DE602005000780T2

DE602005000780T2 - Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungverhältnis

Info

Publication number: DE602005000780T2
Application number: DE602005000780T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Toyota-shi Aichi-ken Akihisa; Eiichi Toyota-shi Aichi-ken Kamiyama; Masaaki Toyota-shi Aichi-ken Kashiwa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2025-02-11
Also published as: JP2005226571A; EP1564392B1; EP1564392A1; JP4397246B2; DE602005000780D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis, dessen Verdichtungsverhältnis durch Ändern des Volumens einer Brennkammer variiert wird.
2. Beschreibung der verwandten Technik
In den letzten Jahren wurden, um den Kraftstoffverbrauch, die Ausgangsleistung usw. von Verbrennungsmotoren zu verbessern, Verbrennungsmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis entwickelt, deren Verdichtungsverhältnis durch Ändern des Volumens einer Brennkammer variiert wird.
Auch ist für einen Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis, dessen Verdichtungsverhältnis durch eine auf variable Weise durchgeführte Steuerung des Hubbetrags eines Kolbens geändert oder variiert wird, ein Verfahren bekannt, bei dem der Umfang der Motorkühlwasserumwälzung abnimmt, wenn der Kolbenhubbetrag in Richtung auf niedrige Werten eingestellt wird (siehe z.B. die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2003-129817 ). Durch Steuern des Verbrennungsmotors auf diese Weise ist es möglich, Kühlverluste zu verringern.
Außerdem wurde eine andere Art von Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis entwickelt, bei dem ein Kolben aus einem inneren Kolbenelement und einem äußeren Kolbenelement besteht, so dass das Verdichtungsverhältnis des Motors durch die Zufuhr von Drucköl zu einem Raum, der zwischen den inneren und äußeren Kolbenelementen definiert ist, geändert wird. Für einen solchen Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Kolben durch die Zufuhr oder Abfuhr von Drucköl in den Raum bzw. aus dem Raum zwischen den inneren und äußeren Kolbenelementen gekühlt wird (siehe z.B. die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. S63-186926 ).
Ferner gibt es als Dokumente, die für die vorliegende Erfindung von Belang sind, noch die folgenden: die japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. S63-195340 , S63-302150 und 2003-206771 .
In Verbrennungsmotoren mit variablem Verdichtungsverhältnis wird das Volumen einer Brennkammer bei niedrigem Verdichtungsverhältnis erhöht und bei hohem Verdichtungsverhältnis gesenkt, beispielsweise durch die relative Bewegung eines Zylinderblocks und eines Kurbelgehäuses oder durch die Änderung des Hubbetrags eines Kolbens durch die Faltung eines Pleuels, der mit dem Kolben verbunden ist.
Daher wird bei einem hohen Verdichtungsverhältnis das Verhältnis der Wandfläche der Brennkammer in einem Motorzylinder zur gesamten Wand einer Zylinderbohrung, die darin definiert ist, im Vergleich zu dem bei einem niedrigen Verdichtungsverhältnis kleiner. Infolgedessen nimmt bei einem hohen Verdichtungsverhältnis die Wärmemenge, die von der Bohrungswand abgestrahlt wird, ab, so dass die Temperatur der Brennkammer leichter steigen kann. Insbesondere besteht dann, wenn die Last auf den Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis bei Vorliegen eines hohen Verdichtungsverhältnisses hoch wird, die Besorgnis, dass die Temperatur der Brennkammer zu hoch wird, was Grund zur Sorge gibt, dass es zu Problemen wie Klopfen usw. kommen könnte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung angesichts des oben genannten Problems gemacht, und ihre Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens, das in der Lage ist, den Kraftstoffverbrauch, die Ausgangsleistung oder dergleichen eines Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis zu verbessern, wobei dessen Verdichtungsverhältnis durch eine variable Steuerung des Volumens einer Brennkammer geändert werden kann, wodurch ein Betrieb bei hohem Verdichtungsverhältnis unter viel höherer Last möglich ist, während ein übermäßiger Anstieg der Temperatur der Brennkammer unterdrückt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis, dessen Verdichtungsverhältnis durch eine auf variable Weise durchgeführte Steuerung des Volumens einer Brennkammer geändert oder variiert wird, die Kühlleistung zur Kühlung des Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis erhöht, wenn das Verdichtungsverhältnis hoch ist und wenn die Motorlast hoch ist.
Genauer ein Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung, dessen Verdichtungsverhältnis durch Änderung des Volumens einer Brennkammer variiert wird, gekennzeichnet durch: eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis und eine Kühlleistungs-Erhöhungseinrichtung, um, wenn bei hohem Verdichtungsverhältnis die Last des Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis bei oder über einem bestimmten Wert liegt, die Kühlleistung der Kühleinrichtung auf einen Wert zu erhöhen, der größer ist als der, wenn die Last des Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis unter dem bestimmten Wert liegt.
Hierbei ist zu beachten, dass der bestimmte Wert eine Motorlast sein kann, unter der die Temperatur der Brennkammer bei hohem Verdichtungsverhältnis zu stark steigt, und dass er ein Wert sein kann, der vorab durch Experimente usw. bestimmt wird. Dieser bestimmte Wert kann auch ein fixer Wert sein oder ein variabler Wert, der entsprechend dem Wert des Verdichtungsverhältnisses geändert wird.
Wenn die Motorlast bei hohem Verdichtungsverhältnis hoch wird, steigt gemäß der vorliegenden Erfindung die Kühlleistung zur Kühlung des Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis (im folgenden einfach als Verbrennungsmotor bezeichnet) stärker als wenn die Motorlast niedrig ist. Infolgedessen wird ein Temperaturanstieg in der Brennkammer unterdrückt. Somit kann der Verbrennungsmotor bei hohem Verdichtungsverhältnis unter viel höherer Last betrieben werden, während ein zu starker Anstieg der Temperatur der Brennkammer unterdrückt wird.
In dem Fall, dass die Kühleinrichtung eine Heizmedium-Zufuhreinrichtung für die Zufuhr eines Heizmediums zum Verbrennungsmotor aufweist, erhöht in der vorliegenden Erfindung die Kühlleistungs-Erhöhungseinrichtung die Kühlleistung der Kühleinrichtung durch Erhöhen der Menge des Heizmediums, das dem Verbrennungsmotor durch die Heizmedium-Zufuhreinrichtung zugeführt wird, wenn die Last des Verbrennungsmotors bei hohem Verdichtungsverhältnis bei oder über dem bestimmten Wert liegt.
Wenn die Menge des Heizmediums, das dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, erhöht wird, kann die Kühlwirkung des Verbrennungsmotors aufgrund des Heizmediums verbessert werden. Das heißt, die Kühlleistung der Kühleinrichtung kann erhöht werden.
Dabei kann die Heizmedium-Zufuhreinrichtung Heizmedium-Umlaufkanäle, durch die das Heizmedium zirkuliert, während es durch den Verbrennungsmotor strömt, und eine Druckzufuhreinrichtung einschließen, um den Heizmedium-Umlaufkanälen das Heizmedium unter Druck zuzuführen. Außerdem kann die Kühlleistungs-Erhöhungseinrichtung eine Druckzufuhrmengen-Änderungseinrichtung einschließen, um die Menge des Heizmediums, das von der Druckzufuhreinrichtung pro Zeiteinheit zugeführt wird, zu ändern. In diesem Fall erhöht die Kühlleistungs-Erhöhungseinrichtung die Menge des Heizmediums, das von der Druckzufuhreinrichtung pro Zeiteinheit unter Druck zugeführt wird, mittels der Wirkung der Druckzufuhrmengen-Änderungseinrichtung, wenn die Last des Verbrennungsmotors bei hohem Verdichtungsverhältnis bei oder über dem bestimmten Wert liegt.
Durch Erhöhen der Menge des Heizmediums, das von der Druckzufuhreinrichtung pro Zeiteinheit unter Druck zugeführt werden soll, kann die Menge an Heizmedium, das dem Verbrennungsmotor pro Zeiteinheit zugeführt wird, erhöht werden.
Außerdem kann in der vorliegenden Erfindung in dem Fall, dass die Kühleinrichtung eine Heizmedium-Zufuhreinrichtung für die Zufuhr des Heizmediums zum Verbrennungsmotor einschließt, die Kühlleistungs-Erhöhungseinrichtung die Kühlleistung der Kühleinrichtung durch Senken der Temperatur des Heizmediums, das dem Verbrennungsmotor durch die Heizmedium-Zufuhreinrichtung zugeführt wird, erhöhen, wenn die Last des Verbrennungsmotors bei hohem Verdichtungsverhältnis bei oder über dem bestimmten Wert liegt.
Wenn die Temperatur des Heizmediums, das dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, gesenkt wird, kann die Kühlwirkung des Verbrennungsmotors aufgrund des Heizmediums verbessert werden. Das heißt, die Kühlleistung der Kühleinrichtung kann erhöht werden.
Dabei kann die Heizmedium-Zufuhreinrichtung Heizmedium-Umlaufkanäle einschließen, durch die das Heizmedium zirkuliert, während es durch den Verbrennungsmotor strömt. Außerdem kann die Kühlleistungs-Erhöhungseinrichtung Folgendes einschließen: einen Radiator bzw. Kühler; Verbindungskanäle, durch die der Kühler und die Heizmedium-Umlaufkanäle miteinander kommunizieren können; ein Verbindungsschaltventil, das in den Verbindungskanälen angeordnet ist, um die Verbindungskanäle zu öffnen und zu schließen; eine Temperaturerfassungseinrichtung, um die Temperatur des Heizmediums, das durch die Heizmedium-Umlaufkanäle strömt, zu erfassen; eine Ventilumschaltungs-Steuereinrichtung zum Öffnen des Verbindungsschaltventils, wenn die Temperatur des Heizmediums, die von der Temperaturerfassungseinrichtung erfasst wird, auf oder über eine voreingestellte Temperatur steigt, wodurch die Verbindungskanäle geöffnet werden, um das Heizmedium zirkulieren zu lassen, während es durch den Verbrennungsmotor und den Kühler strömt, und eine Temperaturvoreinstellungs-Änderungseinrichtung, um die voreingestellte Temperatur zu ändern. Wenn die Last des Verbrennungsmotors in einem solchen Fall bei hohem Verdichtungsverhältnis bei oder über dem bestimmten Wert liegt, senkt die Kühlleistungs-Erhöhungseinrichtung durch die Temperaturvoreinstellungs-Änderungseinrichtung die voreingestellte Temperatur auf einen Wert, der niedriger ist als wenn die Last des Verbrennungsmotors unter dem bestimmten Wert liegt.
Durch Senken der voreingestellten Temperatur wird das Heizmedium in die Lage versetzt, durch den Kühler zu strömen, wenn das Heizmedium eine viel niedrigere Temperatur aufweist. Infolgedessen kann die Temperatur des Heizmediums, das dem Verbrennungsmotor zugeführt wird, gesenkt werden.
Wenn das Verdichtungsverhältnis niedrig ist, ist außerdem die Wärmemenge, die von der Wand einer Zylinderbohrung abgestrahlt wird, größer als wenn das Verdichtungsverhältnis hoch ist, so dass es nicht einfach ist, die Temperatur der Brennkammer zu erhöhen. Wenn die Kühlleistung der Kühleinrichtung bei niedrigem Verdichtungsverhältnis erhöht wird, wie in dem Fall, wo die Last des Verbrennungsmotors bei hohem Verdichtungsverhältnis größer ist als der bestimmte Wert, besteht daher die Besorgnis, dass die Temperatur des Verbrennungsmotors unabhängig von der Last des Verbrennungsmotors zu stark sinkt.
Somit kann in der vorliegenden Erfindung eine Erhöhung der Kühlleistung der Kühleinrichtung bei niedrigem Verdichtungsverhältnis gehemmt werden.
Infolgedessen wird es möglich, eine zu große Senkung der Temperatur des Verbrennungsmotors bei niedrigem Verdichtungsverhältnis zu unterdrücken.
Hierbei ist zu beachten, dass bisher das Verdichtungsverhältnis in einem Verbrennungsmotor häufig hoch gesetzt wird, wenn der Motor unter niedriger Last betrieben wird, und in einem solchen Fall eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Temperatur der Brennkammer zu hoch wird, wie oben ausgeführt. Um den Kraftstoffverbrauch, die Ausgangsleistung usw. des Verbrennungsmotors zu verbessern, ist es jedoch bevorzugt, das Verdichtungsverhältnis auch unter einer viel höheren Last hoch zu setzen.
Wenn der Verbrennungsmotor so betrieben wird, dass er bei hoher Drehzahl arbeitet, kann ein Ansaugluftstrom im Motorzylinder leicht durcheinander gebracht werden, so dass eine Luft/Kraftstoff-Mischung darin leicht auf im Wesentlichen gleichmäßige Weise verteilt werden kann, und die Dauer eines Zyklus des Verbrennungszyklus auch verkürzt wird. Wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors oder die Zahl seiner Umdrehungen pro Minute hoch ist, steigt infolgedessen die Temperatur der Brennkammer im Vergleich zu dem Fall, wo die Motordrehzahl niedrig ist, weniger leicht. Somit kann das Verdichtungsverhältnis dann hoch gesetzt werden, wenn der Verbrennungsmotor bei hoher Drehzahl arbeitet, statt dann, wenn der Verbrennungsmotor unter hoher Last arbeitet. Auch in diesem Fall kann der Verbrennungsmotor dadurch, dass die Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, einen Betrieb bei hohem Verdichtungsverhältnis unter viel höherer Last ausführen, während ein zu hoher Anstieg der Temperatur der Brennkammer auf zuverlässigere Weise unterdrückt werden kann.
Gemäß dem Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung wird es möglich, einen Betrieb bei hohem Verdichtungsverhältnis unter viel höherer Last durchzuführen, während ein übermäßiger Anstieg der Temperatur der Brennkammer unterdrückt wird, wodurch es möglich ist, den Kraftstoffverbrauch, die Ausgangsleistung usw. des Verbrennungsmotors noch weiter zu verbessern.
Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevor zugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Zusammenschau mit der begleitenden Zeichnung noch deutlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Darstellung des schematischen Aufbaus eines Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Darstellung des schematischen Aufbaus eines Kühlwasser-Umwälzsystems in dem Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3A und 3B sind jeweils Darstellungen der unterschiedlichen Betriebszustände einer Brennkammer, wenn das Verdichtungsverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung verändert wird, wobei 3A einen Zustand der Brennkammer bei hohem Verdichtungsverhältnis darstellt und 3B einen anderen Zustand der Brennkammer bei niedrigem Verdichtungsverhältnis darstellt.
4 ist ein Ablaufschema, das eine Routine zur Steuerung der Kühlwassermenge, die von einer Wasserpumpe pro Zeiteinheit zugeführt wird, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Darstellung des schematischen Aufbaus eines Kühlwasser-Umwälzsystems in einem Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Ablaufschema, das eine Schaltsteuerroutine für ein Verbindungsschaltventil in einem Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Zunächst wird ein Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Darstellung des schematischen Aufbaus des Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß dieser Ausführungsform.
In 1 schließt der Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis, der allgemein mit dem Bezugszeichen 1 benannt ist (im Folgenden einfach als Verbrennungsmotor 1 bezeichnet), einen Zylinderblock 2 mit einem Zylinder 5, einen Zylinderkopf 4, der am Zylinderblock 2 montiert ist, und ein unteres Gehäuse 3, mit dem ein Kolben 6 über einen Pleuel und eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden ist, ein. Bei einem solchen Aufbau wird das Volumen einer Brennkammer 7, das in einer Zylinderbohrung durch den Kolben 6 und den Zylinderkopf 4 definiert wird, variiert, um das Verdichtungsverhältnis zu variieren, und zwar durch Bewegen des Zylinderblocks 2 relativ zum unteren Gehäuse 3 in axialer Richtung des Zylinders 5 mittels eines Verdichtungsverhältnis-Variationsmechanismus 8.
Der Verdichtungsverhältnis-Variationsmechanismus 8 weist ein Paar Nocken aufnehmender Bohrungen 9, die im Zylinderblock 2 an dessen linken und rechten unteren Abschnitten in 1 ausgebildet sind, und ein Paar Lager aufnehmender Bohrungen 10, die im unteren Gehäuse an dessen rechten und linken oberen Abschnitten in 1 ausgebildet sind, auf. Ein Paar Nockenwellen 11 wird in die Nocken aufnehmenden Bohrungen 9 und die Lager aufnehmenden Bohrungen 10 auf der rechten bzw. linken Seite eingeführt. Die rechten und linken Nockenwellen 11 werden von einem Paar Elektromotoren 24 angetrieben, so dass der Zylinderblock 2 dazu gebracht wird, sich in Bezug auf das untere Gehäuse 3 in axialer Richtung des Zylinders 5 zu bewegen. Dabei wird auch der Zylinderkopf 4 dazu gebracht, sich gemeinsam mit dem Zylinderblock 2 zu bewegen. Hier sei darauf hingewiesen, dass Einzelheiten dieses Verdichtungsverhältnis-Variationsmechanismus 8 in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2003-206771 offenbart sind.
Eine Einlassmündung 12 und eine Auslassmündung 13 sind so im Zylinderkopf 4 ausgebildet, dass sie sich zur Brennkammer 7 des Zylinders 5 hin öffnen. Die Einlassmündung 12 ist mit einem Einlasskanal 14 verbunden, und die Auslassmündung 13 ist mit einem Auslasskanal 15 verbunden. Die Einlassmündung 12 und die Auslassmündung 13 öffnen ihre Öffnungsabschnitte in die Brennkammer 7, die dafür ausgelegt ist, von einem Einlassventil 16 und einem Auslassventil 17 geöffnet bzw. geschlossen zu werden.
Ein Kraftstoff-Einspritzventil 20 ist in der Einlassmündung 12 angeordnet, und eine Zündkerze 21 zur Zündung oder Verbrennung einer Luft/Kraftstoff-Mischung, die in der Brennkammer 7 gebildet wird, ist in der Brennkammer 7 angeordnet. Ebenso ist ein Wassermantel 18, durch den Kühlwasser zirkuliert, im Zylinderkopf 4 und im Zylinderblock 2 ausgebildet.
Außerdem schließt der Verbrennungsmotor 1 verschiedene Arten von Sensoren ein, wie einen Nockenstellungssensor 31, der ein elektrisches Signal ausgibt, das dem Drehwinkel einer der Nockenwellen 11 des Verdichtungsverhältnis-Variationsmechanismus 8 entspricht, einen Beschleunigungselement-Öffnungssensor 33, der ein elektrisches Signal ausgibt, das dem Öffnungsgrad eines Gaspedals (nicht dargestellt) entspricht, einen Kurbelstellungssensor 34, der ein elektrisches Signal ausgibt, das dem Drehwinkel der nicht dargestellten Kurbelwelle entspricht, mit der der im unteren Gehäuse 3 angeordnete Kolben 6 verbunden ist, einen Wassertemperatursensor 35, der ein elektrisches Signal ausgibt, das der Temperatur des im Wassermantel 18 strömenden Kühlwassers entspricht, usw.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 7 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 ist in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor 1 vorgesehen. Diese ECU 30 dient zur Steuerung der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 1 und dergleichen gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 und Forderungen des Fahrers. Die verschiedenen Arten von Sensoren, wie der Nockenstellungssensor 31, der Beschleunigungselement-Öffnungssensor 33, der Kurbelstellungssensor 31, der Wassertemperatursensor 35 usw. sind über elektrische Drähte mit der ECU 30 verbunden, so dass die Ausgangssignale dieser Sensoren in die ECU 30 eingegeben werden. Die ECU 30 leitet die Last des Verbrennungsmotors 1 von einem Erfassungswert (d.h. dem Umfang der Öffnung oder Niederdrückung des Gaspedals) des Beschleunigungselement-Öffnungssensors 33 ab und leitet auch die Zahl der Umdrehungen pro Minute des Verbrennungsmotors 1 von einem Erfassungswert (d.h. dem Kurbelwinkel oder dem Drehwinkel der Kurbelwelle) des Kurbelstellungssensors 34 ab.
Außerdem sind das Kraftstoff-Einspritzventil 20, die Zündkerze 21, die Elektromotoren 24 usw. elektrisch mit der ECU 30 verbunden, so dass sie von der ECU 30 gesteuert werden können. Die ECU 30 ändert das Volumen der Brennkammer 7 durch Steuern der Drehung der Kurbelwellen 11 mittels der Elektromotoren 24, wodurch das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 geändert wird. Dabei leitet die ECU 30 das Verdichtungsverhältnis vom Ausgabewert des Nockenpositionssensors 31 ab.
Nun wird der schematische Aufbau des Kühlwasser-Umwälzsystems im Verbrennungsmotor gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 behandelt. 2 ist eine Darstellung des schematischen Aufbaus des Kühlwasser-Umwälzsystems im Verbrennungsmotor 1 gemäß dieser Ausführungsform.
Ein erster Kühlwasserkanal 41 ist an seinem einen Ende mit einem Ende des Wassermantels 18 im Verbrennungsmotor 1 verbunden, und an seinem anderen Ende mit einem Ende einer zum Verbrennungsmotor gehörigen Vorrichtung 43. Als zum Verbrennungsmotor gehörige Vorrichtung 43 können als Beispiele ein Kühlwassertank, der Kühlwasser aufnimmt, ein Heizkern einer Insassenkabinenheizung usw. genannt werden. Außerdem ist ein zweiter Kühlwasserkanal 42 an seinem einen Ende mit dem anderen Ende des Wassermantels 18 im Verbrennungsmotor 1 verbunden, und an seinem anderen Ende mit dem anderen Ende der zum Verbrennungsmotor gehörigen Vorrichtung 43.
Eine Wasserpumpe 44 für die Zufuhr von unter Druck gesetztem Kühlwasser von der Seite der zum Verbrennungsmotor gehörigen Vorrichtung 43 zur Seite des Verbrennungsmotors 1 ist am ersten Kühlwasserkanal 41 angeordnet. Diese Wasserpumpe 44 ist elektrisch mit der ECU 30 verbunden, so dass die Kühlwassermenge, die pro Zeiteinheit unter Druck gefördert werden soll, unter der Steuerung der ECU 30 geändert werden kann.
Somit wird im Kühlwasser-Umwälzsystem gemäß dieser Ausführungsform ein erster Kühlwasser-Umlaufkanal 45, durch den das Kühlwasser zirkuliert, vom Wassermantel 18, vom ersten Kühlwasserkanal 41, vom zweiten Kühlwasserkanal 42 und von der zum Verbrennungsmotor gehörigen Vorrichtung 43 gebildet. Der Verbrennungsmotor 1 wird durch das Kühlwasser gekühlt, das durch den ersten Kühlwasser-Umlaufkanal 45 zirkuliert.
Nun wird unter Bezugnahme auf 3 der Zustand der Brennkammer 7, wenn das Verdichtungsverhältnis 1 im Verbrennungsmotor geändert wurde, behandelt. 3A ist eine Darstellung eines Zustands der Brennkammer 7 bei hohem Verdichtungsverhältnis, und 3B ist eine Darstellung eines anderen Zustands der Brennkammer 7 bei niedrigem Verdichtungsverhältnis.
Im Verbrennungsmotor 1 wird das Volumen der Brennkammer 7 verringert, um das Verdichtungsverhältnis zu steigern oder zu erhöhen, und zwar dadurch, dass der Zylinderblock 2 dazu gebracht wird, sich unter der Wirkung des Verdichtungsverhält nis-Variationsmechanismus 8 in Richtung auf das untere Gehäuse 3 zu bewegen, wie in 3A dargestellt. Ebenso wird beim Verbrennungsmotor 1 das Volumen der Brennkammer 7 erhöht, um das Verdichtungsverhältnis zu senken oder zu verringern, und zwar dadurch, dass man bewirkt, dass der Zylinderblock 2 sich mittels des Verdichtungsverhältnis-Variationsmechanismus 8 vom unteren Gehäuse 3 weg bewegt, wie in 3B dargestellt.
Bei einem hohen Verdichtungsverhältnis wird daher das Verhältnis der Fläche der Brennkammer 7 zur gesamten Wand der Zylinderbohrung im Verhältnis zu demjenigen bei niedrigem Verdichtungsverhältnis kleiner. Infolgedessen nimmt bei hohem Verdichtungsverhältnis die Wärmemenge, die von der Bohrungswand abgestrahlt wird, ab, so dass die Temperatur der Brennkammer leichter steigen kann. Insbesondere dann, wenn die Last des Verbrennungsmotors 1 bei hohem Verdichtungsverhältnis hoch wird, besteht die Besorgnis, dass die Temperatur der Brennkammer 7 zu hoch steigen könnte, was befürchten lässt, dass es zu Problemen, wie Klopfen usw. kommen könnte.
In dieser Ausführungsform wird somit, wenn die Last des Verbrennungsmotors 1 bei hohem Verdichtungsverhältnis hoch wird, die Kühlwassermenge, die von der Wasserpumpe 44 pro Zeiteinheit unter Druck gefördert werden soll, erhöht, um die Kühlleistung zur Kühlung des Verbrennungsmotors 1 zu erhöhen. Im Folgenden wird eine Routine zur Steuerung der Kühlwassermenge, die von der Wasserpumpe 44 pro Zeiteinheit unter Druck gefördert werden soll, gemäß dieser Ausführungsform auf der Basis eines in 4 dargestellten Ablaufschemas erläutert. Diese Routine wird vorab in der ECU 30 gespeichert und wird in einem festgelegten Zeitintervall während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 durchgeführt.
In dieser Routine bestimmt die ECU 30 in Schritt S101, ob das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 hoch ist. Wenn hierbei der Wert des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors bei oder über einem festgelegten Verdichtungsverhältnis liegt, das vorab bestimmt wird, kann die ECU 30 bestimmen, dass das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 hoch ist. Wenn in Schritt S101 eine positive Bestimmung getroffen wird, geht der Steuerablauf zu Schritt S102 weiter, während dann, wenn in Schritt S101 eine negative Bestimmung getroffen wird, die ECU die Ausführung dieser Routine für dieses Mal beendet.
In Schritt S102 wird bestimmt, ob die Last auf den Verbrennungsmotor 1 bei oder über einem bestimmten Wert Q liegt. Hier sei darauf hingewiesen, dass der bestimmte Wert Q eine Motorlast ist, unter der die Temperatur der Brennkammer 7 bei hohem Verdichtungsverhältnis zu stark steigen kann, und er ein Wert sein kann, der vorab durch Versuche usw. bestimmt wird. Der bestimmte Wert Q kann auch ein Fixwert sein oder ein variabler Wert, der entsprechend dem Wert des Verdichtungsverhältnisses geändert wird. Wenn eine positive Bestimmung in Schritt S102 getroffen wird, geht der Steuerungsablauf zu Schritt S103 weiter, während dann, wenn eine negative Bestimmung in Schritt S102 getroffen wird, die ECU 30 die Ausführung dieser Routine für dieses Mal beendet.
In Schritt S103 erhöht die ECU 30 die Kühlwassermenge, die von der Wasserpumpe 44 pro Zeiteinheit unter Druck gefordert werden soll, auf einen Wert, der höher ist als wenn die Last des Verbrennungsmotors 1 unter dem vorgegebenen Wert Q liegt, und beendet danach die Routine für dieses Mal.
Bei der oben genannten Steuerung steigt, wenn die Last des Verbrennungsmotors 1 bei hohem Verdichtungsverhältnis bei oder über dem bestimmten Wert Q liegt, die Kühlwassermenge, die pro Zeiteinheit durch den Verdichtungsmotor 1 (den Wassermantel 18) strömt. Somit wird die Kühlwirkung des Verbrennungsmotors 1 aufgrund des Kühlwassers verbessert.
Das heißt, gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn die Last des Verbrennungsmotors bei hohem Verdichtungsverhältnis hoch ist, die Kühlleistung zur Kühlung des Verbrennungsmotors 1 größer als wenn die Motorlast niedrig ist, so dass der Temperaturanstieg der Brennkammer 7 unterdrückt wird. Daher wird der Verbrennungsmotor 1 fähig, einen Betrieb bei hohem Verdichtungsverhältnis unter viel höherer Last durchzuführen, während ein übermäßiger Anstieg der Temperatur der Brennkammer 7 unterdrückt wird, wodurch es möglich ist, den Kraftstoffverbrauch, die Ausgangsleistung usw. des Verbrennungsmotors 1 noch weiter zu verbessern.
In der oben angegebenen Routine zur Steuerung der Kühlwassermenge, die von der Wasserpumpe 44 pro Zeiteinheit unter Druck gefördert werden soll, wird, wenn eine negative Bestimmung in Schritt S101 getroffen wird, d.h. wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 niedrig ist, die Ausführung dieser Routine für dieses Mal angehalten, so dass die Kühlwassermenge, die von der Wasserpumpe 44 pro Zeiteinheit unter Druck zugeführt werden soll, nicht erhöht wird. Anders ausgedrückt, wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 niedrig ist, dann wird die Zunahme der Kühlleistung zur Kühlung des Verbrennungsmotors 1 verhindert.
In Folge davon wird es möglich, eine übermäßige Abnahme der Temperatur des Verbrennungsmotors 1 bei niedrigem Verdichtungsverhältnis zu unterdrücken.
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Nun wird auf einen Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug genommen. Da der schematische Aufbau (siehe 1) des Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß dieser Ausführungsform und der Zustand der Brennkammer (siehe 3), wenn das Verdichtungsverhältnis geändert wird, jeweils denen der oben genannten ersten Ausführungsform ähnlich sind, wird auf ihre Erklärung verzichtet.
Nun wird der schematische Aufbau eines Kühlwasser-Umwälzsystems im Verbrennungsmotor gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5 behandelt. 5 ist eine Darstellung des schematischen Aufbaus des Kühlwasser-Umwälzsystems im Verbrennungsmotor 1 gemäß dieser Ausführungsform. Die Komponententeile der -elemente dieser Ausführungsform, die denen der oben genannten ersten Ausführungsform ähnlich sind, sind mit den gleichen Symbolen bezeichnet, während auf ihre Erläuterung verzichtet wird.
In dieser Ausführungsform ist ein Radiator bzw. Kühler 46 in Kombination mit dem Verbrennungsmotor 1 vorgesehen, und der erste Kühlwasserkanal 41 zwischen der zum Verbrennungsmotor gehörigen Vorrichtung 43 und der Wasserpumpe 44 wird mit einem Ende des Radiators 46 über einen ersten Verbindungskanal 47 in Verbindung gebracht. Ebenso wird der zweite Kühlwasserkanal 42 mit dem anderen Ende des Kühlers 46 durch einen zweiten Verbindungskanal 48 in Verbindung gebracht.
An einer Verbindungsstelle zwischen dem zweiten Kühlwasserkanal 42 und dem zweiten Verbindungskanal 48 ist ein Verbindungsschaltventil 49 vorgesehen, das dazu dient, die Verbindung zwischen dem zweiten Kühlwasserkanal 42 und dem zweiten Verbindungskanal 48 zu öffnen und zu schließen. Dieses Verbindungsschaltventil 49 ist elektrisch mit der ECU 30 verbunden.
Wenn die Temperatur des Kühlwassers, die vom Wassertemperatursensor 35 erfasst wird, auf oder über eine voreingestellte Temperatur Tc steigt, öffnet die ECU 30 das Verbindungsschaltventil 49, wodurch der zweite Kühlwasserkanal 42 und der zweite Verbindungskanal 48 miteinander in Verbindung gebracht werden. Wenn dagegen die Temperatur des Kühlwassers, die vom Wassertemperatursensor 35 erfasst wird, unter die voreingestellte Temperatur Tc sinkt, schließt die ECU 30 das Verbindungsschaltventil 49, wodurch die Verbindung zwischen dem zweiten Kühlwasserkanal 42 und dem zweiten Verbindungskanal 48 unterbrochen oder beendet wird. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass die voreingestellte Temperatur Tc von der ECU 30 geändert werden kann.
Im Kühlwasser-Umwälzsystem gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn das Verbindungsschaltventil 49 von der ECU 30 geöffnet wird, wodurch der zweite Kühlwasserkanal 42 und der zweite Verbindungskanal 48 miteinander in Verbindung gesetzt werden, ein zweiter Kühlwasser-Umlaufkanal 50 zur Umwälzung von Kühlwasser vom Wassermantel 18, vom Kühler 46, von einem Teil des ersten Kühlwasserkanals 41, von einem Teil des zweiten Kühlwasserkanals 42, vom ersten Verbindungskanal 47 und vom zweiten Verbindungskanal 48 gebildet. Wenn das Kühlwasser durch den zweiten Kühlwasser-Umlaufkanal 50 zirkuliert, wird das Kühlwasser vom Kühler 46 gekühlt, so dass dessen Temperatur gesenkt wird.
Wenn die Last des Verbrennungsmotors 1 bei hohem Verdichtungsverhältnis hoch wird, wird in dieser Ausführungsform die voreingestellte Temperatur Tc, die ein Schwellenwert für die Schaltung oder Öffnung und Schließung des Verbindungsschaltventils 49 ist, gesenkt, um die Kühlleistung zum Kühlen des Verbrennungsmotors 1 zu erhöhen. Im Folgenden wird auf eine Schaltsteuerroutine für das Verbindungsschaltventil 49 gemäß dieser Ausführungsform auf der Basis des in 6 dargestellten Ablaufschemas Bezug genommen. Diese Routine wird vorab in der ECU 30 gespeichert und wird in einem bestimmten Zeitintervall während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 ausgeführt. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass die Schritte S101 und S102 in dieser Routine die gleichen sind wie diejenigen in der oben genannten ersten Ausführungsform, so dass auf ihre Erklärung verzichtet wird, und nur Schritt S203, der sich von der ersten Ausführungsform unterscheidet, beschrieben wird.
Wenn eine positive Bestimmung in Schritt S102 getroffen wird, geht in dieser Routine der Steuerablauf zu Schritt S203 über.
In Schritt S203 senkt die ECU 30 die voreingestellte Temperatur Tc auf einen Wert unter dem, wenn die Last des Verbrennungsmotors 1 unter dem festgelegten Wert Q liegt, und beendet dann für dieses Mal die Routine.
In der oben genannten Steuerung wird in dem Fall, dass die Last des Verbrennungsmotors 1 bei hohem Verdichtungsverhältnis bei oder über dem festgelegten Wert Q liegt, die Verbindung zwischen dem zweiten Kühlwasserkanal 42 und dem zweiten Verbindungskanal 48 geöffnet, wenn das Kühlwasser eine viel niedrigere Temperatur aufweist. Somit wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers viel niedriger ist, das Kühlwasser durch den zweiten Kühlwasserkanal 50 zirkulieren gelassen, so dass es durch den Kühlergrill 46 strömt. Infolgedessen wird die Temperatur des Kühlwassers, das dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt wird, gesenkt, so dass die Kühlwirkung des Verbrennungsmotors 1 aufgrund des Kühlwassers verbessert werden kann.
Das heißt, gemäß dieser Ausführungsform wird ähnlich wie in der oben genannten ersten Ausführungsform die Kühlleistung zum Kühlen des Verbrennungsmotors 1, wenn die Last des Verbrennungsmotors 1 bei dem hohen Verdichtungsverhältnis hoch ist, größer als wenn die Last des Verbrennungsmotors niedrig ist, so dass der Temperaturanstieg der Brennkammer 7 unterdrückt wird. Somit wird der Verbrennungsmotor 1 in die Lage versetzt, bei hohem Verdichtungsverhältnis einen Betrieb unter einer viel höheren Last durchzuführen, während ein übermäßiger Anstieg der Temperatur der Brennkammer 7 unterdrückt wird, wodurch es möglich wird, den Kraftstoffverbrauch, die Ausgangsleistung und dergleichen des Verbrennungsmotors 1 noch weiter zu verbessern.
Bei der Schaltsteuerroutine für das Verbindungsschaltventil 49, wie oben angegeben, wird, wenn eine negative Bestimmung in Schritt S101 getroffen wird, d.h. wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 niedrig ist, die Durchführung dieser Routine für dieses Mal angehalten, und die voreingestellte Temperatur Tc wird nicht gesenkt. Anders ausgedrückt, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform wird, wenn das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 niedrig ist, eine Erhöhung der Kühlleistung, um den Verbrennungsmotor 1 zu kühlen, verhindert.
Infolgedessen kann eine übermäßige Senkung der Temperatur des Verbrennungsmotors 1 bei niedrigem Verdichtungsverhältnis unterdrückt werden.
In den oben genannten ersten und zweiten Ausführungsformen kann das Verdichtungsverhältnis hoch gesetzt werden, wenn der Verbrennungsmotor 1 bei hoher Drehzahl betrieben wird, statt dann, wenn der Verbrennungsmotor 1 unter hoher Last betrieben wird. Auch in einem solchen Fall ist der Verbrennungsmotor 1 durch die Durchfüh rung der oben genannten jeweiligen Steuerbetätigungen in der Lage, bei hohem Verdichtungsverhältnis einen Betrieb unter einer viel höheren Last durchzuführen, während ein übermäßiger Anstieg der Temperatur der Brennkammer 7 unterdrückt wird.
Außerdem können die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform miteinander kombiniert werden.
Obwohl die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen innerhalb des Gedankens und Bereichs der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis, dessen Verdichtungsverhältnis durch Ändern des Volumens einer Brennkammer variiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass er folgendes einschließt: eine Kühleinrichtung (41, 42, 44) zum Kühlen des Verbrennungsmotors (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis; und dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlleistungserhöhungs-Einrichtung (30, 46, 47, 48, 49), die, wenn die Last des Verbrennungsmotors (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis über oder bei einem bestimmten Wert liegt und der Motor bei einem hohen Verdichtungsverhältnis arbeitet, die Kühlleistung der Kühleinrichtung (41, 42, 44) auf einen Wert erhöht, der größer ist als der, wenn die Last des Verbrennungsmotors (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis unter dem bestimmten Wert liegt.
Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung eine Heizmedium-Zufuhreinrichtung (41, 42, 44) für die Zufuhr eines Heizmediums zu dem Verbrennungsmotor (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis einschließt, und die Kühlleistungserhöhungs-Einrichtung (30) bei einem hohen Verdichtungsverhältnis die Kühlleistung der Kühleinrichtung durch Erhöhen der Menge des Heizmediums, das dem Verbrennungsmotor (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis durch die Heizmedium-Zufuhreinrichtung (41, 42, 44) zugeführt wird, erhöht, wenn die Last des Verbrennungsmotors (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis über oder bei dem bestimmten Wert liegt.
Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmedium-Zufuhreinrichtung folgendes einschließt: Heizmedium-Umlaufkanäle (41, 42), durch die das Heizmedium zirkuliert, während es durch den Verbrennungsmotor (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis strömt; und eine Druckzufuhreinrichtung (44), um den Heizmedium-Umlaufkanälen (41, 42) das Heizmedium unter Druck zuzuführen; wobei die Kühlleistungserhöhungs-Einrichtung eine Druckzufuhrmengen-Änderungseinrichtung (30) zur Änderung der Menge des Heizmediums, das von der Druckzufuhreinrichtung (44) pro Zeiteinheit unter Druck zugeführt werden soll, einschließt; und die Kühlleistungserhöhungs-Einrichtung bei einem hohen Verdichtungsverhältnis die Menge an Heizmedium, das von der Druckzufuhreinrichtung (44) pro Zeiteinheit unter Druck zugeführt werden soll, unter Verwendung der Druckzufuhrmengen-Änderungseinrichtung (30) erhöht, wenn die Last des Verbrennungsmotors (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis über oder bei dem bestimmten Wert liegt.
Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung eine Heizmedium-Zufuhreinrichtung (41, 42, 44) für die Zufuhr eines Heizmediums zu dem Verbrennungsmotor (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis einschließt, und die Kühlleistungserhöhungs-Einrichtung (30, 46, 47, 48, 49) bei einem hohen Verdichtungsverhältnis die Kühlleistung der Kühleinrichtung durch Senken der Temperatur des Heizmediums, das dem Verbrennungsmotor (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis von der Heizmedium-Zufuhreinrichtung (41, 42, 44) zugeführt wird, senkt, wenn die Last des Verbrennungsmotors (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis über oder bei dem bestimmten Wert liegt.
Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmedium-Zufuhreinrichtung Heizmedium-Umlaufkanäle (41, 42) einschließt, durch die das Heizmedium zirkuliert, während es durch den Verbrennungsmotor (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis strömt; und die Kühlleistungserhöhungs-Einrichtung folgendes einschließt: einen Kühler (46); Verbindungskanäle (47, 48), durch die der Kühler (46) und die Heizmedium-Umlaufkanäle (41, 42) miteinander in Verbindung gesetzt werden; ein Verbindungsschaltventil (49), das in den Verbindungskanälen (47, 48) angeordnet ist, um die Verbindungskanäle (47, 48) zu öffnen und zu schließen; eine Temperaturerfassungseinrichtung (35) zum Erfassen der Temperatur des Heizmediums, das durch die Heizmedium-Umlaufkanäle (41, 42) fließt; eine Ventilschaltungs-Steuereinrichtung (30) zum Öffnen des Verbindungsschaltventils (49), wenn die Temperatur des Heizmediums, die von der Temperaturerfassungseinrichtung (35) erfasst wird, eine voreingestellte Temperatur übertrifft oder erreicht, wodurch die Verbindungsleitungen (47, 48) geöffnet werden, so dass das Heizmedium zirkulieren kann, während es durch den Verbrennungsmotor (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis und den Kühler (46) strömt; und eine Voreinstellungstemperatur-Änderungseinrichtung (30), die die voreingestellte Temperatur ändert; wobei die Kühlleistungs-Erhöhungseinrichtung bei einem hohen Verdichtungsverhältnis, wenn die Last des Verbrennungsmotors (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis über oder bei dem bestimmten Wert liegt, über die Voreinstellungstemperatur-Änderungseinrichtung (30) die voreingestellte Temperatur auf einen Wert senkt, der niedriger ist als der, wenn die Last des Verbrennungsmotors mit variablem Verdichtungsverhältnis (1) unter dem bestimmten Wert liegt.
Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Wert entsprechend dem Wert des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis geändert wird.
Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zunahme der Kühlleistung der Kühleinrichtung (41, 42, 44) bei einem niedrigen Verdichtungsverhältnis gehemmt ist.