließvorgang
an, während
eine durchgehende Kurve S2 den zweiten Öffnungs- und Schließvorgang angibt;
und eine gestrichelte Kurve S3 gibt einen Öffnungs- und Schließvorgang
des Auslassventils 8 an.
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In
spezifischer Weise wird das erste Öffnen (bildet Teil des ersten Öffnungs-
und Schließvorgangs)
des Einlassventils 6 nach dem Schließen des Auslassventils 8 und
zur Anfangsperiode des Ansaugtakts begonnen. Das erste Öffnen des
Einlassventils 6 wird über
eine Zeitdauer (erste Öffnungsdauer)
von 60° Kurbelwinkel
beibehalten. Dann wird das erste Schließen (bildet Teil des ersten Öffnungs- und
Schließvorgangs)
des Einlassventils 6 abgeschlossen. Danach wird das zweite Öffnen (bildet
Teil des zweiten Öffnungs-
und Schließvorgangs)
des Einlassventils 6 begonnen, der 60° Kurbelwinkel nach Abschluss
des ersten Schließens
des Einlassventils 6 liegt. Das zweite Öffnen des Einlassventils 6 wird über eine
Dauer (erste Öffnungsdauer)
von 90° Kurbelwinkel
beibehalten. Dann wird das zweite Schließen (bildet Teil des zweiten Öffnungs-
und Schließvorgangs)
des Einlassventils 6 abgeschlossen.
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Mit
anderen Worten, das erste Öffnen
des Einlassventils 6 wird in zeitlicher Abhängigkeit
vom Beginn des Einlasstaktes wie herkömmlich ausgeführt, und
das erste Schließen
des Einlassventils 6 wird im Gleichlauf mit (in zeitlicher
Abhängigkeit)
der Ansaugluftpulsation im Ansaugkanal 5 ausgeführt. Der
zweite Öffnungs-
und Schließvorgang
des Einlassventils 6 ebenfalls im Gleichlauf mit der Ansaugluftpulsation
ausgeführt.
In Verbindung dazu stellt 3 Veränderungen
beim Zylinderinnendruck dar (Druck innerhalb des Brennraums oder
des Zylinders), stellt einen Ansaugluftdruck dar (Druck von Ansaugluft
außerhalb
des Brennraums) und stellt einen Abgasdruck dar (Druck des Abgases
außerhalb
des Brennraums 4). Der Zylinderinnendruck wird durch eine
Kurve C1 angegeben; der Ansaugluftdruck wird durch eine Kurve C2
angegeben; und der Abgasdruck wird durch eine Kurve C3 angegeben.
In 3 repräsentiert „IVO1" und „IVC1" jeweils das erste Öffnen und
erste Schließen
(beim ersten Öffnungs-
und Schließvorgang)
des Einlassventils 6; und „IVO2" und „IVC2" repräsentiert jeweils das zweite Öffnen und
das zweite Schließen
(beim zweiten Öffnungs- und
Schließvorgang)
des Einlassventils 6.
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Wie
in 3 dargestellt ist, wird das erste Öffnen des
Einlassventils 6 unmittelbar nach dem oberen Totpunkt (TDC)
eingeleitet und das erste Schließen des Einlassventils 6 wird
zu einem Zeitpunkt (dargestellt durch „ICV1 ") abgeschlossen oder beendet, bei dem
der Ansaugluftdruck den höchsten Pegel
erreicht hat. Bei diesem ersten Öffnen
des Einlassventils 6 wird Gas in den Ansaugkanal 5 in
den Brennraum 4 so angesaugt, dass ein Gasstrom zu dem
Brennraum 4 hin erzeugt wird. Im Gleichlauf mit (in zeitlicher
Abhängigkeit
von) einem Anstieg des Ansaugluftdrucks aufgrund der Erzeugung des
Gasstroms wird der erste Öffnungs-
und Schließvorgang des
Ansaugventils 6 beendet, und daher wird der Gasstrom innerhalb
des Ansaugkanals 5 durch Schließen des Einlassventils 6 so
unterbrochen, dass die Ansaugluftdruckwelle reflektiert wird. Dieses verstärkt die
Ansaugluftpulsation.
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Nachdem
der erste Öffnungs-
und Schließvorgang
des Einlassventils 6 beendet wurde, wird der Ansaugluftdruck
zeitweilig abgesenkt unter der Wirkung der Wellenbewegung der Ansaugluftdruckwelle und
beginnt wieder ein Anstieg unter der Wirkung der Ansaugluftpulsation.
Daher wird das zweite Öffnen des
Einlassventils 6 zu einem Zeitpunkt (repräsentiert
durch „ICO2" begonnen, bei dem
der Druckunterschied zwischen der Innenseite und Außenseite des
Zylinders (Brennraums) sich erhöht
infolge des Absenkens des Zylinderinnendrucks bei der Abwärtsbewegung
des Kolbens 2. Dann erreicht der Kolben 2 den
unteren Totpunkt (BDC), und das zweite Schließen des Einlassventils 6 wird
beendet unmittelbar bevor der Zylinderinnendruck über den
Ansaugluftdruck ansteigt (oder zu einem Zeitpunkt, der durch „IVC2" repräsentiert
wird). Es versteht sich, dass eine Zeitdauer, bei der die ersten
und zweiten Öffnungs-
und Schließvorgänge des
Einlassventils ausgeführt
werden, nicht auf einen Kurbelwinkelbereich von 360° bis 540° beschränkt sind.
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Aufgrund
der Tatsache, dass der Lufteinlass zweifach in einem Ansaugtakt
ausgeführt
wird, kann der Lufteinlass zu dem Zylinder effektiv ausgeführt werden
unter dem Druckunterschied zwischen der Innenseite und Außenseite
des Zylinders (Brennraum). In Verbindung damit stellt 4 einen
Füllungsgrad
in Abhängigkeit
von dem Massenstrom (kg) der Ansaugluft in dem Ansaugtakt dar, wo
zwei (erste und zweite) Lufteinlässe
je weils durch den ersten und zweiten Öffnungs- und Schließvorgang
des Einlassventils ausgeführt
werden. In 4 repräsentiert eine Kurve M1 eine
Veränderung
des Massenstroms der Ansaugluft in dieser Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und eine Kurve M2 repräsentiert eine Veränderung
des Massenstroms der Ansaugluft bei einem herkömmlichen Verfahren, bei dem
der Lufteinlass nur einmal im Ansaugtakt ausgeführt wird. Wie in 4 offenbart
ist, steigt die Ansaugluftmenge pro Zeiteinheit (d.h. eine Neigung
der Kurve des Massenstroms) während
des ersten Lufteinlasses an, so dass die Ansaugluftmenge um ΔW erhöht wird.
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Als
nächstes
wird eine zweite Ausführungsform
des Verbrennungsmotors E gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
Der Verbrennungsmotor E dieser Ausführungsform ist der gleiche
im Aufbau, wie der der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich
aber geringfügig
bei der Steuerung für
das Einlassventil 6. Entsprechenderweise ist der Brennraum 4 in
dem Zylinder 1a und zwischen dem Kolben 2 und dem
Zylinderkopf 3 definiert. Der Zylinderkopf 3 ist mit
den Einlass- und Auslassventil 6, 8 versehen,
die elektromagnetisch jeweils durch die Betätigungsorgane 12, 13 betätigt werden.
Außerdem
ist der Zylinderkopf 3 mit dem Kraftstoffeinspritzventil 9 und
der Zündkerze 10 versehen.
Die Betätigungsorgane 12, 13,
das Kraftstoffeinspritzventil 9 und die Zündkerze 10 werden
durch die Motorsteuereinheit 11 gesteuert.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird der Lufteinlass in den Zylinder zweimal in dem Einlasstakt
in einer solchen Art und Weise ausgeführt, dass ein Öffnungsbereich
des Einlassventils 6 beim zweiten Lufteinlass (oder der zweite Öffnungs-
und Schließvorgang
des Einlassventils) größer wird
als der beim ersten Lufteinlass (oder dem ersten Öffnungs- und Schließvorgang),
d.h., der Ventilhub (Betrag) bei dem zweiten Lufteinlass wird größer, als
der beim ersten Lufteinlass. Wie in den 10A, 10B gezeigt ist, ist der Öffnungsbereich eine Fläche einer
imaginären in
allgemeinen kegelstumpfförmigen
Fläche
F, welche imaginär
zwischen einer Ventilfläche 6a des
geöffneten
Einlassventils 6 (beim maximalen Ventilhub) und einem Ventilsitz 3a liegt,
der an dem Zylinderkopf 3 befestigt ist und an einer solchen
Position angeordnet ist, dass er den kürzesten Abstand zwischen der Ventilfläche 6a und
dem Ventil 3a verbindet. Mit anderen Worten, gerade Linien
Fa, Fb entsprechend zu der im allgemeinen kegelstumpfförmigen Fläche F auf
einer Querschnittsebene, die in 10A gezeigt ist,
verbinden den Ventilsitz 3a und den Ventilsitz 3a mit
dem kürzesten
Abstand.
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Mehr
im einzelnen ist in dieser Ausführungsform
die Motorsteuereinheit 11 so angeordnet, dass sie die Arbeitsweise
des Betätigungsorgans 12 in
einer solchen Weise steuert, dass der Ventilhub (Betrag) bei dem
zweiten Lufteinlass etwa doppelt so groß wie beim ersten Lufteinlass
ist. Die Gründe
für eine
solche Steuerug werden unter Bezugnahme auf 5 erläutert, welche
die Beziehung (oder sogenannte Ventilhubempfindlichkeit) zwischen
der Größe (Massenstrom)
der Ansaugluft, die in den Zylinder anzusaugen ist, und des Ventilhubs
(Betrag) des Einlassventils darstellt. Der Massenstrom entspricht
einer Strömungsmenge
der Ansaugluft pro Sekunde (kg/sec.). In 5 gibt eine
Linie N1 die Ventilhubempfindlichkeit des ersten Lufteinlasses an,
und eine Linie N2 gibt die Ventilhubempfindlichkeit des zweiten
Lufteinlasses an.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wird bei dem ersten Lufteinlass
(oder dem ersten Öffnungs-
und Schließvorgang
des Einlassventils), wenn der Ventilhub (Betrag) des Einlassventils
allmählich
erhöht
wird, der Massenstrom dem Maximalwert von W1–1 bei dem Ventilhub L1 ein.
Danach wird der Massenstrom abgesenkt und der Ventilhub wird über L1 erhöht, so dass
der Massenstrom auf L2 abgesenkt wird und nimmt den Wert von W1–2 ein,
der kleiner als der Wert von W1–1
ist. Dies offenbart, dass bei dem ersten Lufteinlass ein Ansaugluftzuführeffekt
gleich oder über
dem eines vollständigen
Hubs (Betrag) des Einlassventils erzielt werden, wenn der Ventilhub
(Betrag) L1 ist.
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Im
Gegensatz dazu nimmt bei dem zweiten Lufteinlass (oder dem zweiten Öffnungs-
und Schließvorgang
des Einlassventils), wie in 5 gezeigt
ist, der Massenstrom den Wert von W2–1 bei dem Ventilhub L1 ein,
und nimmt den Wert von W2–2 ein,
wenn der Ventilhub auf L2 vergrößert wird.
Dies offenbart, dass bei dem zweiten Lufteinlass die Ansaugluftmenge,
die dem Zylinder zugeführt
wird, im allgemeinen proportional zum Ventilhub (Betrag) des Einlassventils
ist.
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Entsprechenderweise
nimmt die Ventilhubempfindlichkeit ihren Spitzenwert durch Verringern des
Ventilhubs (Betrag) des Einlassventils bei dem ersten Lufteinlass
ein. Zusätzlich
wird der Öffnungsbereich
des Einlassventils soweit wie möglich
vergrößert durch
Vergrößem des
Ventilhubs des Einlassventils bei dem zweiten Lufteinlass. Entsprechend dieser
Arbeitsweise verringert eine Verringerung des Ventilshubs bei dem
ersten Lufteinlass einen unnötigen
Ventilhub (Betrag), um dadurch einen elektrischen Strom, der dem
elektromagnetischen Betätigungsorgan
zugeführt
wird und zum Betätigen
des Einlassventils erforderlich ist, abzusenken.
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Nachfolgend
wird eine dritte Ausführungsform
des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die 6a bis 7b erläutert. Der
Motor E dieser Ausführungsform
ist im Aufbau zu dem der zweiten und dritten Ausführungsform
mit der Ausnahme ähnlich,
das eine Vielzahl von Einlassventilen 61, 62, 63 und
eine Vielzahl von Auslassventilen 8, 8 für jeden
Zylinder (Brennraum) vorgesehen sind. Auch wird bei dieser Ausführungsform
der gesamte Öffnungsbereich
der Einlassventile bei dem zweiten Lufteinlass größer als der
des Einlassventils bei dem ersten Lufteinlass. Dieses wird durch
Erhöhen
der Anzahl der Einlassventile realisiert, die bei dem zweiten Lufteinlass
zu öffnen
sind, relativ zu dem Einlassventil (den Einlassventilen) der (die)
dem ersten Lufteinlass zu öffnen sind.
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6A und 6B zeigen
einen Teil eines 4-Ventil-Typ-Motors E, bei dem zwei Einlassventile 61, 62 und
zwei Auslassventile 8, 8 für jeden Zylinder vorgesehen
sind, die ein Beispiel dieser Ausführungsform bilden. Bei diesem
Beispiel wird ein (schräg
angeordnetes) Ventil 61 der zwei Einlassventile 61, 62 beim
ersten Lufteinlass, wie in 6A gezeigt
ist, geöffnet,
während
die zwei Einlassventile 61, 62 bei dem zweiten
Lufteinlass, wie in 6B gezeigt ist, geöffnet sind.
Es versteht sich, dass nur die Einlassventile 61 für eine Zeitdauer
geöffnet
sind, die dem oben erläuterten
ersten Öffnungs-
und Schließvorgang
entsprechen; und die zwei Einlassventile 61, 62 werden
für eine
Zeitdauer geöffnet,
die dem oben erläuterten
zweiten Öffnungs-
und Schließvorgang entspricht.
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Mit
der Anordnung dieses Beispiels führt
bei dem ersten Lufteinlass (d.h. dem ersten Öffnungs- und Schließvorgangs
des Einlassventils 61), wo die Ventilhubempfindlichkeit
gering ist, eines der zwei Einlassventile 61, 62 seinen Öffnungs-
und Schließvorgang
aus, um eine notwendige Ansaugventilöffnungsfläche für Ansaugluft, die in den Zylinder
angesaugt wird, sicherzustellen. Dann werden alle der zwei Einlassventile 61, 62 geöffnet, um
dadurch den maximalen Einlassventilöffnungsbereich für die Ansaugluft
sicherzustellen. Als ein Ergebnis kann das Prinzip der vorliegenden
Erfindung effektiv realisiert werden. In dieser Ausführungsform
ist der Öffnungsbereich
des Einlassventils 2 eine Gesamtheit des Öffnungsbereiches
(der Öffnungsbereiche)
des geöffneten
Einlassventils (der geöffnete
Einlassventile). Der Öffnungsbereich
kann eine Gesamtheit der Querschnittsfläche (der Querschnittsflächen) des
Ventilkopfs (der Ventilköpfe)
des geöffneten
Einlassventils (der geöffneten
Einlassventile) sein, wobei die Querschnittsfläche auf einer Querschnittsebene
senkrecht zur Achse des Einlassventils befindlich ist.
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Durch Öffnen eines
der zwei Einlassventile 61, 62 kann insbesondere
der sogenannte Verwirbelungsstrom und der sogenannte Rotierstrom
der Ansaugluft in dem Brennraum 4 bei dem ersten Lufteinlass
erzeugt werden, um dadurch einen Verbrennungswirkungsgrad des Motors
zu verbessern. 8 stellt Wirkungen des erzeugten
Verwirbelungsstroms oder Rotierstroms der Ansaugluft in Abhängigkeit
des Verwirbelungsverhältnisses
oder Rotierverhältnisses
dar, in Fällen
der Motorbetriebsarten, in denen ein oder zwei Einlassventile geöffnet sind.
Das Verwirbelungsverhältnis
wird repräsentiert
durch [eine Strömungsgeschwindigkeit
(m/sec.) von Gas in einer Tangentialrichtung der Zylinderbohrung/einer Strömungsgeschwindigkeit
(m/sec.) von Gas in einer Axialrichtung der Zylinderbohrung]. Das
Rotierverhältnis
wird repräsentiert
durch [eine Strömungsgeschwindigkeit
(m/sec.) des Rotierstroms von Gas in einer Axialrichtung der Zylinderbohrung/eine
Strömungsgeschwindigkeit
(m/sec.) des Gases in einer Axialrichtung der Zylinderbohrung].
Eine Linie R1 repräsentiert
eine Veränderung
des Verwirbelungsverhältnisses
im Fall einer Motorbetriebsart, in der nur das rechte Einlassventil 61 in
einem Ansaugtakt geöffnet
ist. Eine Linie R2 repräsentiert
eine Veränderung
beim Rotierverhältnis
im Falle einer Motorbetriebsart, bei der zwei Einlassventile 61, 62 in
einem Einlasstakt geöffnet
sind. Eine Linie R3 repräsentiert eine
Veränderung
des Rotierverhältnisses
im Fall einer Motorbetriebsart, bei der nur das rechte Einlassventil 61 im
Einlasstakt geöffnet
ist. Es versteht sich, dass das Verwirbelungsverhältnis etwa
0 im Fall einer Motorbetriebsart ist, bei der die beiden Einlassventile 61, 62 geschlossen
sind, und daher wird die Verwirbelungsverhältnisveränderung in einem solchen Fall
nicht in 8 gezeigt.
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Wie
aus 8 ersichtlich ist, ist die Wirkung des erzeugenden
Verwirbelungsstroms beachtenswert im Falle der Motorbetriebsart
ausgelegt, bei dem eines der zwei Einlassventile geöffnet ist.
Zusätzlich ist
eine beachtenswerte Wirkung des erzeugenden Rotierstroms der Ansaugluft
ausgelegt im Falle der Motorbetriebsart, bei der nur eines der zwei
Einlassventile geöffnet
ist, verglichen mit der Motorbetriebsart, bei der beide der zwei
Ansaugventile geöffnet sind.
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Die 7A und 7B zeigen
einen Teil eines Fünf-Ventil-Typ-Motors,
in dem drei Ansaugventile 61, 62, 63 und
zwei Auslassventile 8, 8 für jeden Zylinder vorgesehen
sind, der ein anderes Beispiel dieser Ausführungsform bildet. In diesem
Beispiel ist ein (schräg
angeordnetes) Ventil 61 der drei Einlassventile 61, 62, 63 beim
ersten Lufteinlass geöffnet, wie
in 7A gezeigt ist, währenddessen die drei Einlassventile 61, 62, 63 bei
dem zweiten Lufteinlass, wie in 7B gezeigt
ist, geöffnet
sind. Es versteht sich, dass die gleichen Wirkungen, wie jene beim Beispiel
der 6A und 6B erzielt
werden können.
In diesem Fünf-Ventil-Typ-Motor
können
die Einlassventile 61, 62 oder die Einlassventile 61, 63 beim
dem ersten Lufteinlass geöffnet
werden, während
dessen alle der drei Einlassventile 61, 62, 63 bei dem
zweiten Lufteinlass geöffnet
werden können.
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Als
nächstes
wird eine vierte Ausführungsform
des Verbrennungsmotors E gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf 9 erläutert. Der
Motor E dieser Ausführungsform
ist der gleiche im Aufbau, wie der der ersten Ausführungsform,
unterscheidet sich aber geringfügig
in der Steuerung für
das Einlassventil 6. Das heißt in dieser Ausführungsform
sind die ersten und zweiten Lufteinlässe (die auch in der ersten
und zweiten Ausführungsform
ausgeführt
sind) nur in einem vorbestimmten Niedrigmotordrehzahlbereich des
Motors E ausgeführt. 9 stellt
einen Vergleich im Füllungsgrad (ηv), der
zwischen der Motorbetriebsart (angegeben durch eine Linie V1), die
nur einen Lufteinlass im Ansaugtakt ausführt, und der Motorbetriebsart
(angegeben durch eine Linie V2), die die ersten und zweiten Lufteinlässe im Ansaugtakt
ausführt,
ausgeführt.
In einem niedrigen Motordrehzahlbereich, der niedriger als eine
erste vorbestimmte Motordrehzahl n1 ist, ist der Füllungsgrad
bei der erstgenannten Motorbetriebsart höher. In einem Motordrehzahlbereich
jedoch zwischen der ersten vorbestimmten Motordrehzahl n1 und einer
zweiten vorbestimmten Motordrehzahl n2 ist der Füllungsgrad höher bei
der letztgenannten Motorbetriebsart, als bei der erstgenannten Motorbetriebsart.
In einem Motordrehzahlbereich über
der zweiten vorbestimmten Motordrehzahl n2 ist der Füllungsgrad
bei der ersteren Motorbetriebsart höher, als bei der letzteren
Motorbetriebsart.
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Diesbezüglich werden
entsprechend dieser Ausführungsform
die ersten und zweiten Lufteinlässe beim
Ansaugtakt nur in den vorbestimmten Motordrehzahlbereich zwischen
den ersten und zweiten Motordrehzahlen n1, n2 ausgeführt. Nur
ein Lufteinlass im Ansaugtakt wird in den Motordrehzahlbereichen
ausgeführt,
die niedriger als die erste vorbestimmte Motordrehzahl n1 ist und
höher als
die zweite vorbestimmte Motordrehzahl n2 ist. Somit werden die Steuerarten
der Einlassventile in Übereinstimmung
mit der Motordrehzahl verändert.
Die erste vorbestimmte Motordrehzahl n1 beträgt etwa 100 U/min, während dessen
die zweite vorbestimmte Motordrehzahl n2 etwa 2500 U/min beträgt.
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Somit
wird entsprechend dieser Ausführungsform
die Motorbetriebsart, die nur einen Lufteinlass ausführt, und
die Motorbetriebsart, die die ersten und zweiten Lufteinlässe ausführt, in Übereinstimmung
mit der Motordrehzahl des Motors E umgestellt, um dadurch wirksam
den Füllungsgrad
des Motors E zu verbessern.
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Während die
Steuerarten des Einlassventils der vierten Ausführungsform für den Motor
der ersten Ausführungsform
angewendet wird, versteht es sich, dass die gleichen Steuerarten
des Einlassventils (der Einlassventile) auf Motoren der zweiten
und dritten Ausführungsformen
angewendet werden können.
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Wie
aus dem Obigen zu erkennen ist, wird (werden) entsprechend der vorliegenden
Erfindung das Einlassventil (die Einlassventile) elektromagnetisch
betätigt,
um zwei (erste und zweite) Öffnungs- und
Schließvorgänge in einem
Ansaugtakt im Gleichlauf mit einer Ansaugluftpulsation auszuführen. Der erste Öffnungs-
und Schließvorgang
des Einlassventils verstärkt
die Ansaugluftpulsation, dadurch den Druckunterschied zwischen der
Innenseite und der Außenseite
des Brennraums zu erhöhen.
Dann kann ein Lufteinlass in den Brennraum wirksam durch den zweiten Öffnungs-
und Schließvorgang
des Einlassventils unter Wirkung des Druckunterschieds ausgeführt werden.
Als ein Ergebnis dessen kann der Füllungsgrad des Motors stark
verbessert werden, ohne Anwenden einer baulichen Veränderung
an einem herkömmlichen
Verbrennungsmotor, während
vermieden wird, dass der Motor großbauend ausgeführt wird.
Dies kann auch den Verbrennungswirkungsgrad des Motors verbessern.