DE60206808T2 - Verbrennungssteuersystem einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit variablem Kolbenhub und variabler Ventilsteuervorrichtung - Google Patents

Verbrennungssteuersystem einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit variablem Kolbenhub und variabler Ventilsteuervorrichtung Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbrennungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine mit Zündkerzenzündung, die eine veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung (eine veränderbare Verdichtungsverhältnisvorrichtung, die in der Lage ist, ein Verdichtungsverhältnis ε zu verändern) hat, und eine veränderbare Ventilbetriebs-Vorrichtung, die in der Lage ist, eine Ventilhubcharakteristik (einen Ventilhub, einen Arbeitswinkel, eine Phase eines Zentralwinkels des Arbeitswinkels) eines Einlassventiles zu verändern.
  • Ein Verdichtungsverhältnis, das oft durch den griechischen Buchstaben ε (Epsilon) bezeichnet wird, wird im Wesentlichen als ein Verhältnis (V1 + V2)/V1 des Gesamtvolumens (V1 + V2) definiert, das innerhalb des Motorzylinders und der Brennkammer mit dem Kolben an dem unteren Totpunkt (BDC), zu dem Abstands-Raumvolumen (V1) mit dem Kolben an dem oberen Totpunkt (TDC) vorhanden ist. Andererseits wird ein effektives Verdichtungsverhältnis, bezeichnet durch ε', im Wesentlichen als ein Verhältnis des effektiven Zylindervolumens, entsprechend des maximalen Arbeitsmedium-Volumens zu dem effektiven Abstandsvolumen entsprechend des minimalen Arbeitsmedium-Volumens gebildet. Diese zwei Verdichtungsverhältnisse ε und ε' werden thermodynamisch voneinander unterschieden. Ein Verdichtungsverhältnis ist einer der Basisparameter für eine verstärkte thermische Wirksamkeit. In Brennkraftmaschinen mit Zündkerzenzündung und feststehendem Verdichtungsverhältnis wird das Verdichtungsverhältnis ε festgelegt, um unter in Kaufnehmen der Detonation und des Klopfens ein Verhältnis so hoch wie möglich zu sein. Es gibt mehrere Optionen, um bei solchen Brennkraftmaschinen mit Zündkerzenzündung und feststehendem Verdichtungsverhältnis das Klopfen zu vermeiden. Eine Weg, um einen Klopfzustand der Brennkammer zu vermeiden, ist einfach den Zündfunken-Zeitpunkt zu verzögern, wenn das Klopfen bei der Verbrennung in dem Motor auftritt. Ein weiterer Weg, das Klopfen zu vermeiden, ist die Einlassventil-Betriebscharakteristika zu verändern, um dadurch das effektive Verdichtungsverhältnis ε' zu verändern. Überdies kann eine Vorrichtung für ein veränderbares Verdichtungsverhältnis als eine Anti-Klopfeinrichtung hinzugefügt werden. In dem zu entwerfenden Verbrennungssteuersystem ist es wichtig, zwei gegensätzliche Erfordernisse auszugleichen, d. h., eine hohe thermische Effektivität und eine hoch-ansprechbare Klopfsteuerung. Wie es allgemein bekannt ist gibt es eine erhöhte Tendenz, dass das Verbrennungsklopfen bei meh reren Motorbetriebszuständen, z. B. bei einem Hochtemperatur-Hochlast-Betrieb, auftritt. Das Klopfen tritt unter bestimmten Betriebszuständen auf, wobei die Temperatur der in den Motorzylinder eingeleiteten Einlassluft infolge der Wärme der Verdichtung und des Wärmeaustauschs zwischen der Einlassluft und der Zylinderwand und dem Kolben hoch genug geht und der letzte Teil des verdichteten Luft-Kraftstoff-Gemischs oder des Endgases plötzlich explodiert oder sich selbst zündet, bevor die Flammenausbreitung abgeschlossen ist, und sich die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht, um dadurch das Klopfgeräusch und höhere thermische und mechanische Beanspruchungen in den Bauteilen der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Wie oben diskutiert, tendiert das Klopfen infolge eines Temperaturanstiegs in dem verdichteten Luft-Kraftstoff-Gemisch aufzutreten. Es gibt eine erhöhte Tendenz für das Klopfen aufzutreten, insbesondere wenn die Motorkühlmitteltemperatur infolge des fortwährenden Hochlast-Betriebes ansteigt. Das Festlegen des Verdichtungsverhältnisses ε auf einen niedrigen Wert trägt dazu bei, das Klopfen zu vermeiden, führt aber zu einer reduzierten thermischen Wirksamkeit, d. h., zu einer verschlechterten Kraftstoffökonomie. In jüngster Zeit verwenden Motoren mit Zündkerzenzündung mit feststehendem Verdichtungsverhältnis einen Klopfsensor oder einen Explosionssensor um das Zylinder-Zündklopfen zu erfassen und den Zündfunken-Zeitpunkt zu verzögern, um das Klopfen des Motors zu vermeiden und das Verdichtungsverhältnis ε auf einen relativ hohen Wert festzulegen. Die Verzögerung des Zündzeitpunktes, durch die eine relativ hohe Klopfsteuerreaktion erhalten werden kann, ist geeignet, um das Klopfen zu vermeiden. Jedoch verschlechtert die Verzögerung des Zündzeitpunktes die Kraftstoffökonomie und führt zu einem Anstieg der Auslasstemperatur. Dies verschlechtert die Haltbarkeit eines Auslasssystems eines katalytischen Wandlers. Zum Vermeiden des Klopfens kann eine Verzögerung des Zündzeitpunktes mit einer veränderbaren Phasensteuerung kombiniert werden. In dem Fall der integrierten Klopf-Vermeidungssteuerung auf der Grundlage von sowohl der Verzögerung des Zündzeitpunktes, als auch der veränderbaren Phasensteuerung unter einer Bedingung, dass es eine erhöhte Tendenz für den Motor gibt, zu klopfen, wird das effektive Verdichtungsverhältnis ε' durch das Verzögern der Phase der Nockenwelle vermindert (mit anderen Worten, durch das Verzögern des Einlassventil-Schließzeitpunktes, oft als „IVC" abgekürzt) und als ein Ergebnis kann die Ladungswirksamkeit und die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemischs vermindert werden, um dadurch einen Auslass-Temperaturanstieg zu verhindern. Ein solches Klopf-Vermeidungssystem ist in der Japanese Patent Provisional Publication No. 8-338295 gezeigt worden. Die Japanese Patent Provisional Publication No. 11-36906 hat ein Klopf-Vermeidungssystem gezeigt, das in der Lage ist, einen Arbeitswinkel eines Einlassventiles veränderbar zu steuern. Für eine verbesserte Kraft stoffökonomie ist eine integrierte Steuerung auf der Grundlage von sowohl der veränderbaren Arbeitswinkelsteuerung, als auch der veränderbaren Phasensteuerung vorgeschlagen worden. Eine veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung, die in der Lage ist, ein Verdichtungsverhältnis ε durch das Verändern von zumindest einer von einer TDC-Position oder einer BDC-Position veränderbar einzustellen, ist in den Seiten 706–711 der Ausgabe 1997 der Zeitschrift „MTZ Motortechnische Zeitschrift 58, Nr. 11" gezeigt worden.
  • Die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung oder die Vorrichtung mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis ist effektiv, das Klopfen zu vermeiden. Die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung ist der Zündzeitpunktsteuerung in der Steuerungsreaktion untergeordnet. Zur Verbesserung der Steuerungsreaktion erfordert die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung einen vergleichsweise großformatigen Betätiger, der eine große Drehmomentkapazität hat. Im Gegensatz zu dem oben genannten ist es bei einem konstant gehaltenen Verdichtungsverhältnis ε möglich, den Pumpenverlust durch Vermindern des effektiven Verdichtungsverhältnisses ε' mittels der Steuerung des Einlassventil-Schließzeitpunktes (IVC) für eine verbesserte Kraftstoffökonomie zu reduzieren. Im Wesentlichen ist die Zündzeitpunktsteuerung einer so genannten Ventilbetriebssteuerung, die eine veränderbare Einlassventil-Arbeitswinkelsteuerung und eine veränderbare Phasensteuerung enthält, in der Steuerungsreaktion zum Vermeiden des Klopfens überlegen. Die Ventilbetriebssteuerung ist der veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Steuerung in der Steuerungsreaktion zum Vermeiden des Klopfens überlegen. Bei einer besonderen Bedingung, wo eine vergleichsweise hohe Klopfvermeidungs-Steuerungsreaktion erforderlich ist, z. B. während einer schnellen Beschleunigung, ist es wünschenswert, die IVC-Steuerung, die eine relativ hohe Steuerreaktion mit der anderen Steuerung hat, richtig zu kombinieren. In dem Fall, dass ein hohes Motorausgangsdrehmoment erforderlich ist, muss die Menge der Einlassluft erhöht werden. Die erhöhte Menge der Einlassluft ist jedoch nicht immer in Einklang mit einem Abfall des effektiven Verdichtungsverhältnisses ε' zu bringen. Die IVC-Steuerung muss in Abhängigkeit der Motor-/Fahrzeugbedingungen von dem Gesichtspunkt der gegenseitigen Abhängigkeit des Vermeidens des Klopfens bei einer verbesserten Kraftstoffökonomie und einer verbesserten Antriebsfähigkeit angemessen verwendet werden.
  • Die JP 10009005 zeigt ein Verbrennungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine mit Zündkerzenzündung, das aufweist: eine veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung, die ein Verdichtungsverhältnis des Motors verändert; Sensoren, die die Motordrehzahl und die Motorbelastung durch die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Drosselöffnung indirekt erfassen; zumindest eine von einer veränderbaren Hub- oder Arbeitswinkel-Steuervorrichtung, die gleichzeitig einen Ventilhub eines Einlassventiles des Motors und einen Arbeitswinkel des Einlassventiles kontinuierlich verändert, oder eine veränderbare Phasensteuerungsvorrichtung, die eine Winkelphase bei einem Zentralwinkel verändert, der einem maximalen Ventilhubpunkt des Einlassventiles entspricht; und eine Steuereinheit, elektronisch mit diesen Vorrichtungen und mit den Sensoren für das Steuern der veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung verbunden, und die veränderbare Hub- oder Arbeitswinkel-Steuervorrichtung und die veränderbaren Phasensteuerungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorbelastung.
  • Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verbrennungssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Zündkerzenzündung mit einer veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung und zumindest eine von einer veränderbaren Ventilhub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung oder einer veränderbaren Phasensteuerungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, ein Verdichtungsverhältnis und die Betriebsbedingungen eines Einlassventil in Abhängigkeit von den Motor-/Fahrzeug-Betriebsdingungen optimal festzulegen, und eine Mehrzahl von Erfordernissen auszugleichen, d. h., die Klopfvermeidung, die verbesserte Kraftstoffökonomie und die verbesserte Antriebsfähigkeit mittels der integrierten Steuerung auf der Grundlage eines Betriebsmodus, der ausgewählt wird aus einem veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Steuermodus (oder einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis-Steuermodus), einem veränderbaren Einlassventil-Arbeitswinkelsteuermodus oder einem veränderbaren Einlassventil-Phasensteuermodus, wenn das Klopfen in dem Motor auftritt.
  • Das vorerwähnte Ziel wird entsprechend der vorliegenden Erfindung durch ein Verbrennungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine mit Zündfunkenzündung, die die Merkmale von Anspruch 1 hat, erreicht.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen angezeigt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung ausführlich mittels eines Beispieles und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
  • 1 ist ein Teil-Systemdiagramm, das eine veränderbare Ventilbetätigungsvorrichtung darstellt, die in ein integriertes Verbrennungssteuersystem des Ausführungsbeispieles einbezogen ist.
  • 2 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein wesentliches Teil einer veränderbaren Einlassventil-Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung des integrierten Verbrennungssteuersystems, gezeigt in 1, darstellt.
  • 3 zeigt Hub- und Arbeitswinkel-Merkmalskurven, gegeben durch die veränderbare Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung des integrierten Verbrennungssteuersystems des Ausführungsbeispieles.
  • 4 zeigt Phasenveränderungs-Merkmalskurven für eine Phase des Arbeitswinkels, der eine Winkelphase an dem maximalen Ventilhubpunkt bedeutet, oft als „Zentralwinkel ϕ'' bezeichnet, gegeben durch die veränderbare Phasensteuerungsvorrichtung des integrierten Verbrennungssteuersystems des Ausführungsbeispieles.
  • 5 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung zeigt, die in das integrierte Verbrennungssteuersystem des Ausführungsbeispiels einbezogen ist.
  • 6 ist ein Gesamtsystem-Blockdiagramm, das das integrierte Verbrennungssteuersystem des Ausführungsbeispiels zeigt.
  • 7 zeigt Merkmalskurven für das Verdichtungsverhältnis ε, das durch die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen veränderbar gesteuert wird.
  • 8 ist eine beispielhafte Ansicht, die den Betrieb des Einlassventiles zeigt, mit anderen Worten, einen Einlassventil-Öffnungszeitpunkt (IVO) und einen Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) unter verschiedenen Motor-/Fahrzeug-Betriebsdingungen, d. h., während des Leerlaufs, bei Teillast, während der Beschleunigung, bei vollständiger Drosselung und niedriger Drehzahl und bei vollständiger Drosselung und hoher Drehzahl.
  • Die 9A9D zeigen jeweils eine Veränderung in einem Klopfsensor-Signalwert, eine Veränderung in dem Verdichtungsverhältnis ε, eine Charakteristik für die Folge-Klopfsteuerung für einen Zündzeitpunkt IA und eine Charakteristik für die für die IVC-Steuerung in Anwesenheit des Klopfens während der vollständigen Drosselung.
  • Die 10A10E zeigen jeweils eine Veränderung in einem Klopfsensor-Signalwert, einen Veränderung im Verdichtungsverhältnis ε, eine Charakteristik für die Folge-Klopfsteuerung für den Zündzeitpunkt IA, eine Veränderung in dem Einlassrohrvakuum V und eine Veränderung in dem Einlassventil-Zentralwinkel ϕ, in Anwesenheit des Klopfens, wenn eine Ventilüberlappung O/L ihren vorbestimmten Grenzwert während eines Beschleunigungszustandes überschreitet.
  • Die 11A11E zeigen jeweils eine Veränderung in einem Klopfsensor-Signalwert, eine Veränderung in dem Verdichtungsverhältnis ε, eine Charakteristik für die Folge-Klopfsteuerung für den für den Zündzeitpunkt IA, eine Veränderung in dem Einlassrohrvakuum V und eine Veränderung in dem Einlassventil-Zentralwinkel ϕ, in Anwesenheit des Klopfens, wenn eine Ventilüberlappung O/L unter dem vorbestimmten Grenzwert während des Beschleunigungszustandes ist.
  • Die 12A12E zeigen jeweils eine Veränderung in einem Klopfsensor-Signalwert, einen Veränderung im Verdichtungsverhältnis ε, eine Charakteristik für die Folge-Klopfsteuerung für den Zündzeitpunkt IA, eine Veränderung in dem Einlassrohrvakuum V und eine Charakteristik für die IVC-Steuerung in Anwesenheit des Klopfens, wenn das Einlassrohrvakuum unter seinem vorbestimmten Wert während einer Teillast-Bedingung ist.
  • Die 13A13E zeigen jeweils eine Veränderung in einem Klopfsensor-Signalwert, einen Veränderung im Verdichtungsverhältnis ε, eine Charakteristik für die Folge-Klopfsteuerung für den Zündzeitpunkt IA, eine Veränderung in dem Einlassrohrvakuum V und eine Charakteristik für die IVC-Steuerung in Anwesenheit des Klopfens, wenn das Einlassrohrvakuum den vorbestimmten Wert während der Teillast-Bedingung überschreitet.
  • 14 ist ein Ablaufdiagramm, das einen integrierten Verbrennungssteuerungsablauf darstellt, durch den die Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung, das veränderbare Steuerung des Verdichtungsverhältnisses ε (die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Steuerung), Steuerung des veränderbaren Hub- und Einlassventil-Arbeitswinkels θ und die Steuerung des veränderbaren Einlassventil-Zentralwinkels ϕ (veränderbare Einlassventil-Phasensteuerungsvorrichtung) wahlweise ausgeführt werden.
  • Nunmehr in Bezug auf die Zeichnungen, insbesondere auf die 1 und 6, hat das integrierte Verbrennungssteuerungssystem drei unterschiedliche Steuerungsvorrichtungen, nämlich eine veränderbare Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1, eine veränderbare Phasensteuerungsvorrichtung 2 und eine veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24. Wie bestens in der 1 gesehen, funktioniert die veränderbare Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1 um sowohl einen Ventilhub, als auch einen Arbeitswinkel θ eines Einlassventiles 4 in Abhängigkeit der Motor-/Fahrzeug-Betriebsdingungen zu verändern (zu erhöhen oder zu vermindern). Die veränderbare Phasensteuerungsvorrichtung 2 funktioniert, um die Winkelphase an dem maximalen Ventilhubpunkt (an dem Zentralwinkel ϕ) zu verändern.
  • Nunmehr in Bezug auf die 2 ist der grundlegende Aufbau des wesentlichsten Teiles der veränderbaren Einlassventil-Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1 gezeigt. Der grundlegende Aufbau der veränderbaren Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1 wird nachstehend kurz in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
  • Die veränderbaren Einlassventil-Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1 besteht aus einer zylindrisch-hohlen Antriebswelle 6, drehbar gelagert durch einen Nockenhalter 5, angeordnet an dem oberen Abschnitt eines Zylinderkopfs 3, einem ersten exzentrischen Nocken 7, fest mit der Antriebswelle 6 mittels Presspassens verbunden, einer Steuerwelle 8, die durch den Nockenhalter 5 oberhalb der Antriebswelle drehbar gelagert und parallel zu der Antriebswelle ist und einen zweiten exzentrischen Nocken 9 hat, einen Kipphebelarm 10, oszillierend oder kippbar auf dem zweiten exzentrischen Arm 9 gelagert, und einen kippbaren Nocken 12, der im Anlageeingriff mit einem Ventilheber 11 des Einlassventiles 4 ist. Der erste exzentrische Nocken 4 und der Kipphebelarm 10 sind miteinander mechanisch durch einen Verbindungsarm 13 verbunden, der sich relativ zu dem ersten exzentrischen Nocken 7 dreht. Andererseits sind der Kipphebelarm 10 und der kippbare Nocken 12 miteinander durch ein Verbindungsteil 14 verbunden, so das die oszillierende Bewegung des Kipphebelarms 10 durch den Verbindungsarm 13 erzeugt wird. Wie noch später beschrieben wird, wird die Antriebswelle 6 durch eine Motor-Kurbelwelle 29 über eine Steuerkette oder einen Steuerriemen angetrieben. Der erste exzentrische Nocken 7 ist in der Form zylindrisch. Die Mittelachse der zylindrischen äußeren Umfangsoberfläche des ersten exzentrischen Nockens 7 ist zu der Achse der Antriebswelle 6 um eine vorbestimmte Exzentrizität exzentrisch. Ein im Wesentlichen ringförmiger Abschnitt 13a des Verbindungsarms 13 ist auf der zylindrischen äußeren Umfangsoberfläche des ersten exzentrischen Nockens 7 drehbar eingesetzt. Der Kipphebelarm 10 ist oszillierend an seinem im Wesentlichen zentralen Abschnitt durch den zweiten exzentrischen Nocken 9 der Steuerwelle gelagert. Ein vorspringender Abschnitt 13b des Verbindungsarms 13 ist mit einem Ende (dem linken Ende in der 2) des Kipphebelarms 10 verbunden. Das obere Ende des Verbindungsteiles 14 ist mit dem anderen Ende (dem rechten Ende in der 2) des Kipphebelarms 10 verbunden. Die Achse des zweiten exzentrischen Nockens 9 ist zu der Achse der Steuerwelle 8 exzentrisch und somit kann die Mitte der oszillierenden Bewegung des Kipphebelarms 10 durch Verändern der Winkelposition der Steuerwelle 8 verändert werden. Der kippbare Nocken 12 ist auf dem Außenumfang der Antriebswelle 6 drehbar eingesetzt. Der rechte Endabschnitt 12a des kippbaren Nockens 12 ist mit dem Verbindungsteil 14 mittels eines Schwenkstiftes verbunden. Der kippbare Nocken 12 ist an seiner unteren Oberfläche gebildet mit einem Grundkreis-Oberflächenabschnitt 15a, der zu der Antriebswelle 6 konzentrisch ist, und einem moderat-gekrümmten Nockenoberflächenabschnitt 15b, der mit dem Grundkreis-Oberflächenabschnitt 15a fortlaufend ist und der sich in die Richtung des rechten Endabschnittes 12a des kippbaren Nockens 12 erstreckt. Der Grundkreis-Oberflächenabschnitt 15a und der Nockenoberflächenabschnitt 15b des kippbaren Nockens 12 sind bestimmt, um in anliegenden Kontakt (Gleitkontakt) mit einem bestimmten Punkt oder einer bestimmten Position der oberen Oberfläche des zugehörigen Einlassventil-Hebers 11 in Abhängigkeit von einer Winkelposition des kippbaren Nockens 12, der hin- und her-schwingt, gebracht zu werden. D. h., der Grundkreis-Oberflächenabschnitt 15a funktioniert als ein Grundkreis-Abschnitt, innerhalb dessen ein Ventilhub Null ist. Ein vorbestimmter Winkelbereich des Nockenoberflächenabschnittes 15b, der mit dem Grundkreis-Oberflächenabschnitt 15a fortlaufend ist, funktioniert als ein Neigungsabschnitt. Ein vorbestimmter Winkelbereich eines Nockennasenabschnittes des Nockenoberflächenabschnittes 15b, der mit dem Neigungsabschnitt fortlaufend ist, funktioniert als ein Hebeabschnitt. Wieder zurück zu der 1 wird die Steuerwelle 8 der veränderbaren Einlassventil-Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches mittels eines Hebe- oder hydraulischen Arbeitswinkel-Steuerbetätigers 16 angetrieben. Ein auf den hydraulischen Betätiger angewandter gesteuerter Druck wird mittels eines ersten hydraulischen Steuermoduls (eines hydraulischem Hebe- und Arbeitswinkel-Steuermodulators) 18 reguliert oder angepasst, das auf ein Steuersignal aus einer elektronischen Motorsteuereinheit (ECU) 17 ansprechbar ist. Der hydraulische Betätiger 16 ist so ausgestattet, dass die Winkelposition der Ausgangswelle des hydraulischen Betätigers 16 in die Richtung gedrängt und an einer Anfangs-Winkelposition durch eine Rückhol-Federeinrichtung, wenn das erste hydraulische Steuermodul 18 nicht erregt wird, gehalten wird. In dem Zustand, in dem der hydraulische Betätiger 16 in der Anfangs-Winkelposition gehalten wird, wird das Einlassventil mit dem reduzierten Ventilhub und dem reduzierten Arbeitswinkel betätigt. Die veränderbare Hebe- und Arbeitswinkelsteuervorrichtung 1 arbeitet wie folgt.
  • Während der Drehung der Antriebswelle 6 bewegt sich ein Verbindungsarm 13 nach oben oder nach unten durch den Vorteil der Nockenwirkung des ersten exzentrischen Nockens 7. Die Auf-und-ab Bewegung des Verbindungsarmes 13 verursacht die oszillierende Bewegung des Kipphebelarms 10. Die oszillierende Bewegung des Kipphebelarms 10 wird über das Verbindungsteil 14 zu dem kippbaren Nocken 12 übertragen und somit oszilliert der kippbare Nocken 12. Durch den Vorteil der Nockenwirkung des kippbaren Nockens 12, der oszilliert, wird der Einlassventil-Heber 11 gedrückt und demzufolge hebt das Einlassventil 4 an. Falls die Winkelposition der Steuerwelle 8 durch den hydraulischen Betätiger 16 verändert wird, verändert sich eine Anfangsposition des Kipphebelarms 10 und als ein Ergebnis einer Anfangsposition (oder ein Startpunkt) der oszillierenden Bewegung des kippbaren Nockens 12. In der Annahme, dass die Winkelposition des zweiten exzentrischen Nockens 9 von der ersten Winkelposition (gezeigt in der 2) verschoben wird, dass die Achse des zweiten exzentrischen Nockens 9 un mittelbar unter der Achse der Steuerwelle 8 in einer zweiten Winkelposition ist, dass die Achse des zweiten exzentrischen Nockens 9 unmittelbar über der Achse der Steuerwelle 8 ist, verschiebt sich als ein ganzes der Kipphebelarm 10 nach oben. Als ein Ergebnis wird der rechte Endabschnitt 12a des kippbaren Nockens 12 relativ nach oben gezogen. D. h., die Anfangsposition (der Startpunkt) des kippbaren Nockens 12 wird verlagert oder verschoben, so dass der kippbare Nocken 12 selbst in eine Richtung geneigt wird, dass sich der Nockenoberflächenabschnittes 15b des kippbaren Nockens 12 von dem Einlassventil-Heber 11 wegbewegt. Mit dem nach oben verschobenen Kipphebelarm 10 wird, wenn der kippbare Nocken 12 während der Drehung der Antriebswelle 6 oszilliert, der Grundkreis-Oberflächenabschnitt 15a für einen vergleichsweise langen Zeitraum in Kontakt mit dem Einlassventil-Heber 11 gehalten. Mit anderen Worten, ein Zeitraum, innerhalb dessen der Nockenoberflächenabschnittes 15b in Kontakt mit dem Einlassventil-Heber 11 gehalten wird, wird kurz. Als eine Konsequenz wird ein Ventilhub klein.
  • Zusätzlich wird ein angehobener Zeitraum (d. h., ein Arbeitswinkel θ) von dem Einlassventil-Öffnungszeitpunkt (IVO) zu dem Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) reduziert.
  • Wenn umgekehrt die Winkelposition des zweiten exzentrischen Nockens 9 von der zweiten Winkelposition verschoben wird, dass die Achse des zweiten exzentrischen Nockens 9 unmittelbar über der Achse der Steuerwelle 8 zu der ersten Winkelposition angeordnet ist, dass die Achse des zweiten exzentrischen Nockens 9 unmittelbar unter der Achse der Steuerwelle 9 angeordnet ist, verschiebt sich der Kipphebelarm 10 als ein Ganzes nach unten. Als ein Ergebnis wird der rechte Endabschnitt 12a des kippbaren Nockens 12 relativ nach unten gedrückt. D. h., die Anfangsposition (der Startpunkt) des kippbaren Nockens 12 wird verlagert oder verschoben, so dass der kippbare Nocken selbst in eine Richtung geneigt wird, dass sich der Nockenoberflächenabschnittes 15b des kippbaren Nockens 12 in die Richtung zu dem Einlassventil-Heber 11 bewegt. Mit dem nach unten verschobenen Kipphebelarm 10, wenn der kippbare Nocken 12 während der Drehung der Antriebswelle 6 oszilliert, ist ein Abschnitt, der mit dem Einlassventil-Heber 11 in Kontakt gebracht ist, etwas von dem Grundkreis-Oberflächenabschnitt 15a zu der Nockenoberflächenabschnittes 15b verschoben. Als eine Konsequenz wird ein Ventilhub groß. Zusätzlich wird ein angehobener Zeitraum (d. h., ein Arbeitswinkel θ) von dem Einlassventil-Öffnungszeitpunkt (IVO) zu dem Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) verlängert. Der Winkelabschnitt des zweiten exzentrischen Nockens 9 kann innerhalb der Grenzen mittels des hydraulischen Betätigers 16 fortgesetzt verändert werden, und somit können die Ventilhub-Charakteristika (Ventilhub und der Arbeitswinkel) auch fortlaufend, wie in 3 gezeigt, verändert werden. Wie aus den Ventilhub-Charakteris tika von 3 gesehen werden kann, kann die veränderbare Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1 sowohl den Ventilhub, als auch den Arbeitswinkel kontinuierlich gleichzeitig vergrößern oder verkleinern. Wie eindeutig aus der 3 gesehen werden kann, verändern sich die veränderbare Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1, zugehörig dem integrierten Verbrennungs-Steuersystem des Ausführungsbeispiels, in Übereinstimmung mit einer Veränderung im Ventilhub und einer Veränderung im Arbeitswinkel θ, dem Einlassventil-Öffnungszeitpunkt (IVO), dem Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) symmetrisch miteinander. Details solch einer veränderbaren Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung werden z. B. fortgesetzt in dem U. S. Pat. No. 5,988,125 (entsprechend der Japanese Patent Provisional Publication No. 11-107725), ausgegeben am 23 November 199 von Seinosuke HARA et al., deren Lehre hierdurch in Bezug eingeschlossen wird.
  • Zurückkehrend zu der 1 ist eine veränderbare Phasensteuerungsvorrichtung 2 aus einem Kettenrad 19 und einem hydraulischen Phasen-Steuerungsbetätiger 20 gebildet. Das Kettenrad 19 ist an dem vorderen Ende der Antriebswelle 6 vorgesehen. Der hydraulische Phasen-Steuerungsbetätiger 20 ist vorgesehen, um der Antriebswelle 6 zu ermöglichen, sich relativ zu dem Kettenrad 19 innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereiches zu drehen. Das Kettenrad 19 hat eine angetriebene Verbindung mit der Motorkurbelwelle durch eine Steuerkette (nicht gezeigt) oder einem Steuerriemen (nicht gezeigt). Ein gesteuerter Druck, der auf den hydraulischen Phasen-Steuerungsbetätiger 20 angewandt wird, wird mittels des zweiten hydraulischen Steuermodules 21 (einem hydraulischen Phasen-Steuerungsmodulator) reguliert oder angepasst, der auf ein Steuersignal von der ECU 17 reagierend ist. Die relative Drehung der Antriebswelle 6 zum Kettenrad 19 in einer Drehrichtung resultiert in eine Phasenvorverschiebung bei dem maximalen Einlassventil-Hubpunkt (bei dem Zentralwinkel ϕ). Die relative Drehung der Antriebswelle 6 zu dem Kettenrad 19 in die entgegengesetzte Drehrichtung führt zu einer Phasenverzögerung bei dem maximalen Einlassventil-Hubpunkt. Wie aus den Phasenveränderungs-Merkmalskurven, gezeigt in der 4, eingeschätzt werden kann, wird nur die Phase des Arbeitswinkels (d. h., die Winkelphase bei dem Zentralwinkel ϕ) vorverschoben (siehe die Merkmalskurve eines Zentralwinkels ϕ1 der 4), oder verzögert (siehe die Merkmalskurve eines Zentralwinkels ϕ2 der 4), bei keiner Hubveränderung und keiner Arbeitswinkelveränderung. Die relative Winkelposition der Antriebswelle 6 kann zu dem Kettenrad 19 kontinuierlich innerhalb der Grenzen mittels des hydraulischen Betätigers 20 und somit auch die Winkelphase bei dem Zentralwinkel ϕ kontinuierlich verändert werden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird jeder der Steuerungsbetätiger 16 und 20 hydraulisch gesteuert.
  • Alternativ kann jeder von einem Hub- und Arbeitswinkel-Steuerbetätiger oder von einem Phasen-Steuerbetätiger durch einen elektromagnetisch gesteuerten Betätiger aufgebaut sein. Sn Stelle dessen werden für eine veränderbare Hub- und Arbeitswinkel-Steuerung und eine veränderbare Phasensteuerung ein erster Sensor, der einen Ventilhub und einen Arbeitswinkel θ erfasst, und ein zweiter Sensor, der eine Winkelphase an dem Zentralwinkel ϕ erfasst, addiert und die veränderbare Phasen-Steuervorrichtung 2 kann jeweils auf der Grundlage von den Signalen von den ersten und zweiten Sensoren in einer „geschlossene Schleife"-Modus zurückgekoppelt gesteuert werden. Alternativ können die veränderbare Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1 und die veränderbare Phasen-Steuervorrichtung 2 sicher vorwärtsgekoppelt in Abhängigkeit von der Motor-/Betriebs-Bedingung in einem „offene Schleife"-Modus gesteuert werden.
  • Nunmehr wird in Bezug auf die 5 eine veränderbarere Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24, verbunden in dem integrierten Verbrennungs-Steuersystem des Ausführungsbeispieles, gezeigt. Die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung ist aus einer Kolben-Kurbelvorrichtung vom mehrfach-Verbindungs-Typ oder einer veränderbaren Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung vom mehrfach-Verbindungs-Typ gebildet. Eine Verbindung von der veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24 (Kolben-Kurbelvorrichtung vom mehrfach-Verbindungs-Typ) besteht aus drei Verbindungen, nämlich einer oberen Verbindung 27, einer unteren Verbindung 31 und einer Steuerverbindung 34. Ein Ende der oberen Verbindung 27 ist über einen Kolbenbolzen 26 mit dem hin- und hergehenden Kolben 25 verbunden. Die untere Verbindung 31 ist mit dem anderen Ende der oberen Verbindung über einen oberen Verbindungsbolzen 28 oszillierend verbunden oder gekoppelt. Die untere Verbindung 31 ist auch mit einem Kurbelbolzen 30 der Motorkurbelwelle 29 verbunden. Es ist auch eine Steuerwelle 32 vorgesehen, die sich im Wesentlichen parallel zu der Kurbelwelle 29 erstreckt. Die Steuerwelle 34 ist an einem Ende mit der Steuerwelle 32 oszillierend verbunden. Die Steuerverbindung 34 ist an dem anderen ende mit der unteren Verbindung 31 über einen Steuerverbindungsbolzen 33 oszillierend verbunden, um so den Freiheitsgrad der unteren Verbindung zu begrenzen. Die Steuerwelle 32 ist mit einer Mehrzahl von Bolzenlagern 40 gebildet, wobei jedes davon für jeden Motorzylinder gebildet und durch ein Lager (nicht gezeigt) vorgesehen an dem unteren Ende der Steuerverbindung 34 drehbar gelagert ist. Eine Drehmitte P1 von jedem der Bolzenlager 40 ist zu einer Drehmitte P2 der Steuerwelle 32 durch eine vorbestimmte Exzentrizität exzentrisch. Die Drehmitte P1 der Bolzenlager dient als eine Mitte der oszillierenden Bewegung der Steuerverbindung 34, die um die Drehmitte P2 der Steuerwelle 32 oszilliert. Wie aus dem Querschnitt der 5 klar erkannt werden kann, verändert sich die Mitte P1 der oszillierenden Bewegung der Steuerverbindung 34 infolge der Drehbewegung der Steuerwelle 32. Als ein Ergebnis kann zumindest eine von der TDC-Position oder von der BDC-Position verändert werden und folglich kann die Kolben-Hubcharakteristik verändert werden. D. h., es ist möglich das Verdichtungsverhältnis ε, definiert als ein Verhältnis (V1 + V2)/V1 des Gesamtvolumens (V1 + V2), erhöht oder vermindert werden, das innerhalb des Motorzylinders und der Brennkammer mit dem Kolben bei dem BDC zu dem Abstands-Raumvolumen (V1) mit dem Kolben bei dem TDC durch Verändern der Mitte P1 der oszillierenden Bewegung der Steuerverbindung 34 gebildet wird. Mit anderen Worten, durch das Verändern oder durch das Verschieben der Mitte der oszillierenden Bewegung der Steuerverbindung 34 verändert sich die Lage der unteren Verbindung 31, um somit zumindest eine von der TDC-Position oder von der BDC-Position des hin- und hergehenden Kolbens zu verändern und demzufolge das Verdichtungsverhältnis ε des Motors zu verändern. Die vorher erwähnte Steuerwelle 32 wird mittels eines elektronisch gesteuerten Kolben-Hubcharakteristik-Steuerbetätiger 37 angetrieben. Wie in der 6 gesehen ist ein Schneckengetriebe 35 mit der Ausgangswelle des Betätigers 37 (einer Antriebsquelle) verbunden, während ein Schneckengetriebe 36 mit der Steuerwelle 32 fest verbunden ist, so dass das Schneckengetriebe in Bezug auf die Achse der Steuerwelle 32 koaxial angeordnet ist. Der Betätiger 37 wird in Abhängigkeit zu einem Steuersignal von der ECU 17, in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen gesteuert, und somit kann die Mitte der oszillierenden Bewegung der Steuerverbindung 34 verändert werden. An Stelle dessen wird für die die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Steuerung ein Kolbenhubsensor, der einen Kolbenhub des hin- und hergehenden Kolbens 25 erfasst, hinzugefügt und die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24 kann auf der Grundlage eines Signals von dem Kolbenhubsensor in einem „geschlossenen-Schleife"-Modus gesteuert werden. Alternativ kann die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24 in Abhängigkeit von den Motor-/Fahrzeug-Betriebsbedingungen in einem „offene Schleife"-Modus sicher vorwärtsgekoppelt gesteuert werden.
  • Nunmehr ist in Bezug auf die 6 ein System-Blockdiagramm des integrierten Verbrennungssteuersystems des Ausführungsbeispiels gezeigt. Wie aus dem Systemblockdiagramm der 6 klar erkannt werden kann, ist in dem integrierten Verbrennungssteuersystem des Ausführungsbeispiels die veränderbare Ventilöffnungsvorrichtung der Einlassventil-Seite, d. h., die veränderbare Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1 plus die veränderbare Phasen-Steuervorrichtung 2 (siehe 1) mit der veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24 (siehe 5) kombiniert. In der 6 ist ein Bauteil, bezeichnet durch das Bezugszeichen 38, ein Explosionssensor oder Klopfsensor 38, der in dem Motor montiert ist, um das Klopfen des Zylinders (oder die Intensität der Explosion oder das Brennkammerklopfen) bei seiner Anordnung zu erfassen, die oft in den Kühlmantel oder in den Zylinderblock verschraubt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Klopfsensor 38 in den Zylinderblock verschraubt. Ein Sensorsignal von dem Klopfsensor 38 zu einem Eingabe-Schnittstellenschaltkreis der ECU 17 gesendet. In dem System des Ausführungsbeispieles wird die Motordrehzahl mittels des Kurbelwinkelsensors oder eines Kurbelpositionssensors erfasst, während die Motorbelastung mittels eines Drosselöffnungssensors erfasst wird, der eine Drosselöffnung eines Drosselventils erfasst. Die elektronische Motorsteuereinheit ECU 17 weist im Wesentlichen einen Mikrorechner auf. Die ECU 17 enthält eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle (I/O), Speicher/RAM, ROM) und einen Mikrorechner oder eine Zentralrechnereinheit (CPU). Die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle (I/O) der ECU 17 empfängt eine Eingabeinformation von verschiedenen Motor-/Fahrzeugsensoren 41, nämlich dem Kurbelwinkelsensor (Motor-Drehzahlsensor), dem Drosselöffnungssensor (Motor-Belastungssensor) dem Klopfsensor 38, einem Auslass-Temperatursensor, einem Motor-Vakuumsensor, einem >Motor-Temperatursensor, einem Motoröl-Temperatursensor, einem Beschleunigungsöffnungs-Sensor und dergleichen. Obwohl das System des Ausführungsbeispieles die Drosselöffnung als die Motorbelastung anzeigende Daten verwendet, können an Stelle dessen der Unterdruck in einem Einlassrohr- oder Einlassverteiler-Vakuum oder eine Menge der Einlassluft oder eine Menge der Kraftstoffeinspritzung als Motorbelastungsparameter verwendet werden. Innerhalb der ECU 17 gestattet die Zentralrechnereinheit (CPU). Zentralrechnereinheit (CPU).e I/O-Schnittstelle der Eingangsinformations-Datensignale von der zuvor erwähnten Motor-Fahrzeug-Sensoren. Die CPU der ECU 17 ist für das Ausführen des integrierten Motor-Verbrennungssteuerprogramms bezogen auf die Klopfvermeidungssteuerung, die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Steuerung (die veränderbare Steuerung des Verdichtungsverhältnisses ε), die veränderbare Steuerung des Einlassventil-Arbeitswinkels θ und der veränderbaren Steuerung des Einlassventil-Zentralwinkels ϕ die veränderbare Einlassventil-Phasensteuerung), die in den Speichern gespeichert sind, verantwortlich, und ist in der Lage, die in der 14 gezeigten notwendigen und logischen Vorgänge auszuführen. Die Computer-berechneten Ergebnisse (die arithmetisch berechneten Ergebnisse), d. h., die berechneten Ausgangssignale (die Antriebsströme) werden über den Ausgabe Schnittstellenschaltkreis der ECU zu den Ausgangsstufen, nämlich einem elektronischen Zündzeitpunkt-Steuersystem (einem Zündzeitpunkt-Vorverschieber) 39, den elektromagnetischen Magnetspulen, die Bauteile der ersten und zweiten hydraulischen Steuermodule 18 und 21 bilden, und einem elektronisch gesteuerten Kolben-Hubcharakteristik-Steuerbetätiger 37, weitergegeben.
  • Nunmehr sind in Bezug auf die 7 gezeigt die Merkmalskurven für das Verdichtungsverhältnis ε, veränderbar gesteuert mittels der veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24 in Abhängigkeit von den Motor-/Betriebs-Bedingungen (z. B. der Motorbelastung und der Motordrehzahl) der Brennkraftmaschine mit Zündkerzenzündung, die die veränderbare Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1, die veränderbare Phasen-Steuerungsvorrichtung 2 und die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24, miteinander kombiniert verwendet. Wie aus den Merkmalskurven der 7 gesehen werden kann, kann die Steuercharakteristik des Verdichtungsverhältnisses ε nur durch eine Veränderung in dem vollen Volumen (V1 + V2), das innerhalb des Motorzylinders und der Brennkammer mit dem Kolben bei BDC vorhanden ist, dessen Volumenveränderung infolge der Veränderung in der Kolben-Hubcharakteristik, gesteuert oder bestimmt durch die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24, auftritt, festgestellt werden. Andererseits wird das effektive Verdichtungsverhältnis ε', bestimmt als ein Verhältnis des effektiven Zylindervolumens, das dem maximalen Arbeitsmedium-Volumen zu dem effektiven Abstandsvolumen, das dem minimalen Arbeitsmedium-Volumen entspricht, durch den Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) bestimmt, was von den Motor-Betriebs-Bedingungen abhängt, d. h., bei Leerlauf, bei Teillast, deren Zustand oft auf „R/L (Strasse/Belastung)" abgekürzt wird, was im Wesentlichen einer ¼ Drosselöffnung entspricht, während der Beschleunigung, bei voller Drosselung und niedriger Drehzahl und bei [TEXT FEHLT] ➀ und in einem Teillastzustand ➁ jeder von dem Ventilhub- und von dem Arbeitswinkel θ des Einlassventiles gesteuert, um vergleichsweise klein zu sein. Andererseits ist der Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) Phasen-vorverschoben auf einen beträchtlich früheren Punkt vor dem unteren Totpunkt (BBDC), Infolge dessen, dass der IVC beträchtlich vorverschoben ist, ist es möglich, den Pumpenverlust beträchtlich zu reduzieren. Zu dieser Zeit tendiert in der Annahme, dass das Verdichtungsverhältnis ε konstant gehalten wird, das effektive Verdichtungsverhältnis ε' sich zu reduzieren. Das reduzierte effektive Verdichtungsverhältnis verschlechtert die Verbrennungsqualität des Luft-Kraftstoff-Gemischs in dem Motorzylinder. Demzufolge wird in solch einem niedrigen Motor-Belastungsbereich (in einem kleinen Motor-Drehmomentbereich), z. B. während der Leerlaufbedingung ➀ und während der Teillast-Bedingung ➁, wie aus den Motor. Betriebsbedingungen (Motor-Drehzahl und -Belastung) versus Verdichtungsverhältnis-Merkmalskurven der 7, das Verdichtungsverhältnis ε auf ein höheres Verdichtungsverhältnis festgelegt oder eingestellt.
  • Während der Beschleunigungsbedingung ➂ wird, um die Ladeeffektivität der Einlassluft zu verstärken, der Ventilhub des Einlassventiles 4 auf einen vergleichsweise großen Wert gesteuert, und der Ventilüberlappungszeitraum wird ebenso erhöht. Wenn mit der Leerlaufbedingung ➀ und der Teillast-Bedingung ➁ verglichen wird, ist die Beschleunigungsbedingung ➂ zu dem BDC näher, aber auf einen früheren Punkt vor dem BDC etwas Phasen-vorverschoben. Während der Beschleunigungsbedingung ➂ wird selbstverständlich die Drosselöffnung im Vergleich mit den zwei Motorbetriebsbedingungen ➀ ➁ erhöht. Andererseits wird das Verdichtungsverhältnis auf ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis als die Teillast-Bedingung ➁ festgelegt oder eingestellt. Das immer weniger kompensierte Verdichtungsverhältnis ist notwendig, um das Auftreten des Verbrennungsklopfens in dem Motor zu verhindern.
  • Während der Voll-Drosselung und der Niedrig-Drehzahl-Bedingung ➃ oder unter der Voll-Drosselung und der Hoch-Drehzahl-Bedingung ➄ wird, um eine maximale Einlassluftmenge zu erzeugen, das effektive Verdichtungsverhältnis ε' auf ein höheres Verdichtungsverhältnis als die oben beschriebenen drei Motorbetriebsbedingungen ➀, ➁ und ➂ gesteuert. Aus diesem Grund wird während der Voll-Drosselungs- und Niedrig-Drehzahlbedingung das Verdichtungsverhältnis ε, festgestellt durch das gesteuerte Kolbenhubmerkmal, auf ein niedriges Verdichtungsverhältnis, im Wesentlichen identisch zu dem eines herkömmlich feststehenden Verdichtungsverhältnis einer Brennkraftmaschine festgelegt. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen wird während der Voll-Drosselungs- und Hoch-Drehzahlbedingung die Verbrennung abgeschlossen, bevor sich eine chemische Reaktion für Peroxide (einer der Faktoren, die das Verbrennungsklopfen beeinflussen) entwickelt, und somit wird das Verdichtungsverhältnis ε, festgestellt durch das gesteuerte Kolbenhubmerkmal, auf ein höheres Verdichtungsverhältnis, als dass während der Voll-Drosselungs- und Niedrig-Drehzahlbedingung, festgelegt. Infolge des Festlegens auf ein höheres Verdichtungsverhältnis wird ein Ausdehnungsverhältnis hoch und somit wird die Auslasstemperatur auch angemessen vermindert, um dadurch den Katalysator, der in einem katalytischen Wandler verwendet wird, am unerwünschten Verschlechtern zu hindern. Zum tatsächlichen Optimieren der vorerwähnten Parameter (des Einlassventil-Hubs, des Einlassventil-Arbeitswinkels θ, des Einlassventil-Zentralwinkel ϕ, des Verdichtungsverhältnisses ε, festgestellt durch die gesteuerte Kolben-Hubcharakteristik) für die verschiedenen Motor-/Fahrzeug-Bedingungen, z. B. Motordrehzahl und Motorbelastung, werden diese Parameter (der Hub, ϕ, θ, ε) in Abhängigkeit von den vorbestimmten oder vorprogrammierten Merkmalspläne festgelegt. Andererseits wird der Zündzeitpunkt mittels des elektronischen Zündzeitpunkt-Steuersystems 39 gesteuert, das ein Signal von dem Drosselöffnungs-Sensor oder dem Beschleunige röffnungs-Sensor verwendet, um den Zündzeitpunkt für die Motorbetriebsbedingungen zu optimieren. Insbesondere wenn ein Klopfzustand erfasst wird, wird der Zündzeitpunkt mittels des Zündzeitpunkt-Steuersystems 39 verzögert.
  • Nunmehr in Bezug auf die 9A9D ist die Klopfvermeidungssteuerung gezeigt (eine einfache Klopfsteuerung), ausgeführt durch das System des Ausführungsbeispiels während der Voll-Drosselungsbedingungen ➃ und ➄. Wie in der 9A gezeigt, legt die ECU fest, dass das Verbrennungsklopfen in dem Motor auftritt, wenn ein Signal von dem Klopfsensor 38 ein vorbestimmtes Resonanzscheibenniveaus überschreitet. Während der Voll-Drosselungsbedingungen ➃ und ➄ wird der IVC auf einen vorprogrammierten Zeitpunktwert festgelegt oder gesteuert, bei dem die maximale Ladungseffektivität erhalten wird und die einem Zeitpunktwert näher zu dem BDC die der Voll-Drosselungsbedingung ➃ entspricht. Unter solch eine Bedingung gibt es eine geringere Empfindlichkeit einer Veränderung im effektiven Verdichtungsverhältnis ε' relativ zu einer Veränderung in dem Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC (d. h., eine Erhöhung oder Verminderung in dem Einlassventil-Hub, eine Ausdehnung oder Reduzierung im Arbeitswinkel des Einlassventiles 4 und einem Vorverschieben oder Zurücksetzen der Winkelphase bei dem Zentralwinkel ϕ). Unter diesen Bedingungen wird in der Annahme, dass der IVC beträchtlich verändert wird (vorverschoben), die Einlassluftmenge auch unerwünscht reduziert. Die Veränderung in dem IVC ist nicht für die Voll-Drosselungsbedingung geeignet. Aus den oben ausgeführten, in 9B gezeigten Gründen, wird entsprechend des Systems des Ausführungsbeispieles als ein Basis-Betriebsmodus das Verdichtungsverhältnis ε allmählich auf einen richtiges niedriges Verhältnis durch Verändern der Kolben-Hubcharakteristik von der Zeit verändert, wenn das vorbestimmte Scheibenniveau erhalten wird und die ECU festlegt, dass das Verbrennungsklopfen in dem Motor auftritt. Als ein Ergebnis kann das Motorausgangsdrehmoment oder die Motorleistung auf ein höheres Niveau als das gesteuert werden, das durch die Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung erhalten wird. Es gibt jedoch eine leichte Zeitverzögerung von der Zeit, wenn der Kolben-Hubcharakteristik-Steuerungsbetätiger 37 beginnt zu arbeiten, bis zu der Zeit, wenn eine tatsächliche Veränderung (ein tatsächlicher Abfall) in dem Verdichtungsverhältnis ε auftritt. Aus diesem Grund wird, um unverzüglich das Verbrennungsklopfen zu vermeiden, der Zündzeitpunkt IA mittels einer so genannten Spur-Klopfsteuerung verzögert. Es ist zu beachten, dass die Charakteristik für die Zündzeitpunkt-Spur-Klopfsteuerung der 9C im Wesentlichen umgekehrt proportional zu der für die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Steuerung der 9B ist. Andererseits wird der Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC auf einen gegebenen Zeitpunktwert nach dem BDC (siehe 9D festgelegt).
  • Nunmehr in Bezug auf die 10A10E ist die Klopfsteuerung gezeigt, die durch das System des Ausführungsbeispieles während der Beschleunigungsbedingung ➂ mit einer großen Überlappung der Auslass- und Einlasszeiträume (mit einer großen Ventilüberlappung) ausgeführt wird. Wenn der Pumpenverlust durch den Vorteil einer großen Ventilüberlappung während der Beschleunigungsbedingung während des Verwendens der internen EGR (zurückgeführtes Abgas oder Verbrennungsgas von der Auslassöffnung durch die Zylinderrückseite zu der Einlassöffnungsseite) reduziert wird, um ein Klopfen zu vermeiden, ist es effektiv, das restliche Hoch-Temperaturgas zu reduzieren. In solch einem Fall arbeitet das System des Ausführungsbeispieles, um das restliche Gas durch Phasenverzögern des Einlassventil-Zentralwinkels ϕ mittels der Phasen-Steuervorrichtung 2 von der Zeit, wenn das vorbestimmte Scheibenniveau erhalten wird und somit die ECU bestimmt, dass das Verbrennungsklopfen in dem Motor (siehe die 10A und 10E) auftritt, schnell zu reduzieren. Wie in der 10B gezeigt, wird das Verdichtungsverhältnis ε auf ein gegebenes Verdichtungsverhältnis festgesetzt. Es gibt eine kurze Zeitverzögerung von der zeit, wenn die veränderbare Phasen-Steuervorrichtung 2 beginnt zu arbeiten, bis zu der Zeit, wenn die tatsächliche Phasenveränderung im Einlassventil-Zentralwinkel ϕ auftritt. Um unverzüglich das Verbrennungsklopfen zu vermeiden, wird der Zündzeitpunkt IA mittels der Spur-Klopfsteuerung (siehe 10C) verzögert. Es ist zu beachten, dass die Charakteristik für die Zündzeitpunkt-Spur-Klopfsteuerung der 10C im Wesentlichen umgekehrt proportional zu der für die veränderbare Phasen-Steuerung der 10E ist. Andererseits tritt, wie in der 10D gezeigt, ein Abfall in dem Einlassrohr-Vakuum V zu der Zeit auf, wenn das Verbrennungsklopfen erfasst wird und danach das Einlassrohr-Vakuum moderat ansteigt.
  • Nunmehr in Bezug auf die 11A11E ist die Klopfsteuerung gezeigt, ausgeführt durch das System des Ausführungsbeispiels während der Beschleunigungsbedingung ➂ mit einer kleinen Ventilüberlappung. In derselben Weise wie der Betriebsmodus für die Voll-Drosselungsbedingungen ➃ und ➄, während der Beschleunigungsbedingung ➂ mit einer kleinen Überlappung ist es effektiv, das Verdichtungsverhältnis ε auf ein richtiges niedriges Verdichtungsverhältnis durch Verändern der Kolben-Hubcharakteristik von der Zeit zu verändern, wenn das vorbestimmte Scheibenniveau erhalten wird und die ECU bestimmt, das das Verbrennungskammerklopfen auftritt (siehe 11b). In diesem Fall wird, um die Verzögerung in dem tatsächlichen Abfallen in dem Verdichtungsverhältnis ε zu kompensieren, die vorher erwähnte Spur-Klopfsteuerung in Kombination (siehe 11C) verwendet. Wie in der 11E gezeigt, ist der Einlassventil-Zentralwinkels ϕ zu einem gegebenen Kurbelwinkel feststehend. Andererseits tritt, wie in der 11D gezeigt, ein Abfall in dem Einlassrohr-Vakuum V zu der Zeit auf, wenn das Verbrennungsklopfen erfasst wird und dann das Einlassrohr-Vakuum V moderat ansteigt.
  • Nunmehr in Bezug auf die 12A12E ist die Klopfsteuerung gezeigt, ausgeführt durch das System des Ausführungsbeispieles in der Teillast-Bedingung ➁ mit einem kleinen Einlassrohr-Vakuum. Während der Teillast-Bedingung wird der Pumpenverlust durch das Wechseln der Kolben-Hubcharakteristik reduziert. Wenn das Einlassrohr-Vakuum V unter dem vorbestimmten Wert in der Teillast-Bedingung ist, gibt es eine verminderte Tendenz für das effektive Verdichtungsverhältnis ε', um infolge einer Veränderung in dem Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC abzufallen. In solch einer Teillast-Bedingung mit einem kleinen Einlassrohr-Vakuum V ist es effektiv, das Verdichtungsverhältnis ε auf ein richtiges niedriges Verdichtungsverhältnis durch Verändern der Kolben-Hubcharakteristik von der Zeit zu reduzieren, wenn das vorbestimmte Scheibenniveau erreicht ist und die ECU bestimmt, dass das Brennkammerklopfen auftritt (siehe 12B). In diesem Fall wird, um die Verzögerung in einem tatsächlichen Abfall in dem Verdichtungsverhältnis ε zu kompensieren, die vorher erwähnte Spur-Klopfsteuerung in einer Kombination verwendet (siehe 12C). Wie in der 12D gezeigt, fällt das Einlassrohr-Vakuum V unter dem vorbestimmten Wert weiter zu der Zeit ab, wenn das Klopfen erfasst wird und danach das Einlassrohr-Vakuum V moderat ansteigt. Andererseits wird der Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC auf einen gegebenen Zeitpunktwert vor dem BDC festgelegt (siehe 12E).
  • Nunmehr in Bezug auf die 13A13E ist die Klopfsteuerung gezeigt, ausgeführt durch das System des Ausführungsbeispieles während der Teillast-Bedingung mit einem großen Einlassrohr-Vakuum. Wenn das Einlassrohr-Vakuum V den vorbestimmten Wert während der Teillast-Bedingung überschreitet, gibt es eine erhöhte Tendenz für das effektive Verdichtungsverhältnis ε', um infolge einer Veränderung in dem Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC (d. h., eine Erhöhung oder Verminderung in dem Einlasshub, einer Erweiterung oder Reduzierung in dem Arbeitswinkel des Einlassventiles 4, und einem Vorverstellen oder Verzögern der Winkelphase bei dem Zentralwinkel ϕ) abzufallen. In solch einem Fall ist, wie in der 13B gezeigt, das Verdichtungsverhältnis ε auf ein gegebenes Verdichtungsverhältnis feststehend. D. h., an Stelle des verändernden Verdichtungsverhältnisses ε mittels der veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Steuerung ist es effektiv, das effektive Verdichtungsverhältnis ε' durch das Verändern (Vorverstellen) des Einlassventil-Schließzeitpunktes IVC vor den BDC mittels der veränderbaren Einlassventil-Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung 1 oder der veränderbaren Phasen-Steuervorrichtung 2 zu reduzieren. Demzufolge tendiert, wie in der 13D gezeigt, infolge der IVC-Phasenveränderung (des IVC-Zeitpunktvorrückens) das Einlassrohr-Vakuum V sich allmählich von der Zeit zu vermindern, wenn das Klopfen erfasst wird. Dies resultiert in einem Abfall in der Ladungseffektivität des Luft-Kraftstoffgemischs, d. h., einer Reduzierung in dem Pumpenverlust. Um die Verzögerung in dem tatsächlichen Phasenvorverschieben des Einlassventil-Schließzeitpunktes IVC zu kompensieren, wird die vorerwähnte Spur-Klopfsteuerung in Kombination verwendet (siehe 13C). Es ist zu beachten, dass die Charakteristik für die Zündzeitpunkt-Spur-Klopfsteuerung der 13C im Wesentlichen proportional zu der für die veränderbare IVC-Steuerung der 13E ist.
  • Nunmehr in Bezug auf die 14 ist der integrierte Verbrennungssteuerungsablauf gezeigt, dessen Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung für die Klopfvermeidung im Eingriff (ermöglicht) oder außer Eingriff (nicht ermöglicht) ist, und zusätzlich werden die Steuerung des veränderbaren Verdichtungsverhältnisses ε (veränderbare Kolbenhub-Charakteristiksteuerung), die Steuerung des veränderbaren Hub- und Einlassventil-Arbeitswinkels θ und die Steuerung des veränderbaren Einlassventil-Zentralwinkels ϕ (veränderbare Einlassventil-Phasensteuerung) wahlweise in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten oder vorprogrammierten Prioritäts-Steuerplan ausgeführt. Die arithmetische Verarbeitung oder das in der 14 gezeigte Programm wird als Zeit-ausgelöste Unterbrechungsprogramme ausgeführt, um in allen vorbestimmten Zeitintervallen, z. B. aller 10 msec, ausgelöst zu werden.
  • In dem Schritt S11 wird eine Prüfung vorgenommen, um zu bestimmen, ob das vorbestimmte Scheibenniveau für das Ausgangssignal von dem Klopfsensor 38 erreicht ist. Wenn die Antwort in dem Schritt S11 zustimmend (JA) ist, geht das Programm von dem Schritt S11 zu den Schritten S12 oder S14. Wenn die Antwort in dem Schritt S11 negativ (NEIN) ist, wird ein Zyklus dieses Programms beendet.
  • In dem Schritt S12 wird eine Zündzeitpunkt-Verzögerungsrate auf der Grundlage der Motor-/Fahrzeugsensor-Eingabedaten, z. B. der Motordrehzahl, der Motortemperatur und dergleichen und den Motor-/Fahrzeug-Bedingungen bestimmt.
  • In dem Schritt S13 beginnt die Zündzeitpunkt-Verzögerungssteuerung auf der Grundlage der Zündzeitpunkt-Verzögerungsrate, bestimmt durch den Schritt S12.
  • In dem Schritt S14 werden die aktuellen Steuerungszustände für den Einlassventil-Öffnungszeitpunkt IVO, den Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC und das Verdichtungsverhältnis ε, bestimmt durch die Kolben-Hubcharakteristik, gesteuert durch die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24, erfasst oder hergeleitet.
  • Im Anschluss nach dem Schritt S14 tritt S15 auf. In dem schritt S15 werden die Motordrehzahl und die Motorbelastung beide hergeleitet.
  • Danach werden in dem Schritt S16 ein gewünschter Wert des Arbeitswinkels θ, ein gewünschter Wert des Einlassventil-Zentralwinkels ϕ und ein gewünschter Wert des Verdichtungsverhältnisses ε aus einem vorbestimmten oder vorprogrammierten Prioritäts-Steuerplan entnommen, der zeigt, wie der Einlassventil-Arbeitswinkel θ, der Einlassventil-Zentralwinkel ϕ und das Verdichtungsverhältnis ε im Verhältnis zu den Motor-/Fahrzeug-Bedingungen verändert werden müssen.
  • Nach dem Schritt S16 tritt der Schritt S17 auf. In dem Schritt S17 wird eine Prüfung vorgenommen, um zu bestimmen, ob der gewünschte Wert des Verdichtungsverhältnisses ε erreicht ist. Wenn die Antwort in dem Schritt S17 zustimmend (JA) ist, geht der Ablauf von dem schritt S17 zu dem Schritt S19 weiter. Wenn umgekehrt die Antwort in dem Schritt S17 negativ (NEIN) ist, geht der Ablauf von dem Schritt S17 zu dem Schritt S18 weiter.
  • In dem Schritt S18 wird der Kolben-Hubcharakteristik-Steuerbetätiger 37 erregt oder aktiviert, so dass das Verdichtungsverhältnis ε näher zu seinem gewünschten Wert, der durch den Schritt S16 aus dem Plan abgeleitet wurde, gebracht wird. D. h., die Schritte S17 und S18 werden, bis das gewünschte Verdichtungsverhältnis erreicht ist, wiederholt ausgeführt.
  • In dem schritt S19 wird eine Prüfung vorgenommen, um zu bestimmen, ob der gewünschte Wert des Einlassventil-Arbeitswinkels θ erhalten oder erreicht ist. Wenn die Antwort in dem Schritt S19 zustimmend (JA) ist, geht der Ablauf von dem Schritt S19 zu dem Schritt S21. Wenn umgekehrt die Antwort in dem Schritt S19 negativ (NEIN) ist, geht der Ablauf von dem Schritt S19 zu dem Schritt S20.
  • In dem Schritt S20 wird der Arbeitswinkel-Steuerbetätiger 16 aktiviert, so dass der Einlassventil-Arbeitswinkel θ näher an seinen gewünschten Wert, der durch den Schritt S16 aus dem Plan abgeleitet wurde, gebracht wird. D. h., die Schritte S19 und S20 werden wiederholt ausgeführt, bis der Einlassventil-Arbeitswinkel erreicht ist.
  • In dem Schritt S21 wird eine Prüfung vorgenommen, ob der gewünschte Wert des Einlassventil-Zentralwinkels ϕ erlangt oder erreicht ist. Wenn die Antwort in dem Schritt S21 zustimmend (JA) ist, kehrt der Ablauf von dem Schritt S21 zu dem Schritt S11 zurück. Wenn umgekehrt die Antwort in dem Schritt S21 negativ (NEIN) ist, geht der Ablauf von dem Schritt S21 zu dem Schritt S22 weiter.
  • In dem Schritt S22 wird der Phasen-Steuerungsbetätiger 20 aktiviert, so dass der Einlassventil-Zentralwinkel ϕ näher zu seinem gewünschten Wert, der durch den Schritt S16 aus dem Plan abgeleitet wurde, gebracht wird. D. h., die Schritte S21 und S22 werden wiederholt ausgeführt, bis der gewünschte Einlassventil-Zentralwinkel ϕ erreicht ist.
  • Wie aus dem oben Vorgestellten deutlich wird, ist es entsprechend des integrierten Verbrennungssteuersystems des Ausführungsbeispieles möglich, eine sehr präzise Verbrennungssteuerung durch die Motor-/Fahrzeug-Bedingungen vorzusehen durch das Kombinieren der veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Steuerung (der Steuerung des veränderbaren Verdichtungsverhältnisses ε) mit zumindest einer von der Steuerung des veränderbaren Hub- und Arbeitswinkels θ oder von der Steuerung des veränderbaren Einlassventil-Zentralwinkels ϕ (der veränderbaren Einlassventil-Phasensteuerung). Bei den Teillast-Bedingungen ermöglicht das System des Ausführungsbeispieles das effektive Verdichtungsverhältnis ε' mittels des Vorrückens des Einlassventil-Schließzeitpunktes IVC zu reduzieren, um somit den Pumpenverlust (siehe 13D) zu reduzieren. Während der Teillast-Bedingungen (siehe Leerlaufbedingung ➀ und Teillast-Bedingung ➁ der 8) steuert das System des Ausführungsbeispieles veränderbar die Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung 24 derart, dass das Verdichtungsverhältnis ε hoch wird (siehe 7) und zusätzlich der Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC von dem BDC entfernt gehalten und vor den BDC verschoben wird und wodurch das effektive Verdichtungsverhältnis ε' reduziert wird. Andererseits sichert das erhöhte Verdichtungsverhältnis ε eine gute Verbrennung. Andererseits sichert das reduzierte effektive Verdichtungsverhältnis ε' eine Reduzierung in dem Pumpenverlust. Wenn das vorbestimmte Klopf-Scheibenniveau unter den Hochlast-Motorbedingungen erreicht wird, arbeitet das System des Ausführungsbeispieles, um das Verdichtungsverhältnis ε zu reduzieren (9B und 11B), so dass das reduzierte Verdichtungsverhältnis den Motor am Klopfen hindert. Wenn das vorbestimmte Klopf-Scheibenniveau unter den Teillast-Bedingungen, dass der Einlassventil-Arbeitswinkel θ, gebildet als ein Winkel zwischen einem Kurbelwinkel bei dem Einlassventil-Öffnungszeitpunkt IVO und einem Kurbelwinkel bei dem Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC, erreicht wird, der auf 180° oder weniger gesteuert werden soll, arbeitet das System des Ausführungsbeispieles zum Phasen-vorverschobenen Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC (siehe 13E), und wodurch das effektive Verdichtungsverhältnis ε' reduziert wird, um somit zu vermeiden, dass der Motor klopft. Überdies kann entsprechend des Systems des Ausführungsbeispieles der Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC mittels zumindest einer von einer Reduzierung in dem Einlassventil-Arbeitswinkel θ oder einer Phasenvorverstellung in dem Einlassventil-Zentralwinkel ϕ Phasen-vorverschoben werden. Wenn überdies das vorbestimmte Klopf-Scheibenniveau unter den Hochlast-Bedingungen, dass der Einlassventil-Arbeitswinkel θ erreicht wird, dass der Einlassventil-Arbeitswinkel θ auf 180° oder mehr gesteuert werden soll, arbeitet das System des Ausführungsbeispieles zum Phasen-verzögerten Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC (siehe den reduzierten Einlassven til-Zentralwinkel der 10E und siehe den IVC-Zeitpunktwert (angezeigt durch die gestrichelte Linie) mit einem großen Ventilhub und einem großen Arbeitswinkel in der Beschleunigungsbedingung ➂ der 8), und wodurch das effektive Verdichtungsverhältnis ε' reduziert wird, um somit zu vermeiden, dass der Motor klopft. Zusätzlich kann entsprechend des Systems des Ausführungsbeispieles der Einlassventil-Schließzeitpunkt IVC mittels zumindest einer von einer Vergrößerung in dem Einlassventil-Arbeitswinkel θ oder einer Phasenverzögerung in dem Einlassventil-Zentralwinkel ϕ Phasenverzögert werden. Wenn andererseits das vorbestimmte Klopf-Scheibenniveau unter einer Bedingung erreicht wird (siehe Beschleunigungsbedingung ➂ der 8), dass der Einlassventil-Arbeitswinkel θ auf 180° oder weniger gesteuert werden soll und zusätzlich der Ventil-Überlappungszeitraum, während dessen die Einlass- und Auslassventile zumindest teilweise offen sind, die auf einen Zeitraum gesteuert werden sollen, der größer als der vorbestimmte Zeitraum ist, arbeitet das System des Ausführungsbeispieles im Phasenverzögerungs-Einlassventil-Zentralwinkel ϕ, und wodurch der Ventilüberlappungszeitraum O/L verkürzt wird und als ein Ergebnis das Hochtemperatur-Restgas reduziert wird, um somit zu vermeiden, dass der Motor klopft. Zusätzlich arbeitet unmittelbar nachdem das vorbestimmte Klopf-Scheibenniveau erreicht wird, um sofort und zuverlässiger das Klopfen zu vermeiden, das System des Ausführungsbeispieles, um den Zündzeitpunkt mittels der Spur-Klopfsteuerung zu vermeiden.

Claims (16)

  1. Verbrennungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine mit Zündkerzenzündung, das aufweist: eine veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung (24), die ein Verdichtungsverhältnis (ε) des Motors verändert; einen Sensor (41), der die Motordrehzahl und die Motorbelastung erfasst; zumindest eine von einer veränderbaren Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung (1), die gleichzeitig stufenlos einen Ventilhub des Einlassventiles (4) des Motors und einen Arbeitswinkel (θ) des Einlassventiles verändert, und einer veränderbare Phasen-Steuerungsvorrichtung (2), die eine Winkelphase an einem Zentralwinkel (ϕ) entsprechend eines maximalen Ventilhubpunktes des Einlassventiles (4) verändert; wobei der Arbeitswinkel (θ) als ein Winkel zwischen einem Kurbelwinkel bei dem Ventilöffnungszeitpunkt (IVO) des Einlassventiles (4) und einem Kurbelwinkel bei einem Ventilschließzeitpunkt (IVC) des Einlassventiles (4) definiert ist; und eine Steuereinheit (17), die konfiguriert ist, elektronisch mit der veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung (24), den Sensoren (41), und mit der zumindest einen von veränderbaren Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung (1) oder veränderbaren Phasen-Steuervorrichtung (2) verbunden zu sein, für das Steuern der veränderbaren Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung (24), und zumindest einer von veränderbarer Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung (1) oder veränderbare Phasen-Steuervorrichtung (2), wobei die Steuereinheit (17) vorgesehen ist, wahlweise die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung (24) oder die zumindest eine von veränderbarer Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung (1) oder veränderbarer Phasen-Steuervorrichtung (2) in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorbelastung zu steuern, um Klopfen zu vermeiden.
  2. Verbrennungssteuersystem nach Anspruch 1, wobei: die Steuereinheit (17) arbeitet, um ein effektives Druckverhältnis (ε') des Motors durch Verändern des Einlassventilschließzeitpunktes (IVC) unter eine Teillastzustand zu reduzieren.
  3. Verbrennungssteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung (24) aufweist: eine obere Verbindung (27), verbunden an einem Ende über einen Kolbenbolzen (26) mit einem hin- und hergehenden Kolben (25); eine untere Verbindung (31), verbunden mit dem anderen Ende der oberen Verbindung (27) und verbunden mit einem Kurbelbolzen (30) einer Kurbelwelle (29); eine Steuerwelle (32), die sich im Wesentlichen parallel zu der Kurbelwelle (29) erstreckt; eine Steuerverbindung (34), oszillierend mit einem Ende mit der Steuerwelle (32) verbunden, und am anderen Ende mit der unteren Verbindung (31) verbunden, so dass eine Mitte (P1) der oszillierenden Bewegung der Steuerverbindung (34) exzentrisch zu einer Drehmitte (P29 der Steuerwelle (32) ist; und die Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung durch das Drehen der Steuerwelle (32) verändert wird.
  4. Verbrennungssteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die veränderbare Hub- und Arbeitswinkel-Steuervorrichtung (1) aufweist: eine Antriebswelle (6), drehbar durch einen Nockenhalter (5) gelagert; einen ersten exzentrischen Nocken (7), fest mit der Antriebswelle (6) verbunden und durch die Antriebswelle angetrieben; einen Verbindungsarm (13), eingesetzt auf einem Außenumfang des ersten exzentrischen Nockens (7) und der sich relativ zu dem ersten exzentrischen Nocken (7) dreht; eine Steuerwelle (8), durch den Nockenhalter (5) drehbar gelagert und parallel zu der Antriebswelle (6) angeordnet, und die einen zweiten exzentrischen Nocken (9) hat; einen Kipphebelarm (10), drehbar an dem zweiten exzentrischen Nocken (9) gelagert, wobei eine oszillierende Bewegung des Kipphebelarms (10) durch den Verbindungsarm (13) veranlasst wird, einen kippbaren Nocken (12), drehbar gelagert an der Antriebswelle (6) und der im Anlage-Eingriff mit einem Ventilhebel (11) des Einlassventiles (4) ist; ein Verbindungsteil (14), durch das der Kipphebelarm (10) und der kippbare Nocken (12) miteinander verbunden sind, so dass der Ventilheber (11) des Einlassventiles (4) durch die oszillierende Bewegung des kippbaren Nockens (12) ge drückt werden, die infolge der oszillierenden Bewegung des Kipphebelarms (10) auftritt; und der Ventilhub des Einlassventiles (4) und der Arbeitswinkel (θ) des Einlassventiles durch Verändern einer Winkelposition des zweiten exzentrischen Nockens (9) gleichzeitig stufenlos verändert werden.
  5. Verbrennungssteuersystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung (24) gesteuert wird, so dass ein Verdichtungsverhältnis (ε) unter einem Teillastzustand hoch wird; und der Ventilschließzeitpunkt (IVC) des Einlassventiles von einem unteren Totpunkt entfernt und vorverschoben vor dem unteren Totpunkt gehalten wird, um ein effektives Verdichtungsverhältnis (ε') des Motors zu reduzieren.
  6. Verbrennungssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das außerdem aufweist: einen Klopfsensor (38), der eine Intensität des Klopfens erfasst und ein Signal erzeugt, das die Intensität des Klopfens anzeigt; und einen Zündzeitpunkt-Steuersystem (39), das einen Zündzeitpunkt verzögert, wenn ein Klopfzustand erfasst wird; und wobei ein Verdichtungsverhältnis (ε) des Motors durch die veränderbare Kolben-Hubcharakteristik-Vorrichtung (24) reduziert wird, wenn das Signal des Klopfsensors ein vorbestimmtes Scheibenniveau unter einer Hochlastbedingung überschreitet.
  7. Verbrennungssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das außerdem aufweist: einen Klopfsensor (38), der eine Intensität des Klopfens erfasst und ein Signal erzeugt, das die Intensität des Klopfens anzeigt; und ein Zündzeitpunkt-Steuersystem (39), das einen Zündzeitpunkt verzögert, wenn ein Klopfzustand erfasst wird; und wobei der Ventilschließzeitpunkt (IVC) des Einlassventiles vorverschoben wird, wenn das Signal von dem Klopfsensor ein vorbestimmtes Scheibenniveau unter einer Bedingung überschreitet, dass der Arbeitswinkel (θ) des Einlassventiles auf 180° oder weniger gesteuert worden wird.
  8. Verbrennungssteuersystem nach Anspruch 7, wobei: der Ventilschließzeitpunkt (IVC) des Einlassventiles (4) mittels zumindest einer von Reduzierung im Arbeitswinkel (θ) des Einlassventiles oder einer Phasenvorverschiebung in dem Zentralwinkel (ϕ) des Einlassventiles (4) vorverschoben wird.
  9. Verbrennungssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das außerdem aufweist: einen Klopfsensor (38), der eine Klopfintensität erfasst und ein Signal erzeugt, das die Klopfintensität anzeigt; und ein Zündzeitpunkt-Steuersystem (39), das einen Zündzeitpunkt verzögert, wenn ein Klopfzustand erfasst wird; und wobei der Ventilschließzeitpunkt (IVC) des Einlassventiles (4) verzögert wird, wenn das Signal von dem Klopfsensor ein vorbestimmtes Scheibenniveau unter der Bedingung überschreitet, dass der Arbeitswinkel (θ) des Einlassventiles (4) auf 180° oder mehr gesteuert wird.
  10. Verbrennungssteuersystem nach Anspruch 9, wobei: der Ventilschließzeitpunkt (IVC) des Einlassventiles (4) mittels zumindest einer von Vergrößerung im Arbeitswinkel (θ) des Einlassventiles, oder einer Phasenverzögerung im Zentralwinkel (ϕ) des Einlassventiles (ϕ) verzögert wird.
  11. Verbrennungssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das außerdem aufweist: einen Klopfsensor (38), der eine Intensität des Klopfens erfasst und ein Signal erzeugt, das die Intensität des Klopfens anzeigt; und ein Zündzeitpunkt-Steuersystem (39), das einen Zündzeitpunkt verzögert, wenn ein Klopfzustand erfasst wird; und wobei der Zentralwinkel (ϕ) des Einlassventiles verzögert wird, wenn das Signal von dem Klopfsensor ein vorbestimmtes Scheibenniveau unter einer Bedingung überschreitet, dass der Arbeitswinkel (θ) des Einlassventiles auf 180° oder weniger gesteuert werden soll und zusätzlich eine Ventilüberlappungszeitdauer, während der die Einlass- und Auslassventile zumindest teilweise offen sind, auf eine Zeitdauer gesteuert werden sollen, die größer als eine vorbestimmte Zeitdauer ist.
  12. Verbrennungssteuersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei: der Zündzeitpunkt durch das Zündzeitpunkt-Steuersystem (39) verzögert wird, unmittelbar nachdem das Signal von dem Klopfsensor ein vorbestimmtes Scheibenniveau überschreitet.
  13. Verbrennungssteuersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei: der Zündzeitpunkt von einer Zeit, wenn das Signal des Klopfsensors ein vorbestimmtes Scheibenniveau überschreitet, mittels der Folge-Klopfsteuerung verändert wird, dass eine Veränderung in dem Zündzeitpunkt im Wesentlichen umgekehrt proportional zu einer Veränderung in einem Verdichtungsverhältnis (ε) des Motors während eines vollständigen Drosselzustandes, während eines Beschleunigungszustandes mit einer kleinen Ventilüberlappungszeitdauer, oder während einer Teillastzustandes mit einem kleinen Einlassrohrvakuum ist.
  14. Verbrennungssteuersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei: der Zündzeitpunkt von einer Zeit, wenn das Signal von dem Klopfsensor ein vorbestimmtes Scheibenniveau überschreitet, mittels der Folge-Klopfsteuerung verändert wird, dass eine Veränderung in dem Zündzeitpunkt im Wesentlichen umgekehrt proportional zu einer Veränderung in dem Zentralwinkel (ϕ) des Einlassventiles während eines Beschleunigungszustandes mit einer großen Ventilüberlappungszeitdauer ist.
  15. Verbrennungssteuersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei: der Zündzeitpunkt von der Zeit, wenn das Signal des Klopfsensors ein vorbestimmtes Scheibenniveau überschreitet, mittels der Folge-Klopfsteuerung verändert wird, dass eine Veränderung in dem Zündzeitpunkt im Wesentlichen umgekehrt proportional zu einer Veränderung in dem Ventilschließzeitpunkt (IVC) des Einlassventiles während eines Teillastzustandes mit einem großen Einlassrohrvakuum ist.
  16. Verbrennungssteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: eines von Einlassrohrvakuum, einer Ansaug-Luftmenge, einer Drosselöffnung und eines Betrages von Kraftstoffeinspritzung als die Motorbelastung verwendet wird.
DE60206808T 2001-01-16 2002-01-15 Verbrennungssteuersystem einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine mit variablem Kolbenhub und variabler Ventilsteuervorrichtung Expired - Lifetime DE60206808T2 (de)

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