DE60304499T2

DE60304499T2 - Brennkraftmaschine mit varierbaren Ventil- und Einspritzungssteuerung

Info

Publication number: DE60304499T2
Application number: DE60304499T
Authority: DE
Inventors: Takanobu Yokohama-shi Sugiyama; Shinichi Yokohama-shi Takemura; Tsuneyasu Fujisawa-shi Nohara
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2023-02-11
Also published as: US20030159668A1; EP1338778A1; EP1338778B1; US6659054B2; DE60304499D1; JP2003250141A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren für Kraftstoffeinspritzung und ein Verfahren zur Steuerung solcher Verbrennungsmotoren für Kraftstoffeinspritzung.
Bisher wurden verschiedene Arten von Verbrennungsmotoren der oben erwähnten Art, besonders auf dem Gebiet von fahrbaren Motorfahrzeugen, vorgeschlagen und praktisch angewendet. Einige davon sind in den Druckschriften JP 2001-221 083 A und JP 8-260 923 A offenbart. In JP 2001-221 083 A wird eine grundlegende Arbeitsweise so vorgenommen, dass die Kraftstoffeinspritzung vor der Öffnung eines Ansaugventils endet, wobei eine Verzögerung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes ausgeführt wird, wenn eine Ventilüberlappung auf Grund der Änderung der Phase eines Hubmaßes und eines Arbeitswinkels eines Ansaugventils einen markanten Wert erreicht. In JP 8-260 923 A wird eine variable Ventilsteuervorrichtung gezeigt, die ein Hubmaß von jedem Ansaugventil entsprechend einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors kontinuierlich ändert. In der Druckschrift JP 09-324 676 wird ein Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt synchron mit einem variablen Ansaugventil umgeschaltet.
Bei dem Verbrennungsmotor, der mit einer variablen Ventilsteuervorrichtung ausgerüstet ist, die das Hubmaß von jedem Ansaugventil ändert, ist es bekannt, dass sich eine Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft in der Nähe des Ansaugventils entsprechend dem Betriebszustand der variablen Ventilsteuervorrichtung außerordentlich ändert. Das heißt, wenn zum Beispiel die Ventilsteuervorrichtung das Ansaugventil mit einem kleineren Hubmaß bereitstellt, wird die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft groß. Bisher hat man sich jedoch, selbst durch die oben erwähnten Veröffentlichungen, über gesicherte Maße zur Steuerung eines Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes entsprechend dem Hubmaß des Ansaugventils wenig Gedanken gemacht.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbrennungsmotor mit einer genauen Steuerung eines Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes entsprechend einem Hubmaß des Ansaugventils bereitzustellen. Es ist des Werteren eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, das einen Kraftstoff Einspritzzeitpunkt entsprechend einem Hubmaß des Ansaugventils genau steuert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor erfüllt, der eine variable Ventilsteuervorrichtung, die ein Hubmaß eines Ansaugventils ändert, einen Luftansaugdurchlass, der zu einem Ansaugkanal des Motors geführt wird, der mit dem Ansaugventil zusammengefasst ist, ein Kraftstoffeinspritzventil, das so eingerichtet ist, dass es Kraftstoff in den Ansaugkanal einspritzt, wobei das Kraftstoffeinspritzventil einen ersten Einspritzmodus, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß während der Öffnungsperiode des Ansaugventils ausgeführt wird, und einen zweiten Einspritzmodus hat, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß vor dem Öffnungsvorgang des Ansaugventils endet, und eine Steuereinheit umfasst, die es dem Kraftstoffeinspritzventil ermöglicht, entsprechend dem Hubmaß des Ansaugventils, das durch die variable Ventilsteuervorrichtung bewirkt wird, den ersten oder zweiten Einspritzmodus auszuwählen.
Die Aufgabe wird des Weiteren gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors mit einer variablen Ventilsteuervorrichtung, die ein Hubmaß des Ansaugventils ändert, einem Luftansaugdurchlass, der zu einem Ansaugkanal des Motors geführt wird, der mit dem Einlassventil zusammengefasst ist, und einem Kraftstoffeinspritzventil erfüllt, das so eingerichtet ist, dass es Kraftstoff in den Ansaugkanal einspritzt, wobei das Kraftstoffeinspritzventil einen ersten Einspritzmodus, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß während der Öffnungsperiode des Ansaugventils ausgeführt wird, und einen zweiten Einspritzmodus hat, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß vor dem Öffnungsvorgang des Ansaugventils endet, mit dem Schritt, es dem Kraftstoffeinspritzventil zu ermöglichen, entsprechend dem Hubmaß des Ansaugventils, das durch die variable Ventilsteuervorrichtung bewirkt wird, den ersten oder den zweiten Einspritzmodus auszuwählen.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den weiteren Unteransprüchen dargelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher mittels der verschiedenen Ausführungsbeispiele davon in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:
1 eine Perspektivansicht einer variablen Ventilsteuervorrichtung, die in einem Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2 eine grafische Darstellung, die eine Ventilhub-Kennlinie (nämlich die Änderung des Hubmaßes und des Arbeitswinkels) zeigt, die die variable Ventilsteuervorrichtung besitzt;
3 eine grafische Darstellung, die ein Verhältnis zwischen einem Rotationswinkel einer Steuerwelle und einer Änderung des Hubmaßes und des Arbeitswinkels zeigt;
4 eine Tabelle, die Ventilhub-Kennlinien in typischen Betriebszuständen eines zugehörigen Verbrennungsmotors zeigt;
5 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem damit verbundenen Kraftstoff Zuführungssystem;
6 eine Darstellung, die die Form eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zeigt, das durch ein Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird;
7 eine grafische Darstellung, die ein Umschaltverhältnis zwischen einem ersten Kraftstoff-Einspritzmodus (nämlich FIAIVO) und einem zweiten Kraftstoff-Einspritzmodus (nämlich FIBIVO) mit Bezug auf ein Hubmaß des Ansaugventils im Fall eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ein Ablaufdiagramm, das programmierte Arbeitsschritte zeigt, die durch eine im ersten Ausführungsbeispiel verwendete Steuereinheit ausgeführt werden;
9 ein Zeitdiagramm, das sowohl den ersten Kraftstoff-Einspritzmodus (FIAIVO) als auch den zweiten Kraftstoff-Einspritzmodus (FIBIVO) mit Bezug auf Arbeitstakte des Motors schildert;
10 eine grafische Darstellung, die ein Umschaltverhältnis zwischen einem ersten Kraftstoff-Einspritzmodus (FIAIVO) und einem zweiten Kraftstoff-Einspritzmodus (FIBIVO) mit Bezug auf eine Motordrehzahl und ein Hubmaß des Einlassventils im Fall eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ein Ablaufdiagramm, das programmierte Arbeitsschritte zeigt, die durch eine im zweiten Ausführungsbeispiel verwendete Steuereinheit ausgeführt werden;
12 eine grafische Darstellung, die ein Umschaltverhältnis zwischen einem ersten Kraftstoff Einspritzmodus (FIAIVO) und einem zweiten Kraftstoff-Einspritzmodus (FIBIVO) mit Bezug auf ein Hubmaß des Ansaugventils und auf einen durch eine Phasensteuerung bewirkten, vorverlegten Winkel im Fall eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ein Ablaufdiagramm, das programmierte Arbeitsschritte zeigt, die durch eine im dritten Ausführungsbeispiel verwendete Steuereinheit ausgeführt werden;
14 eine grafische Darstellung, die ein Umschaltverhältnis zwischen einem ersten Kraftstoff-Einspritzmodus (FIAIVO) und einem zweiten Kraftstoff-Einspritzmodus (FIBIVO) mit Bezug auf ein Hubmaß des Ansaugventils und auf einen durch eine Phasensteuerung bewirkten, vorverlegten Winkel im Fall eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt; und
15 ein Ablaufdiagramm, das programmierte Arbeitsschritte zeigt, die durch eine im vierten Ausführungsbeispiel verwendete Steuereinheit ausgeführt werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
In 1 wird eine variable Ventilsteuervorrichtung (variable valve control device – WCD) zur Steuerung der Bewegung von jedem Ansaugventil eines Verbrennungsmotors gemäß. der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Wie gezeigt wird, umfasst die variable Ventilsteuervorrichtung WCD im Allgemeinen einen Mechanismus 1 zum Ändern eines Hubmaßes und eines Arbeitswinkels, der ein Hubmaß und einen Arbeitswinkel von jedem Ansaugventil des Motors ändert, und einen Phasenänderungsmechanismus 21, der die Phase einer Mittelstellung des Hubmaßes und des Arbeitswinkels des Ansaugventils, nämlich die Arbeitsphase des Ansaugventils relativ zu einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors, ändert (nämlich vorverlegt oder verzögert).
Zuerst wird die Beschreibung auf den Mechanismus 1 zum Ändern des Hubmaßes und des Arbeitswinkels gerichtet. Da der Mechanismus 1 ausführlich in der Druckschrift JP 11-107 725 A beschrieben ist, wird die Beschreibung kurz gehalten.
Gemäß 1 ist der Mechanismus 1 zum Ändern des Hubmaßes und des Arbeitswinkels mit den Ansaugventilen 11 zusammengefasst und umfasst eine Antriebswelle 2, einen Excenternocken 3, der durch die Antriebswelle 2 fest gehalten wird, eine Steuerwelle 12, die über der Antriebswelle 2 angeordnet ist und sich dort entlang erstreckt, einen Excenternocken 18, der durch die Steuerwelle 12 bereitgestellt wird, einen Kipphebel 6, der durch den Excenternocken 18 drehbar gelagert ist, und Schwenknocken 9, die sich mit Mitnehmern 10 der Ansaugventile 11 in Kontakt be finden. Es ist anzumerken, dass die zwei Schwenknocken 9 durch ein zylindrisches Verbindungsstück 9a einstückig verbunden sind, das an der Antriebswelle 2 drehbar angebracht ist, wobei damit die zwei Schwenknocken 9 wie eine einzelne Einheit schwenken.
Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, werden die Antriebswelle 2 und die Steuerwelle 12 durch gleiche Nockenhalterungen drehbar gelagert. Der oben erwähnte Excenternocken 3 ist mit dem Kipphebel 6 durch einen Verbindungsarm 4 drehgelenkig verbunden, wobei der Kipphebel 6 mit einem der Schwenkarme 9 durch ein Verbindungselement 8 drehgelenkig verbunden ist.
Wie nachfolgend deutlich wird, wird die Antriebswelle 2 von einer Kurbelwelle des Motors durch eine Steuerkette oder einen Steuerriemen angetrieben.
Der Excenternocken 3 umfasst ein kreisförmiges Basisteil, das mit der Antriebswelle 2 an einem exzentrischen Teil davon verbunden ist Ein ringförmiger Teil des Verbindungsarms 4 ist über dem kreisförmigen Basisteil des Excenternockens 3 drehbar angeordnet.
Der Kipphebel 6 hat einen allgemeinen Mittelteil, der über dem Excenternocken 18 drehbar angeordnet ist. Ein Ende des Kipphebels 6 ist mit einem Armteil des oben erwähnten Verbindungsarms 4 durch einen Verbindungsstift 5 drehgelenkig verbunden. Das andere Ende des Kipphebels 6 ist mit einem oberen Ende des oben erwähnten Verbindungselements 8 durch einen Verbindungsstift 7 drehgelenkig verbunden. Wie gezeigt wird, ist der Excenternocken 18 mit Bezug auf eine Achse der Steuerwelle 12 exzentrisch. Demzufolge ändert sich entsprechend der Drehung der Steuerwelle 12 eine Rotationsmitte des Kipphebels 6.
Jeder der Schwenknocken 9 ist an der Antriebswelle 2 drehbar angeordnet. Einer der Schwenknocken 9 ist an seinem seitlichen Ende mit einem unteren Ende des Verbindungselements 8 durch einen Verbindungsstift 17 drehgelenkig verbunden. Jeder der Schwenknocken 9 umfasst eine halb zylindrische Basisfläche, die mit der Antriebswelle 2 konzentrisch ist, und eine Nockenfläche, die sich von der halb zylind rische Basisfläche erstreckt, und eine vorgegebene, gekrümmte Fläche darauf bildet. Als Reaktion auf die Schwenkbewegung der Schwenknocken 9 stoßen die halb zylindrische Basisfläche und die Nockenfläche von jedem Schwenknocken 9 an eine obere Fläche des entsprechenden Mitnehmers 10, um das Ansaugventil 11 zu betätigen.
Das heißt, das Kontaktieren der halb zylindrischen Basisfläche mit dem Mitnehmer 10 bewirkt einen Grundzustand, in dem das Hubmaß des Ansaugventils 11 0 (Null) ist, während das Kontaktieren der Nockenfläche mit dem Mitnehmer 10 einen Hubzustand bewirkt, in dem ein Anheben des Ansaugventils 11 stattfindet. Es ist anzumerken, dass zwischen der halb zylindrischen Basisfläche und der Nockenfläche eine schräge Fläche vorgesehen ist, die ein stufenloses Umschalten zwischen dem Grund- und Hubzustand des Ansaugventils 11 bewirkt.
Wie anhand von 1 zu sehen ist, ist die Steuerwelle 12 so eingerichtet, dass sie sich um ihre Achse in einem durch ein Steuer-Stellglied 13 für das Hubmaß und den Arbeitswinkel vorgegebenen Winkel dreht. Das heißt, das Stellglied 13 ist ein Servomotor. Ein durch den Servomotor angetriebenes Schneckengetriebe 15a greift mit einem Schrägzahnrad 15b ineinander, das auf der Steuerwelle 12 fest angebracht ist. Wie gezeigt wird, wird das Stellglied 13 durch eine Steuereinheit 19 gesteuert, an die Informationssignale angelegt werden, die den Kurbelwinkel, die Motordrehzahl, die Motorlast, die Temperaturen des Motors-Kühlwassers und dergleichen anzeigen. Der Rotationswinkel der Steuerwelle 12 wird durch einen Rotationswinkel-Sensor 14 erfasst, der analog ist. Auf der Basis eines durch den Positionssensor 14 ausgegebenen Informationssignals steuert die Steuereinheit 19 das Stellglied 13 in einem vorgegebenen, geschlossenen Regelsystem.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise des Mechanismus 1 zum Ändern des Hubmaßes und des Arbeitswinkels mit Hilfe von 1 beschrieben.
Wenn auf Grund der Arbeit eines zugehörigen Motors die Antriebswelle 2 gedreht wird, wird der Verbindungsarm 4 gezwungen, sich auf Grund der Arbeit des Excenternockens 3 nach oben und nach unten zu bewegen, wobei damit der Kipphebel 6 zwangsläufig geschwenkt wird. Die Schwenkbewegung des Kipphebels 6 wird auf den Schwenknocken 9 durch das Verbindungselement 8 übertragen, so dass dadurch der Schwenknocken 9 und damit zwei Schwenknocken 9 geschwenkt werden. (Es ist anzumerken, dass die zwei Schwenknocken 9 durch das zylindrische Verbindungsstück 9a einstückig verbunden sind. Auf Grund der Schwenkbewegung der zwei Schwenknocken 9 werden die entsprechenden Mitnehmer 10 betätigt, wobei damit die entsprechenden Ansaugventile 11 betätigt werden, um deren Öffnungs- und Schließvorgang zu bewirken.
Wenn nun auf Grund der Arbeit des Steuer-Stellglieds 13 für das Hubmaß und den Arbeitswinkel der Rotationswinkel der Steuerwelle 12 geändert wird, ändert sich die Schwenk- oder Rotationsmitte des Kipphebels 6. Aufgrund dieser Änderung werden eine Anfangsposition des Kipphebels 6 und damit eine anfängliche Schwenkposition des Schwenknockens 9 geändert.
Wenn zum Beispiel ein Nockenteil des Excenternockens 18 eine obere Position der Zeichnung annimmt, nimmt der Kipphebel 6 eine obere Position an und bewirkt, dass das Endteil des Schwenknockens 9, wo der Verbindungsstift 17 bereitgestellt ist, eine obere Position annimmt. Das heißt, die Anfangsposition des Schwenknockens 9 ist so gearbeitet, dass dessen Nockenfläche vom Mitnehmer 10 weg getrennt ist. Wenn demzufolge als Reaktion auf die Drehung der Antriebswelle 2 der Schwenknocken 9 zwangsläufig geschwenkt wird, kommt die halb zylindrische Basisfläche des Schwenknockens 9 mit dem Mitnehmer 10 zwangsläufig für eine längere Zeit in Kontakt, wobei ein Kontakt der Nockenfläche mit dem Mitnehmer 10 für kürzere Zeit bewirkt wird. Demzufolge wird in einem solchen Zustand das Hubmaß des Ansaugventils 11 klein, wobei zur gleichen Zeit der Arbeitswinkel, d. h., ein Winkelbereich einer Kurbelwelle, der von einem Zeitpunkt, wenn das Ansaugventil 11 gerade öffnet, bis zu einem Zeitpunkt gebildet wird, wenn das Ansaugventil 11 gerade schließt, klein wird.
Während der Nockenteil des Excenternockens 18 eine untere Position annimmt, nimmt der Kipphebel 6 eine untere Position an und bewirkt, dass der den Stift aufnehmende Endteil des Schwenknockens 9 eine untere Position annimmt. Das heißt, die anfängliche Position des Schwenknockens 9 ist so gearbeitet, dass dessen Nockenfläche nahe am Mitnehmer 10 positioniert ist. Wenn demzufolge als Reaktion auf die Drehung der Antriebswelle 2 der Schwenknocken 9 zwangsläufig geschwenkt wird, kommt die halb zylindrische Basisfläche des Schwenknockens 9 mit dem Mitnehmer 10 für eine kürzere Zeit in Kontakt, wobei einen Kontakt der Nockenfläche mit dem Mitnehmen 10 für längere Zeit bewirkt wird. Demzufolge wird in einem solchen Zustand das Hubmaß des Ansaugventils 11 groß, wobei zur gleichen Zeit der Arbeitswinkel groß wird.
Da die anfängliche Position des Excenternockens 18 durch das Hubmaß/Arbeitswinkel-Steuer-Stellglied 13 kontinuierlich geändert wird, wird die oben erwähnte Ventilhub-Kennlinie kontinuierlich geändert, wie anhand der grafischen Darstellung von 2 verständlich wird. Wie anhand dieser grafischen Darstellung zu sehen ist, werden das Hubmaß und der Arbeitswinkel des Ansaugventils 11 beide zur gleichen Zeit gesteuert. Wie anhand dieser grafischen Darstellung verständlich wird, können durch geeignetes Formen der Nockenfläche des Schwenknockens 9 die Führungsbahnen des Ventilhubs ein symmetrisches Verhältnis mit Bezug auf die am meisten angehobene Position der Führungsbahnen haben. 3 zeigt ein Verhältnis zwischen dem Rotationswinkel der Steuerwelle 12 und dem Maß des Hubmaßes und des Arbeitswinkels des Ansaugventils 11.
Im Folgenden wird die Beschreibung mit Bezug auf 1 auf den Phasenänderungsmechanismus 21 gerichtet.
Wie gezeigt wird, umfasst der Mechanismus 21 im Allgemeinen ein Kettenrad 22, das am vorderen Ende der Antriebswelle 2 angebracht ist, und ein Phasensteuerungs-Stellglied 23, das eine relative Winkelposition zwischen Kettenrad 22 und Antriebswelle 2 ändert. Wie oben beschrieben wurde, wird eine Steuerkette oder ein Steuerriemen auf das Kettenrad 22 gelegt, um die Leistung der Kurbelwelle des Motors auf das Kettenrad 22 und damit auf die Antriebswelle 2 zu übertragen.
Das Phasensteuerungs-Stellglied 23 kann hydraulisch, elektromagnetisch oder dergleichen sein, solange es durch ein Befehlssignal von der Steuereinheit 19 gesteuert werden kann. Das heißt, beim Empfangen des Befehlssignals bewirkt das Stellglied 23 eine relative Drehung zwischen Kettenrad 22 und Antriebswelle 2, wobei dadurch die Funktionsphase des Ansaugventils 11 vorverlegt und/oder verzögert wird. Das heißt, ohne die durch den oben erwähnten Mechanismus 1 zum Ändern des Hubmaßes und des Arbeitswinkels bewirkte Änderung der Hub-Kennlinie wird die Funktionsphase des Ansaugventils 11 unabhängig und kontinuierlich geändert. Mit der Zahl 16 ist ein Antriebswellen-Sensor gekennzeichnet, der eine Winkelposition der Antriebswelle 2 erfasst und ein Informationssignal über die Winkelposition der Steuereinheit 19 zuführt, um das Phasensteuerungs-Stellglied 23 in einem vorgegebenen Regelkreis zu steuern.
Mit der variablen Ventilsteuervorrichtung WCD mit dem oben erwähnten Aufbau kann der zugehörige Verbrennungsmotor die Ansaugluft ohne Verwendung eines herkömmlichen Drosselventils steuern. Das heißt, durch variables Steuern des Funktionszeitpunktes des Ansaugventils 11 durch die Vorrichtung wird die Menge der Luft, die dem Motor zugeführt wird, gesteuert. In der praktischen Anwendung des Motors wird jedoch eine Verengungskonstruktion an einem stromaufwärts gelegenen Teil des Ansaugdurchlasses bereitgestellt, um einen gewissen negativen Druck im Ansaugdurchlass zu erzeugen, der zum Ausführen einer Abgasrückführung (exhaust gas recirculation – EGR) benötigt wird.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des durch die oben erwähnte variable Ventilsteuervorrichtung WCD gesteuerten Motors mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben.
4 ist eine Tabelle, die die Ventilhub-Kennlinien des Ansaugventils 11 zeigt, die man sehen kann, wenn sich der Motor in typischen Betriebszuständen befindet. Wenn sich, wie anhand dieser grafischen Darstellung verständlich wird, der Motor in einem sehr niedrigen Lastbereich wie einem Leerlaufzustand befindet, ist das Klubmaß ganz klein. Bei so einem ganz kleinen Hubmaß hat die Phase der Mittelposition des Hubmaßes und des Arbeitswinkels des Ansaugventils im Wesentlichen keine Einwirkung auf die Menge der Ansaugluft. Und auf Grund der Arbeit des Phasenänderungsmechanismus 21 ist die Funktionsphase des Ansaugventils 11 am meisten verzögert. Damit wird in diesem Zustand das Schließen des Ventils zu einem Zeitpunkt direkt vor dem unteren Totpunkt (bottom dead center – BDC) bewirkt.
In diesem Zustand stellt jedes Ansaugventil 11 nur einen sehr kleinen Zwischenraum bereit, der nur eine sehr kleine Luftmenge in den Verbrennungsmotor einspeist, die bei einem so sehr niedrigen Lastbereich des Motors benötigt wird. Da das Schließen des Ventils zu einem Zeitpunkt sehr nahe am unteren Totpunkt (BDC) bewirkt wird, wird das effektive Kompressionsverhältnis in der Verbrennungskammer auf ein ausreichendes Niveau angehoben, wobei damit durch die Hilfe der sehr kleinen Lufteinführung eine gewünschte Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erreicht wird.
Wenn sich dagegen der Motor in einem niedrigen Lastbereich befindet, dessen Last höher ist als der oben erwähnte, sehr niedrige Lastbereich und einen Leerlaufzustand beinhaltet, wobei eine bestimmte zusätzliche Vorrichtung eingeschaltet ist, steigt das Hubmaß (spezieller das Hubmaß und der Arbeitswinkel) des Ansaugventils 11 an, wobei die Funktionsphase des gleichen etwas vorverlegt ist. In diesem Zustand wird die Steuerung der Ansaugluft unter Beachtung des Ventil-Funktionszeitpunktes ausgeführt. Durch Vorverlegung des Schließzeitpunktes des Ansaugventils 11 wird die Luftmenge, die der Verbrennungskammer zugeführt wird, relativ klein gesteuert. Infolgedessen sind das Hubmaß und der Arbeitswinkel des Ansaugventils 11 etwas erhöht, wobei damit unerwünschte Pumpverluste, die durch das Ansaugventil 11 verursacht werden, verringert werden.
Wenn sich, wie oben erwähnt wurde, der Motor in einem sehr niedrigen Lastbereich befindet, in dem das Ansaugventil 11 ein sehr kleines Hubmaß annimmt, hat eine Änderung der Funktionsphase im Wesentlichen keine Auswirkung auf die Steuerung der Menge der Ansaugluft. Demzufolge hat im Fall einer Verschiebung des Motors vom sehr niedrigen Lastbereich zum niedrigen Lastbereich die Vergrößerung des Hubmaßes und des Arbeitswinkels Vorrang vor der Phasensteuerung. Ein ähnlicher Vorgang entsteht, wenn eine Last einer Zusatzeinrichtung wie einem Luftkompressor der Klimaanlage an den Motor angelegt wird.
Wenn auf Grund des Anstiegs der Last der Motor in einen mittleren Lastbereich kommt, in dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch eine relativ stabile Verbrennung zeigt, werden das Hubmaß und der Arbeitswinkel des Ansaugventils 11 weiter erhöht, wobei die Funktionsphase des gleichen weiter vorverlegt wird, wie anhand der Tabelle von 4 verständlich wird. Wie gezeigt wird, ist in diesem Zustand die Funktionsphase am meisten vorverlegt. Damit wird in diesem Zustand die interne Abgasrückführung "IEGR" wirksam ausgeführt, die die Verringerung der Pumpverluste des zugehörigen Zylinders fördert.
Wenn der Motor in einen höchsten Lastbereich kommt, sind das Hubmaß/der Arbeitswinkel des Ansaugventils 11 weiter erhöht, wobei ein geeigneter Ventil-Funktionszeitpunkt der gleichen durch den Phasenänderungsmechanismus 21 eingestellt wird. Wie anhand des unteren Teils der Tabelle zu sehen ist, ändert sich die Ventilhub-Kennlinie im höchsten Lastbereich abhängig von der Motordrehzahl.
Mit Bezug auf 5 und 6, besonders 5, wird ein Kraftstoff-Zuführungssystem gezeigt, das im Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
In 5 ist mit der Zahl 51 ein Ansaugverteiler gekennzeichnet, der mehrere Abzweigungen hat, die jeweils mit den Ansaugkanälen E-1 des Motors verbunden sind. Es ist anzumerken, dass jeweils zwei der Abzweigungen an deren stromaufwärts gelegenen Teilen vereint sind, um einen einzelnen Rohrbereich zu bilden. Die zwei Ansaugkanäle E-1 des Motors werden durch jeweilige Ansaugventile 11 in einer Weise gesteuert, wie sie oben beschrieben ist. Am einzelnen Rohrbereich des Ansaugverteilers 51 ist ein elektromagnetisches Kraftstoff-Einspritzventil 52 eingebaut.
Wie anhand von 6 zu sehen ist, ist das Kraftstoff-Einspritzventil 52 so eingerichtet und aufgebaut, dass es die zwei benachbarten Ansaugkanäle von einem Zylinder mit einer gemessenen Kraftstoffmenge speist. Spezieller spritzt bei Betrieb des Motors das Kraftstoff-Einspritzventil 52 zwei konisch geformte Kraftstoff-Sprühstrahlen ein, wobei jeder einen entsprechenden Kopf des Ansaugventils 11 erreicht. Spezieller ist die Kraftstoffeinspritzung so gearbeitet, dass ein diametral vergrößertes, vor deres Ende des konisch geformten Kraftstoff-Sprühstrahls einen ringförmigen Dichtungsbereich bedeckt, der durch den Kopf des Ansaugventils 11 definiert ist.
Mit Bezug zurück auf 5 ist mit der Zahl 51 ein Negativ-Druckregelventil gekennzeichnet, das in einem Luftansaugdurchlass 55 installiert ist, dessen stromabwärts gelegenes Ende mit einer Einlassöffnung des Ansaugverteilers 51 verbunden ist. Der Luftansaugdurchlass 55 hat einen Luftfilter 54, der an einem stromaufwärts gelegenen Teil des Durchlasses 55 angebracht ist. Mit der Zahl 56 ist ein Ausströmdurchlass gekennzeichnet, der mit Ausströmkanälen in einer bekannten Weise verbunden ist. Der Ausströmdurchlass 56 hat einen daran montierten Abgaskatalysator 57. Mit der Zahl 58 ist eine Zündkerze gekennzeichnet, die in die Verbrennungskammer des Zylinders vorsteht.
Im Folgenden wird eine Kraftstoff-Einspritzweise des Kraftstoff-Einspritzventils 52 beschrieben.
Wenn das Hubmaß des Ansaugventils 11 durch die Funktionsweise des Mechanismus 1 zum Ändern des Hubmaßes und des Arbeitswinkels verringert ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft um den Umfang des Kopfes des Ansaugventils 11 herum erhöht. Wenn eine Kraftstoffeinspritzung bei hoher Luftgeschwindigkeit bewirkt wird, wird eine Zerstäubung des Kraftstoffes wirksam ausgeführt.
Wenn sich dementsprechend der Motor in einem sehr niedrigen Lastbereich befindet, in dem jedes Ansaugventil 11 ein sehr kleines Hubmaß annimmt, wird einfach ein erster Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" gebildet, ohne von einer so genannten sekundären Kraftstoff-Zerstäubung abhängig zu sein, die durch einen zweiten Kraftstoff-Einspritzmodus " FIBIVO" bewirkt wird.
Es ist anzumerken, dass der erste Kraftstoff Einspritzmodus "FIAIVO" einen Kraftstoff-Einspritzmodus bedeutet, in dem der Kraftstoff-Einspritzstoß vollständig ausgeführt wird, während das Ansaugventil 11 geöffnet bleibt, wobei der zweite Kraftstoff Einspritzmodus "FIBIVO" einen Kraftstoff-Einspritzmodus bedeutet, in dem ein Kraftstoff-Einspritzstoß vor dem Öffnen des Ansaugventils 11 endet.
Demzufolge kann der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt zwischen dem ersten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" und dem zweiten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIBIVO" entsprechend dem Hubmaß des Ansaugventils 11 umschalten.
Wenn jedoch der zweite Kraftstoff-Einspritzmodus "FIBIVO" bei einem sehr kleinen Hubmaß erzeugt wird, kann es passieren, dass sich Kraftstofftropfen auf und um den Ventilsitz des Ansaugventils 11 sammeln, was eine Kraftstoffzuführung zur Verbrennungskammer vor einer ausreichenden Entwicklung der Luftgeschwindigkeit um den Kopf des Ansaugventils 11 herum hervorrufen würde und dazu führt, dass Kraftstoffpartikel in einer Anfangsstufe der Kraftstoffzuführung jeweils eine größere Größe haben. Darüber hinaus würde sich auf Grund der Veränderung der Kraftstoffmenge, die sich in jedem Zyklus am Kopf von jedem Ansaugventil 11 gesammelt hat, der Luftströmungsbereich um den Ventilkopf herum zwangsläufig ändern, wodurch eine instabile Luftmenge bewirkt wird, die zur Verbrennungskammer geführt wird.
Demzufolge werden in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie anhand von 7 zu sehen ist, der erste Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" und der zweite Kraftstoff-Einspritzmodus "FIBIVO" entsprechend dem Hubmaß des Ansaugventils 11 gesteuert. Das heißt, wenn das Hubmaß kleiner ist als ein vorgegebener Wert, wird der erste Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" ausgeführt, wobei der zweite Kraftstoff Einspritzmodus "FIBIVO" ausgeführt wird, wenn das Hubmaß den vorgegebenen Wert übersteigt. Es ist anzumerken, dass das Hubmaß des Ansaugventils 11 auf der Basis eines Rotationswinkels der Steuerwelle 12 (siehe 1) erfasst wird, der durch den Rotationswinkel-Sensor 14 erfasst wird.
Im Folgenden wird die im ersten Ausführungsbeispiel ausgeführte Steuerung des Kraftstoff Einspritzzeitpunktes mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 8 beschrieben.
Im Schritt S 101 wird ein Rotationswinkel "RACS" der Steuerwelle 12 eingelesen. Im Schritt S 102 wird beurteilt, ob der Rotationswinkel "RACS" kleiner ist als ein vorgegebener Wert "X" oder nicht. Wenn JA, das heißt, wenn der Rotationswinkel "RACS" kleiner ist als der vorgegebene Wert "X", geht der Betriebsablauf zum Schritt S 103 über, um zu veranlassen, dass der erste Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" ausgeführt wird. Dann wird in einem Schritt S 104 ein durch den Phasenänderungsmechanismus 21 bewirkter Phasensteuerwert (nämlich ein vorverlegtes Maß) eingelesen, wobei in einem Schritt S 104-1 auf der Basis sowohl des im Schritt S 101 eingelesenen Rotationswinkels "RACS" der Steuerwelle 12 als auch des im Schritt S 104 eingelesenen Phasensteuerwertes ein Öffnungszeitpunkt und eine Öffnungsperiode des Ansaugventils 11 berechnet werden. Danach wird im Schritt S 105 die Kraftstoffeinspritzung mit Bezug auf den Öffnungszeitpunkt und die Öffnungsperiode des Ansaugventils 11 ausgeführt, die im Schritt S 104-1 berechnet wurden. Damit wird Kraftstoff zeitlich gesteuert in die Ansaugkanäle für eine Periode, die der Menge der Ansaugluft entspricht, eingespritzt.
Wenn dagegen NEIN im Schritt S 102, das heißt, wenn der Rotationswinkel "RACS" der Steuerwelle 12 größer als der vorgegebene Wert "X" oder genauso groß wie dieser ist, geht der Betriebsablauf zum Schritt S 106 über, um zu veranlassen, dass der zweite Kraftstoff-Einspritzmodus "FIBIVO" ausgeführt wird. Wie oben erwähnt wurde, ist der zweite Kraftstoff Einspritzmodus "FIBIVO" ein Einspritzmodus, in dem die tatsächliche Kraftstoffeinspritzung endet, bevor das Ansaugventil 11 geöffnet wird. Dann wird im Schritt S 107 ein durch den Phasenänderungsmechanismus 21 bewirkter Phasensteuerwert eingelesen, wobei im Schritt S 107-1 auf der Basis sowohl des im Schritt S 101 eingelesenen Rotationswinkels "RACS" der Steuerwelle 12 als auch des im Schritt S 107 eingelesenen Phasensteuerwertes ein Öffnungszeitpunkt und eine Öffnungsperiode des Ansaugventils 11 berechnet werden. Danach wird im Schritt S 108 die Kraftstoffeinspritzung mit Bezug auf den Öffnungszeitpunkt und die Öffnungsperiode des Ansaugventils 11 ausgeführt, die im Schritt S 107-1 berechnet wurden. Das heißt, im Schritt S 108 ist die Steuerung so gearbeitet, dass eine Kraftstoffeinspritzung vor dem im Schritt S 107-1 berechneten Öffnungszeitpunkt des Ansaugventils 11 endet, wobei eine anschließende Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt vor einem Schließzeitpunkt des Ansaugventils 11 durch eine Periode beginnt, die der Menge der Ansaugluft entspricht.
9 ist ein Zeitdiagramm, das sowohl den ersten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" als auch den zweiten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIBIVO" mit Bezug auf die Ar beitstakte des Motors schildert. Im Zeitdiagramm kennzeichnet der Verweis "BDC" einen unteren Totpunkt, wobei "TDC" einen oberen Totpunkt und "REF" ein Bezugssignal kennzeichnen.
Wie oben beschrieben ist, wird durch das Ausführen des ersten Kraftstoff-Einspritrmodus "FIAIVO", wobei das Hubmaß des Ansaugventils 11 klein ist, die Zerstäubung von Kraftstoff um den Dichtungsbereich des Kopfes des Ansaugventils 11, wo die Ansaugluft eine hohe Geschwindigkeit zeigt, wirksam ausgeführt. Dementsprechend werden eine effektive Kraftstoffverbrennung und eine stabile Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erreicht, die zu einem verbesserten Fahrverhalten des Motors führen. Tatsächlich wird auf Grund der wirksamen Zerstäubung des Kraftstoffes eine unerwünschte Ansammlung von Kraftstofftropfen an den Innenflächen des Ansaugkanals unterdrückt oder wenigstens minimiert. Des Weiteren wird durch Ausführen des zweiten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIBIVO", wobei das Hubmaß des Ansaugventils 11 groß ist, was eine Luftströmung mit geringer Geschwindigkeit um den ringförmigen Dichtungsbereich des Kopfes des Ansaugventils 11 hervorruft, eine sekundäre Zerstäubung des Kraftstoffes auf Grund der Arbeit der Wärme des Ansaugkanals und des Ansaugventils 11 wirksam ausgeführt. Dementsprechend wird ein homogenisiertes Luft-Kraftstoff-Gemisch erreicht.
In 10 und 11 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geschildert.
In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Motordrehzahl zusätzlich als ein Parameter zur Steuerung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes, spezieller zur Steuerung des Umschaltzeitpunktes zwischen den zwei Kraftstoff-Einspritzmodi "FIAIVO" und "FIBIVO" verwendet.
Wie anhand von 10 zu sehen ist, werden in diesem zweiten Ausführungsbeispiel das Hubmaß des Ansaugventils 11 und die Motordrehzahl als Parameter verwendet, um den Umschaltzeitpunkt zu bestimmen. Das heißt, grundsätzlich wird unter einem vorgegebenen Hubmaß des Ansaugventils 11 der erste Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" ausgeführt, wobei über dem vorgegebenen Hubmaß der zweite Kraftstoff- Einspritzmodus "FIBIVO" ausgeführt wird. Wogegen der Umschaltpunkt, an dem der erste Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" zum zweiten Kraftstoff Einspritzmodus "FIBIVO" wechselt, mit dem Anstieg der Motordrehzahl ansteigt.
Dies geschieht auf Grund einer Erscheinung, bei der mit dem Anstieg der Motordrehzahl die Geschwindigkeit der Ansaugluft in Ansaugkanal erhöht wird, was einen Anstieg des Hubmaßes des Ansaugventils 11 hervorruft, das die gleiche Luftströmungsgeschwindigkeit im Ansaugkanal gewährleistet. Wenn der Zwischenraum zwischen dem Kopf des Ansaugventils 11 und dem Ventilsitz so dimensioniert ist, dass er eine Drosselung der Ansaugluft bewirkt, bleibt die Luftströmungsgeschwindigkeit im Zwischenraum im Wesentlichen unverändert, selbst wenn sich die Motordrehzahl ändert. Da jedoch beim Anstieg der Motordrehzahl die Luftströmungsgeschwindigkeit in einem Zylinder auf Grund der Verringerung der Mischungsdichte im Zylinder erhöht ist, wird die Zerstäubung des Kraftstoffes gefördert.
Im Folgenden wird die im zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführte Steuerung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 11 beschrieben.
Im Schritt S 111 werden ein Rotationswinkel "RACS" der Steuerwelle 12 und die Motordrehzahl "Ne" eingelesen. Im Schritt S 112 wird auf der Basis der Information "RACS" und "Ne" ein Bereich zum Ausführen des ersten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" aus einem Bewertungsplan wie dem Plan von 10 herausgesucht. Dann wird im Schritt S 113 beurteilt, ob sich der Motor im herausgesuchten Bereich befindet oder nicht. Wenn JA, das heißt, wenn sich der Motor in einem Zustand befindet, der den ersten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" erfordert, geht der Betriebsablauf zum Schritt S 114 über, um zu veranlassen, dass der erste Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" ausgeführt wird. Dann wird im Schritt S 115 ein durch den Phasenänderungsmechanismus 21 bewirkter Phasensteuerwert eingelesen, wobei im Schritt S 115-1 auf der Basis des Rotationswinkels "RACS" der Steuerwelle 12 und der Motordrehzahl "Ne", die im Schritt S 111 eingelesen wurden, und dem im Schritt S 115 eingelesenen Phasensteuerwert ein Öffnungszeitpunkt und eine Öffnungsperiode des Ansaugventils 11 berechnet werden. Danach wird im Schritt S 116 die Kraftstoff einspritzung mit Bezug auf den Öffnungszeitpunkt und die Öffnungsperiode des Ansaugventils 11 ausgeführt, die im Schritt S 115-1 berechnet wurden. Damit wird der Kraftstoff zeitlich gesteuert in den Ansaugkanal für eine Periode eingespritzt, die der Menge der Ansaugluft entspricht.
Wenn dagegen NEIN im Schritt S 113, das heißt, wenn sich der Motor nicht in einem Zustand befindet, der den ersten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" erfordert, geht der Betriebsablauf zum Schritts S 117 über, um zu veranlassen, dass der zweite Kraftstoff-Einspritzmodus "FIBIVO" ausgeführt wird. Dann wird im Schritt S 118 ein durch den Phasenänderungsmechanismus 21 bewirkter Phasensteuerwert eingelesen, wobei im Schritt S 118-1 auf der Basis des Rotationswinkels "RACS" der Steuerwelle 12 und der Motordrehzahl "Ne", die im Schritt S 111 eingelesen wurden, und des im Schritt S 115 eingelesenen Phasensteuerwertes ein Öffnungszeitpunkt und eine Öffnungsperiode des Ansaugventils 11 berechnet werden. Danach wird in einem Schritt S 119 die Kraftstoffeinspritzung mit Bezug auf den Öffnungszeitpunkt und die Öffnungsperiode des Ansaugventils 11 ausgeführt, die im Schritt S 118-1 berechnet wurden. Das heißt, im Schritt S 119 ist die Steuerung so gearbeitet, dass die Kraftstoffeinspritzung vor dem im Schritt S 119-1 berechneten Öffnungszeitpunkt des Ansaugventils 11 endet, wobei eine anschließende Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt vor einem Schließzeitpunkt des Ansaugventils 11 durch eine Periode beginnt, die der Menge der Ansaugluft entspricht.
Dementsprechend wird im zweiten Ausführungsbeispiel, wie anhand von 10 verständlich wird, der kritische Punkt, an dem die zwei Kraftstoff-Einspritzmodi "FIAIVO" und "FIBIVO" umschalten, mit dem Anstieg der Motordrehzahl "Ne" erhöht.
In 12 und 13 wird ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geschildert.
In diesem dritten Ausführungsbeispiel wird ein vorverlegtes Maß der Funktionsphase des Ansaugventils zusätzlich als ein Parameter zur Steuerung des Kraftstoff Einspritzzeitpunktes, spezieller zur Steuerung des Umschaltzeitpunktes zwischen den zwei Einspritzmodi "FIAIVO" und "FIBIVO" verwendet.
Wie anhand von 12 zu sehen ist, wird in diesem dritten Ausführungsbeispiel grundsätzlich unter einem vorgegebenen Hubmaß des Ansaugventils 11 der erste Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" ausgeführt, wobei über dem vorgegebenen Hubmaß der zweite Kraftstoff-Einspritzmodus "FIBIVO" ausgeführt wird.
Des Weiteren wird im Modus des ersten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" entsprechend dem Phasensteuerwert und dem Hubmaß des Ansaugventils 11 der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt so gesteuert, dass er einen ersten Zeitpunkt-Modus, an dem die Öffnungsbewegung des Ansaugventils 11 beginnt, oder einen zweiten Zeitpunkt-Modus auswählt, an dem der Kolben den oberen Totpunkt (upper dead center – UDC) im Ansaugtakt einnimmt. Wie anhand der Zeichnung zu sehen ist, ist der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt in einem Bereich, wo die Funktionsphase des Ansaugventils 11 weit vorverlegt ist, im Allgemeinen am oberen Totpunkt (UDC) eingestellt.
Dies geschieht aus den folgenden Gründen. Das heißt, wenn das Ansaugventil 11 die Öffnungsbewegung während eines Ausströmtaktes beginnt, muss ein Teil des verbrannten Gases in der Verbrennungskammer zwangsläufig rückwärts in den Ansaugkanal zurückströmen. Wenn damit in diesem Zustand eine Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, wird es unvermeidlich vorkommen, dass der Kraftstoff durch den Teil des verbrannten Gases stromaufwärts zurückgestoßen wird, was darauf hinausläuft, eine unerwünschte Erscheinung hervorzurufen, in der sich, wie im Fall des zweiten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIBIVO", Kraftstofftropfen an den Innenflächen des Ansaugkanals oder dergleichen sammeln.
Um solche unerwünschte Erscheinung zu vermeiden, wird im dritten Ausführungsbeispiel auf der Basis des Hubmaßes des Ansaugventils 11 und des Phasensteuerwertes (nämlich des vorverlegten Maßes) des Ansaugventils 11 ein Ventilüberlappungsmaß berechnet, so dass während der Ventilüberlappungsperiode die Kraftstoffeinspritzung unterdrückt wird.
Im Folgenden wird die im dritten Ausführungsbeispiel ausgeführte Steuerung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 13 beschrieben.
Im Schritt S 131 werden ein Rotationswinkel "RACS" der Steuerwelle 12 und ein durch den Phasenänderungsmechanismus 21 bewirkter Phasensteuerwert eingelesen. Im Schritt S 132 wird beurteilt, ob der Rotationswinkel "RACS" kleiner ist als ein vorgegebener Wert "X" oder nicht. Wenn JA, das heißt, wenn der Rotationswinkel "RACS" kleiner ist als der vorgegebene Wert "X", geht der Betriebsablauf zum Schritt S 133 über, um zu veranlassen, dass der erste Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" ausgeführt wird. Dann wird im Schritt S 134 ein Korrekturplan wie der gemäß 12 ausgewählt, wobei zur gleichen Zeit auf der Basis des Rotationswinkels "RACS" der Steuerwelle 12 und des im Schritt S 131 eingelesenen Phasensteuerwertes eine Öffnungszeit und eine Öffnungsperiode des Ansaugventils 11 berechnet werden. Im Schritt S 135 wird mit Bezug auf den oben erwähnten Korrekturplan beurteilt, ob eine Korrektur zur Änderung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes zum zweiten Zeitpunkt-Modus, das heißt, dem Modus, in dem der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt am oberen Totpunkt (UDC) des Kolbens im Ansaugtakt bewirkt wird, nötig ist oder nicht. Wenn JA, das heißt, wenn beurteilt wird, dass die Korrektur nötig ist, geht der Betriebsablauf zum Schritt S 136 über, wobei der Kraftstoff Einspritzzeitpunkt zum zweiten Zeitpunkt-Modus hin korrigiert wird. Wogegen NEIN im Schritt S 135, das heißt, wenn beurteilt wird, dass die Korrektur nicht nötig ist, bedeutet, dass der Betriebsablauf zum Schritt S 137 übergeht, wobei der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt zu dem Zeitpunkt hin gesteuert wird, an dem das Ansaugventil 11 seine Öffnungsbewegung, wie im Fall des oben erwähnten ersten Ausführungsbeispiels, beginnt.
Wenn NEIN im Schritt S 132, das heißt, wenn der Rotationswinkel "RACS" größer als der vorgegebene Wert "X" oder genauso groß wie dieser ist, geht der Betriebsablauf zum Schritt S 138 über, um zu veranlassen, dass der zweite Kraftstoff-Einspritzmodus "FIBIVO" ausgeführt wird, wobei zur gleichen Zeit auf der Basis des Rotationswinkels "RACS" der Steuerwelle 12 und des Phasensteuerwertes ein Öffnungszeitpunkt und eine Öffnungsperiode berechnet werden. Dann wird im Schritt S 139 die Kraftstoffeinspritzung mit Bezug auf den Öffnungszeitpunkt und die Öffnungsperiode ausgeführt, die im Schritt S 138 eingelesenen wurden. Das heißt, die Kraftstoffeinspritzung ist so gearbeitet, dass die Kraftstoffeinspritzung vor dem im Schritt S 138 berechneten Öffnungszeitpunkt des Ansaugventils 11 endet, wobei eine anschließende Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt vor einem Schließzeitpunkt des Ansaugventils 11 durch eine Periode beginnt, die der Menge der Ansaugluft entspricht.
Dementsprechend wird im dritten Ausführungsbeispiel, wie anhand von 12 zu sehen ist, unter dem vorgegebenen Hubmaß des Ansaugventils 11 der erste Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" ausgewählt, wobei im Fall, in dem auf Grund einer Ventilüberlappung eine Neigung eines Rückstroms von verbranntem Gas zum Ansaugkanal auftritt, der Beginn der Kraftstoffeinspritzung so gesteuert wird, dass der obere Totpunkt (UDC) des Kolbens im Ansaugtakt angepasst wird. Damit wird der unerwünschte Rückstrom von Kraftstoff beim Ansaugtakt vermieden.
In 14 und 15 wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geschildert.
Dieses Ausführungsbeispiel ist dem oben erwähnten dritten Ausführungsbeispiel ähnlich. Wie anhand von 14 zu sehen ist, wird in diesem vierten Ausführungsbeispiel ein kritisches Hubmaß des Ansaugventils 11 zu einer Zeit, wenn der erste Kraftstoff Einspritzmodus "FIAIVO" bewirkt wird, entsprechend dem durch den Phasenänderungsmechanismus 21 bewirkten Phasensteuerwert geändert.
Das heißt, wenn die Ventilüberlappung in einem Minus-Kennwert eingestellt ist, unterliegt das Innere des Zylinders einer adiabatischen Expansion im Ansaugtakt, wobei damit der Druck im Zylinder gesenkt wird. Wenn, wie oben beschrieben ist, das Ansaugventil 11 ein kleines Hubmaß zeigt, ist der Arbeitswinkel klein. Wenn damit die durch den Phasenänderungsmechanismus 21 bewirkte Ventil-Phasensteuerung zu einer verzögerten Seite hin verschoben ist, wird eine Minus-Ventilüberlappung errichtetet, wobei damit die adiabatische Expansion bewirkt wird. In diesem Fall steigt der Druckunterschied zwischen dem Ansaugkanal und dem Zylinder an, wobei damit die Geschwindigkeit der Ansaugluft zu der Zeit erhöht ist, wenn das Ansaugventil 11 seine Öffnungsbewegung beginnt. Dementsprechend kann, wie anhand von 14 zu sehen ist, das Hubmaß des ersten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" an einer verzögerten Seite erhöht werden.
In einem Bereich, in dem die Funktionsphase des Ansaugventils 11 durch den Phasenänderungsmechanismus 21 vorverlegt ist, zeigt die Ventilüberlappung einen Plus-Kennwert. Wenn in diesem Zustand die Phase des Ansaugventils 11 weiter vorverlegt wird, steigt die Menge des verbrannten Gases für die interne Abgasrückführung an, wobei damit die auf die Ansaugluft angewandte Wärme ansteigt. Dementsprechend wird, wie anhand von 14 zu sehen ist, die Zerstäubung von Kraftstoff an der vorverlegten Seite sehr gefördert, wobei damit das Hubmaß für den ersten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" erhöht werden kann.
Im Folgenden wird die durch das vierte Ausführungsbeispiel ausgeführte Steuerung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes mit Bezug auf das Ablaufdiagramm von 15 beschrieben.
Im Schritt S 151 werden ein Rotationswinkel "RACS" der Steuerwelle 12 und ein durch den Phasenänderungsmechanismus 21 bewirkter Phasensteuerwert eingelesen. Dann wird in einem Schritt S 152 auf der Basis des Rotationswinkels "RACS" und des im Schritt S 151 eingelesenen Phasensteuerwertes ein bestimmter Plan wie der gemäß 14 ausgewählt, um den Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt festzulegen. Danach wird im Schritt S 153 der Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt anhand des Plans herausgesucht. Wie im Fall der oben erwähnten Ausführungsbeispiele wird im Fall des zweiten Kraftstoff Einspritzmodus "FIBIVO" der Zeitpunkt des Beginns der Kraftstoff einspritzung von dem Zeitpunkt abgeleitet, an dem die vorherige Kraftstoffeinspritzung endet. Im vierten Ausführungsbeispiel kann, wie anhand von 12 verständlich wird, mit dem durch den Phasenänderungsmechanismus 21 bewirkten Anstieg des vorverlegten Maßes das kritische Hubmaß für den ersten Kraftstoff-Einspritzmodus "FIAIVO" erhöht werden.
In der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, eine gegenwirkende Impulsbreite zu berücksichtigen, die unvermeidlich erzeugt wird, wenn ein Kraftstoff-Einspritzventil betätigt wird. Des Weiteren ist es angesichts der Tatsache, dass die Zeit ganz wichtig ist, die gemessen wird, wenn der von einem Einspritzventil eingespritzte Kraftstoff ein Ansaugventil erreicht, sehr vorzuziehen, die Zeit zur Steuerung des Kraftstoff-Einspritzzeitpunktes zu berücksichtigen.
Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf solche Ausführungsbeispiele, wie sie oben beschrieben sind, beschränkt. Angesichts der obigen Beschreibung können verschiedene Modifikationen und Variationen solcher Ausführungsbeispiele durch den Fachmann ausgeführt werden.
Wie oben beschrieben ist, wird ein Verbrennungsmotor bereitgestellt, der eine variable Ventilsteuervorrichtung, die ein Hubmaß eines Ansaugventils ändert, einen Luftansaugdurchlass, der zu einem Ansaugkanal des Motors geführt wird, der mit dem Ansaugventil zusammengefasst ist, ein Kraftstoffeinspritzventil, das so eingerichtet ist, dass es Kraftstoff in den Ansaugkanal einspritzt, wobei das Kraftstoffeinspritzventil einen ersten Einspritzmodus, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß während der Öffnungsperiode des Ansaugventils ausgeführt wird, und einen zweiten Einspritzmodus hat, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß vor dem Öffnungsvorgang des Ansaugventils endet, und eine Steuereinheit umfasst, die es dem Kraftstoffeinspritzventil ermöglicht, entsprechend dem Hubmaß des Ansaugventils, das durch die variable Ventilsteuervorrichtung bewirkt wird, den ersten oder zweiten Einspritzmodus auszuwählen.
Des Weiteren wird ein Verbrennungsmotor bereitgestellt, der eine variable Ventilsteuervorrichtung mit einem Mechanismus zum Ändern eines Hubmaßes und eines Arbeitswinkels, der ein Hubmaß und einen Arbeitswinkel eines Ansaugventils ändert, und einen Phasen-Änderungsmechanismus, der eine Funktionsphase des Ansaugventils ändert, einen Luftansaugdurchlass, der zu einem Ansaugkanal des Motors geführt wird, der mit dem Ansaugventil zusammengefasst ist, ein Kraftstoffeinspritzventil, das so eingerichtet ist, dass es Kraftstoff in den Ansaugkanal einspritzt, wobei das Kraftstoffeinspritzventil einen ersten Einspritzmodus, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß während der Öffnungsperiode des Ansaugventils ausgeführt wird, und einen zweiten Einspritzmodus hat, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß vor dem Öffnungsvorgang des Ansaugventils endet, und eine Steuereinheit umfasst, die die variable Ventilsteuervorrichtung und das Kraftstoff-Einspritzventil entsprechend einem Betriebszustand des Motors steuert, wobei es die Steuereinheit dem Kraftstoff-Einspritzventil ermöglicht, entsprechend dem Hubmaß und dem Arbeitswinkel des Ansaugventils, die durch den Mechanismus zum Ändern des Hubmaßes und des Arbeitswinkels bewirkt wurden, den ersten oder zweiten Einspritzmodus auszuwählen.
Zusätzlich wird ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, das eine variable Ventilsteuervorrichtung mit einem Mechanismus zum Ändern eines Hubmaßes und eines Arbeitswinkels, der ein Hubmaß und einen Arbeitswinkel eines Ansaugventils ändert, und einen Phasen-Änderungsmechanismus, der eine Funktionsphase des Ansaugventils ändert, einen Luftansaugdurchlass, der zu einem Ansaugkanal des Motors geführt wird, der mit dem Ansaugventil zusammengefasst ist, und ein Kraftstoffeinspritzventil aufweist, das so eingerichtet ist, dass es Kraftstoff in den Ansaugkanal einspritzt, wobei das Kraftstoffeinspritzventil einen ersten Einspritzmodus, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß während der Öffnungsperiode des Ansaugventils ausgeführt wird, und einen zweiten Einspritzmodus hat, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß vor dem Öffnungsvorgang des Ansaugventils endet. Das Verfahren umfasst die Möglichkeit für das Kraftstoffeinspritzventil, entsprechend dem Hubmaß des Ansaugventils, das durch die variable Ventilsteuervorrichtung bewirkt wird, den ersten oder zweiten Einspritzmodus auszuwählen.

Claims

Verbrennungsmotor, der umfasst: eine variable Ventilsteuervorrichtung (WCD), die ein Hubmaß eines Ansaugventils (11) ändert; einen Luftansaugdurchlass (51), der zu einem Ansaugkanal (E-1) des Motors geführt wird und mit einem Ansaugventil (11) versehen ist; ein Kraftstoffeinspritzventil (52), das so eingerichtet ist, dass es Kraftstoff in den Ansaugkanal einspritzt, wobei das Kraftstoffeinspritzventil einen ersten Einspritzmodus (FIAIVO), in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß während der Öffnungsperiode des Ansaugventils ausgeführt wird, und einen zweiten Einspritzmodus (FIBIVO) hat, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß vor dem Öffnungsvorgang des Ansaugventils (11) endet; und eine Steuereinheit (19), die es dem Kraftstoffeinspritzventil ermöglicht, entsprechend dem Hubmaß des Ansaugventils (11), das durch die variable Ventilsteuervorrichtung (WCD) bewirkt wird, den ersten oder den zweiten Einspritzmodus auszuwählen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (19) so konfiguriert ist, dass sie: das Kraftstoffeinspritzventil (52) den ersten Einspritzmodus auswählen lässt, wenn das Hubmaß des Ansaugventils (11) kleiner ist als ein vorgegebenes Maß; und das Kraftstoffeinspritzventil (52) den zweiten Einspritzmodus auswählen lässt, wenn das Hubmaß des Ansaugventils (11) größer ist als das vorgegebene Maß oder genauso groß wie dieses.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die variable Ventilsteuervorrichtung (WCD) so eingerichtet ist, dass sie das Hubmaß des Ansaugventils (11) entsprechend einem Anstieg der Motordrehzahl (Ne) vergrößert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die variable Ventilsteuervorrichtung (WCD) einen Phasenänderungsmechanismus (21) umfasst, der eine Arbeitsphase des Ansaugventils (11) relativ zu einer Kurbelwelle des Motors ändert, und wobei die Steuereinheit (19) so konfiguriert ist, dass sie: das Kraftstoffeinspritzventil (52) seine Kraftstoffeinspritzung nach der Zeit eines oberen Totpunktes (TDC) eines Kolbens beginnen lässt, wenn in dem ersten Einspritzmodus (FIAIVO) die Arbeitsphase des Ansaugventils (11) einen Bereich annimmt, der gegenüber einer vorgegebenen Phase vorverlegt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, wobei die variable Ventilsteuervorrichtung (WCD) so eingerichtet ist, dass sie das Hubmaß des Ansaugventils (11) mit Vorverlegung der Funktionsphase vergrößert, die durch den Phasenänderungsmechanismus (21) bewirkt wird.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die variable Ventilsteuervorrichtung einen Mechanismus (1) zum Ändern eines Hubmaßes und eines Arbeitswinkels umfasst, der eine durch den Motor angetriebene Antriebswelle (2), einen Exzenternocken (3), der mit der Antriebswelle (2) verbunden ist und sich mit ihr dreht, einen Verbindungsarm (4), der drehbar an dem Exzenternocken (3) angeordnet ist, eine Steuerwelle (12), die sich parallel zu der Antriebswelle (2) erstreckt und in einem gegebenen Winkelbereich um ihre Achse geschwenkt werden kann, einen Exzenternockenabschnitt (18), den die Steuerwelle (12) besitzt, einen Kipphebel (6), der drehbar um den Exzenternockenabschnitt (18) herum angeordnet und schwenkbar mit dem Verbindungsarm (4) verbunden ist, einen Schwenknocken (9), der drehbar an der Antriebswelle (2) angeordnet und schwenkbar mit dem Kipphebel (6) verbunden ist, um das Ansaugventil (11) zu betätigen, und ein Stellglied (13) zur Steuerung eines Hubmaßes und eines Arbeitswinkels umfasst, das eine Winkelposition der Steuerwelle (12) steuert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei die variable Ventilsteuervorrichtung (WCD) des Weiteren eines Phasenänderungsmechanismus (21), der ein Kettenrad (22) enthält, das an der Antriebswelle (2) angebracht ist und sich damit dreht, und ein Phasensteuerungs-Stellglied (23) umfasst, das eine relative Winkelposition zwischen dem Kettenrad (22) und der Antriebswelle (2) ändert.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Kraftstoffeinspritzventil (52) so konstruiert ist, dass es einen konisch geformten Kraftstoff-Sprühstrahl einspritzt, dessen ringförmiges vorderes Ende einen vorderen Dichtungsbereich erreicht, der durch einen Kopf des Ansaugventils (11) gebildet wird.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die variable Ventilsteuervorrichtung (WCD) einen Mechanismus (1) zum Ändern eines Hubmaßes und eines Arbeitswinkels, der ein Hubmaß und einen Arbeitswinkel eines Ansaugventils (11) ändert, sowie einen Phasenänderungsmechanismus (21) enthält, der eine Funktionsphase des Ansaugventils (11) ändert; die Steuereinheit (19) die variable Ventilsteuervorrichtung (WCD) und das Kraftstoffeinspritzventil (52) entsprechend einem Betriebszustand des Motors steuert und das Kraftstoffeinspritzventil (52) entsprechend dem Hubmaß und dem Arbeitswinkel des Ansaugventils (11), die durch die variable Ventilsteuervorrichtung (WCD) erzeugt weiden, den ersten oder den zweiten Einspritzmodus auswählen lässt.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors mit einer variablen Ventilsteuervorrichtung (WCD), die ein Hubmaß eines Ansaugventils (11) ändert; einem Luftansaugdurchlass (51), der zu einem Ansaugkanal (E-1) des Motors geführt wird und mit einem Ansaugventil (11) versehen ist, sowie einem Kraftstoffeinspritzventil (52), das so eingerichtet ist, dass es Kraftstoff in den Ansaugkanal ein spritzt, wobei das Kraftstoffeinspritzventil einen ersten Einspritzmodus (FIAIVO), in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß während der Öffnungsperiode des Ansaugventils (11) ausgeführt wird, und einen zweiten Einspritzmodus (FIBIVO) hat, in dem jeder Kraftstoffeinspritzstoß vor dem Öffnungsvorgang des Ansaugventils (11) endet, wobei es den Schritt umfasst, in dem das Kraftstoffeinspritzventil (52) entsprechend dem Hubmaß des Ansaugventils (11), das durch die variable Ventilsteuervorrichtung (WCD) erzeugt wird, den ersten oder den zweiten Einspritzmodus auswählen kann.